医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラム
【課題】 心臓病の診断に有用な心臓の収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの運動成分を解析できるようにする。
【解決手段】 主成分分析部１０４は、速度ベクトル取得部１０３で得られる心臓の輪郭上の追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して、追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向を求めて、それぞれ第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６に送る。第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６は、それぞれ速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルデータの第１成分方向の運動成分および第２成分方向の運動成分を算出する。速度ベクトルの第１成分方向の運動成分および第２成分方向の運動成分は、表示部１０７において表示される。
【解決手段】 主成分分析部１０４は、速度ベクトル取得部１０３で得られる心臓の輪郭上の追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して、追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向を求めて、それぞれ第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６に送る。第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６は、それぞれ速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルデータの第１成分方向の運動成分および第２成分方向の運動成分を算出する。速度ベクトルの第１成分方向の運動成分および第２成分方向の運動成分は、表示部１０７において表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムに係わり、特に心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分が得られるようにした医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、心筋梗塞や狭心症のような心臓病の早期診断のため、心臓を被写体とする時系列の画像データから心臓の運動を正確に測定し、解析する医用運動解析装置が知らされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、心臓の心室壁の典型的な運動は、心臓の収縮／拡張方向の運動と、ねじれや回転などによる（すなわち、収縮／拡張方向とは異なる方向の）運動とに分けて考えることができる。心臓の収縮／拡張方向の運動は、心筋の収縮によって成し遂げられる運動であるため、その運動に異常が見られる場合、例えば、心筋梗塞などの早期診断につながることも多い。さらに、一般に、心臓の収縮／拡張方向の運動は、ねじれや回転などによる運動よりも大きいため、従来の医用運動解析装置では、この心臓の収縮／拡張方向の運動成分を測定し、解析することに主眼が置かれていた（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかし、心臓の部位によっては、心臓の運動の異常が、心臓の収縮／拡張方向の運動よりも、ねじれや回転などによる運動に鋭敏に表れる場合がある。そのため、このような部位では、心臓のねじれや回転などの、収縮／拡張とは異なる方向の運動成分を検出したほうが、診断にとって有用な場合もあるが、上述した従来の医用運動解析装置では、心臓の収縮／拡張方向の運動とともに、このようなねじれや回転などによる運動を測定、解析することはできなかった。
【特許文献１】特開平１０−９９３３４号公報（４頁、図２）
【特許文献２】特開２００３−２６５４８０公報（３頁、図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の医用運動解析装置では、心臓の収縮拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向以外の診断上有用な運動成分を得ることを可能とする医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の医用運動解析方法は、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の医用運動解析プログラムは、コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析させる医用運動解析プログラムであって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分を測定できるので、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００１３】
この第１の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部１０１と、画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部１０２と、追跡点座標取得部１０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として、追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部１０３と、速度ベクトル取得部１０３で取得された追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析する主成分分析部１０４と、速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、主成分分析部１０４で得られる第１成分方向（主成分方向）の運動成分を、心臓の収縮／拡張方向の運動成分として算出する第１運動成分算出部１０５と、速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、主成分分析部１０４で得られる第２成分方向の運動成分を、心臓のねじれや回転などの方向の運動成分として算出する第２運動成分算出部１０６と、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６で得られる運動成分を表示する表示部１０７とを備えている。
【００１４】
次に図１および図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【００１５】
画像データ蓄積部１０１には、心臓を被写体とした時系列の画像データが蓄積されている。ここで、画像データ蓄積部１０１に蓄積される画像データは、例えば、超音波診断装置、ＭＲＩ、ＣＴなどの手段によって得ることができる。また、画像データ蓄積部１０１としては、例えば、半導体メモリ、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷなどを適用できる。
【００１６】
この画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データは、追跡点座標取得部１０２に送られる。
【００１７】
追跡点座標取得部１０２では、画像データ蓄積部１０１より送られた画像に表れた追跡点を取得する（ステップＳ１０１）。ここで追跡点とは、画像に表れた心臓上の追跡対象となる点であり、例えば、文献「西浦ほか、“部分形状拘束輪郭モデルによる超音波心壁動的輪郭抽出法”、電子情報通信学会論文誌（Ｄ−ＩＩ）、ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｄ−ＩＩ、ｎｏ．１、ｐｐ．１８３−１９０、Ｊａｎ．２０００」に開示されている方法を用いて、心臓の輪郭を抽出し、その輪郭から心尖部や弁輪部といった輪郭上の特徴点を検出して、これらの点を追跡点とすればよい。また、心臓の輪郭を抽出することなく、マウスなどを用いて、各時刻の画像ごとに手動で追跡点を設定していってもよい。
【００１８】
なお、追跡点は必ずしも一つである必要はなく、例えば、上述した方法を用いて抽出した心臓の輪郭上の複数の特徴点を追跡点としてもよい。ただし、以下の説明では、簡単のため、追跡点は一つであるとして説明する。
【００１９】
追跡点は、上述した方法により、画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データから時刻ごとに取得される。このようにして取得された時刻ｔの追跡点の座標は、２次元座標（ｘｔ，ｙｔ）で表される。この追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）は、次に、速度ベクトル取得部１０３に送られる。
【００２０】
速度ベクトル取得部１０３では、追跡点座標取得部１０２より送られた追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）の時系列データから追跡点の速度ベクトルの時系列データを算出する（ステップＳ１０２）。
【００２１】
ここで、時刻ｔの追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）は、例えば、（１）式によって求めることができる。
【数１】
ここでΔｔは、時刻ｔと時刻ｔ＋１の時間間隔である。
【００２２】
なお、（１）式では、連続する２つの時刻の追跡点の座標から速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）を求めたが、（２）式に示すように、適当な時間間隔の追跡点の座標から速度ベクトル（ｖｘｆ，ｖｙｆ）を求めてもよい。
【数２】
ここでΔｔ´は、時刻ｔと時刻ｔ＋ｉの時間間隔である。
【００２３】
次に、速度ベクトル取得部１０３で得られた追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データは、主成分分析部１０４、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６に送られる。
【００２４】
主成分分析部１０４は、速度ベクトル取得部１０３より送られた追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データを主成分分析して、追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向を求める（ステップＳ１０３）。
【００２５】
ここで、速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データを主成分分析して得られる追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向は、（３）式で定まる共分散行列Ｃの固有ベクトルを求めることにより得ることができる。
【数３】
ここで、Ｖｔは、速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）を表し、Ｔはベクトルの転置を表す。
【００２６】
すなわち、共分散行列Ｃの固有ベクトルｐ１およびｐ２を（４）式のように定めると、ｐ１が追跡点の運動の第１成分方向を表す単位ベクトル（以下、第１成分ベクトルと呼ぶ）、ｐ２が第２成分方向を表す単位ベクトル（以下、第２成分ベクトルと呼ぶ）となる。
【数４】
なお、（４）式において、λ１およびλ２は、それぞれ固有ベクトルｐ１およびｐ２に対応する固有値である。
【００２７】
ここで、時系列ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、時系列ベクトルデータの分散が最大となる方向を意味する。時系列ベクトルデータとして、心臓の追跡点の速度ベクトルデータを用いた場合には、速度ベクトルデータの分散が最大となる方向とは、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向となる。したがって、時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、多くの場合、心臓の収縮／拡張方向であると考えることができる。
【００２８】
一方、第２成分方向は、第１成分方向に直交する方向を表すため、時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第２成分方向とは、多くの場合、収縮／拡張方向に対して直交する、ねじれや回転などの運動方向であると考えることができる。
【００２９】
したがって、速度ベクトル取得部１０３で得られる速度ベクトルの時系列データの第１成分方向および第２成分方向の運動成分を算出して表示すれば、追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転などの方向の運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００３０】
次に、主成分分析部１０４は、速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１を、第１運動成分算出部１０５に送る。また、同様に、主成分分析部１０４は、速度ベクトルの第２成分ベクトルｐ２を第２運動成分算出部１０６に送る。
【００３１】
第１運動成分算出部１０５は、主成分分析部１０４から送られる速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１を用いて、速度ベクトル取得部１０３より送られる速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出する（ステップＳ１０４）。
【００３２】
速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔは、時刻ｔごとに（５）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと第１成分ベクトルｐ１との内積をとることによって求めることができる。
【数５】
（５）式により求まる速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔは、次に、時系列データとして表示部１０７に送られる。
【００３３】
第２運動成分算出部１０６は、主成分分析部１０４から送られる速度ベクトルの第２成分ベクトルｐ２を用いて、速度ベクトル取得部１０３より送られる速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを算出する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔは、時刻ｔごとに（６）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと第２成分ベクトルｐ２との内積をとることによって求めることができる。
【数６】
（６）式により求まる速度ベクトルの第２成分方向の運動成分ｖＳｔは、次に、時系列データとして表示部１０７に送られる。
【００３５】
表示部１０７は、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６からそれぞれ送られる、追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを表示する（ステップＳ１０６）。表示部１０７には、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイなどを適用できる。
【００３６】
表示部１０７における各運動成分の表示は、例えば、図３に示すように、心臓の画像上に追跡点の第１成分方向および第２成分方向を表示するとともに、各運動成分をグラフとして表示すればよい。
【００３７】
このように、追跡点の第１成分方向および第２成分方向の運動成分を同時にグラフとして表示することによって、追跡点における心臓の収縮／拡張方向の運動とねじれや回転などの方向の運動の様子を同時に観察することができる。
【００３８】
このように本発明の第１の実施形態によれば、心臓を被写体とした画像データから追跡点の速度ベクトルデータを取得し、この速度ベクトルデータを主成分分析して、その第１成分方向の運動成分と第２成分方向の運動成分を算出して表示することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転などの運動成分を同時に把握でき、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、ステップＳ１０４において、第１運動成分算出部１０５で速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出した後に、ステップＳ１０５において、第２運動成分算出部１０６で速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを求めていたが、各方向の運動成分を算出する順序を逆にすることも可能である。すなわち、図２において、ステップＳ１０４とステップＳ１０５を入れ替え、まず第２運動成分算出部１０６で速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを算出した後に、第１運動成分算出部１０５で速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出してもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態では、時系列運動情報を追跡点の速度ベクトルの時系列データとしたが、追跡点の変位ベクトルの時系列データを時系列運動情報とすることもできる。ここで、追跡点の変位ベクトルＤｔ＝（ｄｘｔ，ｄｙｔ）は、追跡点の座標の時系列データから、例えば、時刻ｔと時刻ｔ＋ｉの間の追跡点座標の変位として、（７）式を用いて求めることができる。
【数７】
（７）式で求まる追跡点の変位ベクトルＤｔを上述した追跡点の速度ベクトルＶｔの代わりに用いて主成分分析を行い、追跡点の変位ベクトルＤｔの第１成分方向および第２成分方向の運動成分を求めれば、追跡点の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に求めることができる。
【００４１】
また上述した実施形態では、心臓の収縮／拡張方向を、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析して得られる第１成分方向であるとしたが、追跡点の座標の時系列データを主成分分析して得られる第１成分方向を、心臓の収縮／拡張方向とすることも可能である。すなわち、追跡点の座標の時系列データのうち、その分散が最大となる方向とは、追跡点の座標の変化が最大となる方向と考えることができるので、この方向を心臓の収縮／拡張方向であると考えることができる。そこで、主成分分析部１０４において、追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）を速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の代わりに用いて、（３）式で定まる共分散行列Ｃの固有ベクトルを求めれば、その第１成分方向が心臓の収縮／拡張方向、第２成分方向がねじれや回転などの運動方向となる。このようにして求めた第１成分方向および第２成分方向を表す単位ベクトルｐ１およびｐ２を用いて第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６において、収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向の運動成分を算出し、表示部１０７に表示させれば、追跡点におけるこれらの運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、追跡点の座標は２次元としたが、例えば、超音波診断装置、ＭＲＩ、ＣＴなどの手段によって得られた画像から、追跡点座標取得部１０２において追跡点の３次元座標を求め、これを用いて速度ベクトル取得部１０３で速度ベクトルを求めることも可能である。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、表示部１０７において、図３に示すように、速度ベクトルＶｔの第１成分方向および第２成分方向の運動成分ｖＭｔ、ｖＳｔを、心臓の画像上に追跡点の第１成分方向と第２成分方向を表示するとともに、グラフで表示していた。上述したように、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、多くの場合、心臓の収縮／拡張方向であると考えることができるが、心臓の部位によっては、心臓の収縮／拡張方向の速度ベクトルの変化よりも、心臓のねじれや回転などの運動方向の速度ベクトルの変化の方が大きい場合もある。このような部位では、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向が心臓のねじれや回転などの運動方向を表し、第２成分方向が心臓の収縮／拡張方向を表すことになる。
【００４４】
そこで、主成分分析部１０４において、追跡点の速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１および第２成分ベクトルｐ２を求めたのちに、別途、それぞれのベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかを検出して、図４のように、表示部１０７において、追跡点の速度ベクトルの運動成分を心臓の収縮／拡張およびねじれや回転などと関連付けて表示するとよい。
【００４５】
このように表示することによって、心臓の部位によらず、心臓の収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向の運動成分を容易に把握することが可能になる。
【００４６】
なお、追跡点の速度ベクトルの第１成分ベクトルおよび第２成分ベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかの検出は、例えば、図５（ａ）に示すように、あらかじめ心臓の中心点を定めておき、この中心点に向かう方向のベクトルを心臓の収縮／拡張方向と定めればよい。また図５ｂ）および（ｃ）に、この方法によって各ベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかを検出した例を表す。図５（ｂ）には、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向が心臓の収縮／拡張方向であり、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分ベクトルの方向が心臓の収縮／拡張方向となる例を示している。一方、図５（ｃ）には、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向が心臓のねじれや回転などの運動方向であり、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分ベクトルの方向が心臓のねじれや回転などの運動方向となる例を示している。
【００４７】
また、上述した実施形態では、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６で得られる追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを表示部１０７に表示しているが、これらのデータを表示部１０７に表示することなく、別途記憶媒体などに記憶しておき、別のデータ処理装置あるいはデータ処理ソフトウェアなどを用いて解析できるようにすることも可能である。
【００４８】
また、上述した実施形態では、図３に示すように、追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを、表示部１０７に同時にグラフとして表示しているが、別途、表示を切り替える手段を設けて、これらの運動成分を個別に表示部１０７に表示できるようにすることも可能である。このようにすることで、心臓の収縮／拡張方向の運動と、ねじれや回転などの方向の運動を個別に把握することができるようになる。
【００４９】
なお、この医用運動解析装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、追跡点座標取得部１０２、速度ベクトル取得部１０３、主成分分析部１０４、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、医用運動解析装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、画像データ蓄積部１０１は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体を適宜利用して実現することができる。また、表示部１０７は、上記のコンピュータ装置に内臓あるいは外付けされたディスプレイなどの表示装置を適宜利用して実現することができる。
【実施例２】
【００５０】
実施例１では、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析し、その第１成分方向を心臓の収縮／拡張方向、第２成分方向を心臓のねじれや回転などの運動方向であるとした。
【００５１】
実施例２では、まず、心臓の輪郭線を抽出し、その輪郭線の法線方向を心臓の収縮／拡張の運動方向、輪郭線の接線方向を心臓のねじれや回転などの運動方向として、これらの方向の追跡点の運動成分を求める方法について説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００５３】
この第２の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部２０１と、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部２０２と、追跡点座標取得部２０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部２０３と、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓の輪郭線を抽出する輪郭抽出部２０４と、輪郭抽出部２０４で抽出された心臓の輪郭線から、追跡点における輪郭線に対する法線方向および接線方向の運動方向を取得する運動方向取得部２０５と、速度ベクトル取得部２０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、運動方向取得部２０５で得られる輪郭線に対する法線方向の運動成分を、心臓の収縮／拡張方向の運動成分として算出する第１運動成分算出部２０６と、速度ベクトル取得部２０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、運動方向取得部２０５で得られる輪郭線に対する接線方向の運動成分を、心臓のねじれや回転などの方向の運動成分として算出する第２運動成分算出部２０７と、第１運動成分算出部２０６および第２運動成分算出部２０７で得られる運動成分を表示する表示部２０８とを備えている。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の主成分分析部１０４の代わりに、輪郭抽出部１０４および運動方向取得部１０５を備える点が異なるのみである。したがって、以下では、第１の実施形態と共通の動作を行う部分（画像データ蓄積部２０１、追跡点座標取得部２０２、速度ベクトル算出部２０３）については、説明を省略する。
【００５５】
輪郭抽出部２０４は、画像データ蓄積部２０１に蓄積された画像データから、心臓の輪郭線を抽出する。心臓の輪郭線を抽出する方法としては、例えば、前述した文献「西浦ほか、“部分形状拘束輪郭モデルによる超音波心壁動的輪郭抽出法”、電子情報通信学会論文誌（Ｄ−ＩＩ）、ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｄ−ＩＩ、ｎｏ．１、ｐｐ．１８３−１９０、Ｊａｎ．２０００」に開示されている方法を用いることができる。また、別途マウスやキーボードなど、手動で輪郭線をトレースできる装置を設けて、輪郭線を手動で設定できるようにしてもよい。
【００５６】
ここで、本実施形態では、輪郭線の抽出は、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列画像データのうち、心臓拡張末期と収縮末期の画像データについて行うものとする。
【００５７】
次に、輪郭抽出部２０４は、抽出された心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線を、運動方向取得部２０５に送る。
【００５８】
運動方向取得部２０５は、輪郭抽出部２０４から送られた心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から、追跡点における輪郭線に対する法線方向および接線方向の運動成分を取得する。ここでは、輪郭線の法線方向および接線方向とは、図７に示すような、心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から得られるセンターライン上の点における、センターラインに対する法線方向および接線方向であるとする。
【００５９】
そこで、運動方向取得部２０５は、まず輪郭抽出部２０４から送られた心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から、図７に示すような、これらの輪郭線のセンターラインを求める。
【００６０】
次に、運動方向取得部２０５は、追跡点座標取得部２０２で得られた追跡点座標の時系列データから、センターライン上に存在する座標を探索する。なお、追跡点座標取得部２０２で得られた追跡点座標の中に、センターライン上に存在する座標が存在しなければ、運動方向取得部２０５は、追跡点座標にもっとも近いセンターライン上の点を探索する。ここで、追跡点座標にもっとも近いセンターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）は、時刻ｔの追跡点座標を（ｘｔ，ｙｔ）とすると、例えば、（８）式を満たす点（ｘｃ，ｙｃ）として求めることができる。
【数８】
ここで、図８に示すように、センターライン上の各点のセンターラインに対する法線方向の運動は、心臓の収縮／拡張方向の運動であると考えることができる。そこで、運動方向取得部２０５において、図９に示すように、センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）について、センターラインの法線方向と接線方向の単位ベクトルを求め、これらの方向の追跡点の運動成分を求めれば、近似的に追跡点の収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転など方向の運動成分を求めることが可能になる。
【００６１】
センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）の法線方向と接線方向の単位ベクトルｒ１およびｒ２は、例えば、図１０に示すように、センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）から、あらかじめ定めた所定の距離にあるセンターライン上の別の点（ｘｃ１，ｙｃ１）および（ｘｃ２，ｙｃ２）から、（９）式によって求めることができる。
【数９】
運動方向取得部２０５は、このようにして求めた心臓の輪郭線の法線方向を表す単位ベクトルｒ１を第１運動成分算出部２０６に送り、心臓の輪郭線の接線方向を表す単位ベクトルｒ２を第２運動成分算出部２０７に送る。
【００６２】
第１運動成分算出部２０６は、運動方向取得部２０５から送られる心臓の輪郭線に対して法線方向の単位ベクトルｒ１を用いて、速度ベクトル取得部２０３より送られる速度ベクトルＶｔの心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔを算出する。
【００６３】
心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔは、時刻ｔごとに、（１０）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと単位ベクトルｒ１との内積をとることによって求めることができる。
【数１０】
同様に、第２運動成分算出部２０７は、運動方向取得部２０５から送られる心臓の輪郭線に対して接線方向の単位ベクトルｒ２を用いて、速度ベクトル取得部２０３より送られる速度ベクトルＶｔの心臓の輪郭線に対して接線方向の運動成分ｖＳｔを算出する。
【００６４】
心臓の輪郭線に対する接線方向の運動成分ｖＳｔは、時刻ｔごとに（１１）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと単位ベクトルｒ２との内積をとることによって求めることができる。
【数１１】
（１０）式および（１１）式で求められた追跡点の心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔおよび接線方向の運動成分ｖＳｔは、次に、表示部２０８において表示される。この表示を確認することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００６５】
このように本発明の第２の実施形態によれば、心臓を被写体とした画像データから追跡点の速度ベクトルデータを取得し、この速度ベクトルデータの心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分と、接線方向の運動成分を算出して表示することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に把握でき、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態では、心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から定まるセンターラインの法線方向および接線方向を、それぞれ心臓の輪郭線に対する法線方向および接線方向としたが、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列画像データから時刻ごとに心臓の輪郭線を抽出し、各時刻の輪郭線から法線方向および接線方向を取得することも可能である。この場合、各時刻で抽出された輪郭線上の点のうち、その時刻の追跡点の座標と最も近い点を検出し、その点における輪郭線に対する法線方向および接線方向を、それぞれ追跡点の収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向とすればよい。
【実施例３】
【００６７】
実施例１では、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析し、その第１成分方向を心臓の収縮／拡張方向であるとした。また、実施例２では、心臓の輪郭線を抽出し、その輪郭線の法線方向を心臓の収縮／拡張方向であるとした。
【００６８】
実施例３では、手動で設定された心臓の収縮／拡張方向に基づいて、追跡点の運動情報の収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分を算出する方法について説明する。
【００６９】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００７０】
この第３の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部３０１と、画像データ蓄積部３０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部３０２と、追跡点座標取得部３０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部３０３と、追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定部３０４と、速度ベクトル取得部３０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、方向設定部３０４で設定される収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１運動成分算出部３０５と、速度ベクトル取得部３０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、方向設定部３０４で設定される収縮／拡張方向と垂直な方向の運動成分を算出する第２運動成分算出部３０６と、第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６で得られる運動成分を表示する表示部３０７とを備えている。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態の主成分分析部１０４の代わりに、追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定部３０４を備える点が異なるのみである。したがって、以下では、第１の実施形態と共通の動作を行う部分（画像データ蓄積部３０１、追跡点座標取得部３０２、速度ベクトル算出部３０３）については、説明を省略する。
【００７２】
方向設定部３０４では、手動によって追跡点の収縮／拡張方向が設定される。方向設定部３０４における方向の設定は、図１２に示すように、例えば心臓を表示したディスプレイ上で、ユーザがマウスやキーボードなどによって、心臓の収縮／拡張方向であると考えられる方向に線分を描くことによって行うことができる。
【００７３】
方向設定部３０４は、このようにして描かれた線分から、心臓の収縮／拡張方向を示す単位ベクトルｍ１を算出する。心臓の収縮／拡張方向を示す単位ベクトルｍ１は、例えば、図１３のように、ユーザによって描かれた線分上の２点（ｘ１，ｙ１）および（ｘ２，ｙ２）から、（１２）式によって求めることができる。
【数１２】
さらに方向設定部３０４は、上述した線分上の２点（ｘ１，ｙ１）および（ｘ２，ｙ２）から、（１３）式によって、心臓の収縮／拡張方向と垂直な方向、すなわち、ねじれや回転などの運動方向の単位ベクトルｍ２を求める。
【数１３】
このようにして方向設定部３０４において求められた心臓の収縮／拡張方向の単位ベクトルｍ１および心臓の収縮／拡張方向と垂直な方向の単位ベクトルｍ２は、それぞれ第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６に送られる。
【００７４】
第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６では、方向設定部３０４から送られた単位ベクトルｍ１およびｍ２を用いて、それぞれ、速度ベクトル取得部３０３から送られる追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分を算出する。
【００７５】
追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分は、上述したように、追跡点の速度ベクトルと心臓の収縮／拡張方向の単位ベクトルｍ１との内積を求めることによって算出することができる。また、追跡点の速度ベクトルのねじれや回転などの方向の運動成分も、同様に、追跡点の速度ベクトルと心臓のねじれや回転などの方向の単位ベクトルｍ２との内積を求めることによって算出することができる。
【００７６】
このようにして算出された収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分は、表示部３０７において表示される。
【００７７】
このように本発明の第３の実施形態によれば、心臓の収縮／拡張方向の設定を手動で行って、心臓の収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの運動成分を算出することで、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる運動成分の表示方法の一例を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる運動成分の表示方法の一例を示す図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係わる追跡点の運動成分と運動方向の関係を説明するための図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線（センターライン）を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線の法線方向を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線の法線方向および接線方向を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係わる法線方向および接線方向の単位ベクトルの算出方法を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係わる心臓の収縮／拡張方向の設定方法を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係わる法線方向および接線方向の単位ベクトルの算出方法を示す図。
【符号の説明】
【００８０】
１０１、２０１、３０１・・・画像データ蓄積部
１０２、２０２、３０２・・・追跡点座標取得部
１０３、２０３、３０３・・・速度ベクトル取得部
１０４・・・主成分分析部
１０５、２０６、３０５・・・第１運動成分算出部
１０６、２０７、３０６・・・第２運動成分算出部
１０７、２０８、３０７・・・表示部
２０５・・・輪郭抽出部
２０６・・・運動方向取得部
３０４・・・方向設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムに係わり、特に心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分が得られるようにした医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、心筋梗塞や狭心症のような心臓病の早期診断のため、心臓を被写体とする時系列の画像データから心臓の運動を正確に測定し、解析する医用運動解析装置が知らされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、心臓の心室壁の典型的な運動は、心臓の収縮／拡張方向の運動と、ねじれや回転などによる（すなわち、収縮／拡張方向とは異なる方向の）運動とに分けて考えることができる。心臓の収縮／拡張方向の運動は、心筋の収縮によって成し遂げられる運動であるため、その運動に異常が見られる場合、例えば、心筋梗塞などの早期診断につながることも多い。さらに、一般に、心臓の収縮／拡張方向の運動は、ねじれや回転などによる運動よりも大きいため、従来の医用運動解析装置では、この心臓の収縮／拡張方向の運動成分を測定し、解析することに主眼が置かれていた（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかし、心臓の部位によっては、心臓の運動の異常が、心臓の収縮／拡張方向の運動よりも、ねじれや回転などによる運動に鋭敏に表れる場合がある。そのため、このような部位では、心臓のねじれや回転などの、収縮／拡張とは異なる方向の運動成分を検出したほうが、診断にとって有用な場合もあるが、上述した従来の医用運動解析装置では、心臓の収縮／拡張方向の運動とともに、このようなねじれや回転などによる運動を測定、解析することはできなかった。
【特許文献１】特開平１０−９９３３４号公報（４頁、図２）
【特許文献２】特開２００３−２６５４８０公報（３頁、図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の医用運動解析装置では、心臓の収縮拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向以外の診断上有用な運動成分を得ることを可能とする医用運動解析装置、医用運動解析方法および医用運動解析プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の医用運動解析方法は、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の医用運動解析プログラムは、コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析させる医用運動解析プログラムであって、前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とともに、ねじれや回転などの、心臓の収縮／拡張方向とは異なる方向の運動成分を測定できるので、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００１３】
この第１の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部１０１と、画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部１０２と、追跡点座標取得部１０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として、追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部１０３と、速度ベクトル取得部１０３で取得された追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析する主成分分析部１０４と、速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、主成分分析部１０４で得られる第１成分方向（主成分方向）の運動成分を、心臓の収縮／拡張方向の運動成分として算出する第１運動成分算出部１０５と、速度ベクトル取得部１０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、主成分分析部１０４で得られる第２成分方向の運動成分を、心臓のねじれや回転などの方向の運動成分として算出する第２運動成分算出部１０６と、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６で得られる運動成分を表示する表示部１０７とを備えている。
【００１４】
次に図１および図２を用いて、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作を示すフローチャートである。
【００１５】
画像データ蓄積部１０１には、心臓を被写体とした時系列の画像データが蓄積されている。ここで、画像データ蓄積部１０１に蓄積される画像データは、例えば、超音波診断装置、ＭＲＩ、ＣＴなどの手段によって得ることができる。また、画像データ蓄積部１０１としては、例えば、半導体メモリ、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ−ＲＷなどを適用できる。
【００１６】
この画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データは、追跡点座標取得部１０２に送られる。
【００１７】
追跡点座標取得部１０２では、画像データ蓄積部１０１より送られた画像に表れた追跡点を取得する（ステップＳ１０１）。ここで追跡点とは、画像に表れた心臓上の追跡対象となる点であり、例えば、文献「西浦ほか、“部分形状拘束輪郭モデルによる超音波心壁動的輪郭抽出法”、電子情報通信学会論文誌（Ｄ−ＩＩ）、ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｄ−ＩＩ、ｎｏ．１、ｐｐ．１８３−１９０、Ｊａｎ．２０００」に開示されている方法を用いて、心臓の輪郭を抽出し、その輪郭から心尖部や弁輪部といった輪郭上の特徴点を検出して、これらの点を追跡点とすればよい。また、心臓の輪郭を抽出することなく、マウスなどを用いて、各時刻の画像ごとに手動で追跡点を設定していってもよい。
【００１８】
なお、追跡点は必ずしも一つである必要はなく、例えば、上述した方法を用いて抽出した心臓の輪郭上の複数の特徴点を追跡点としてもよい。ただし、以下の説明では、簡単のため、追跡点は一つであるとして説明する。
【００１９】
追跡点は、上述した方法により、画像データ蓄積部１０１に蓄積された時系列の画像データから時刻ごとに取得される。このようにして取得された時刻ｔの追跡点の座標は、２次元座標（ｘｔ，ｙｔ）で表される。この追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）は、次に、速度ベクトル取得部１０３に送られる。
【００２０】
速度ベクトル取得部１０３では、追跡点座標取得部１０２より送られた追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）の時系列データから追跡点の速度ベクトルの時系列データを算出する（ステップＳ１０２）。
【００２１】
ここで、時刻ｔの追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）は、例えば、（１）式によって求めることができる。
【数１】
ここでΔｔは、時刻ｔと時刻ｔ＋１の時間間隔である。
【００２２】
なお、（１）式では、連続する２つの時刻の追跡点の座標から速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）を求めたが、（２）式に示すように、適当な時間間隔の追跡点の座標から速度ベクトル（ｖｘｆ，ｖｙｆ）を求めてもよい。
【数２】
ここでΔｔ´は、時刻ｔと時刻ｔ＋ｉの時間間隔である。
【００２３】
次に、速度ベクトル取得部１０３で得られた追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データは、主成分分析部１０４、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６に送られる。
【００２４】
主成分分析部１０４は、速度ベクトル取得部１０３より送られた追跡点の速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データを主成分分析して、追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向を求める（ステップＳ１０３）。
【００２５】
ここで、速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の時系列データを主成分分析して得られる追跡点の運動の第１成分方向および第２成分方向は、（３）式で定まる共分散行列Ｃの固有ベクトルを求めることにより得ることができる。
【数３】
ここで、Ｖｔは、速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）を表し、Ｔはベクトルの転置を表す。
【００２６】
すなわち、共分散行列Ｃの固有ベクトルｐ１およびｐ２を（４）式のように定めると、ｐ１が追跡点の運動の第１成分方向を表す単位ベクトル（以下、第１成分ベクトルと呼ぶ）、ｐ２が第２成分方向を表す単位ベクトル（以下、第２成分ベクトルと呼ぶ）となる。
【数４】
なお、（４）式において、λ１およびλ２は、それぞれ固有ベクトルｐ１およびｐ２に対応する固有値である。
【００２７】
ここで、時系列ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、時系列ベクトルデータの分散が最大となる方向を意味する。時系列ベクトルデータとして、心臓の追跡点の速度ベクトルデータを用いた場合には、速度ベクトルデータの分散が最大となる方向とは、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向となる。したがって、時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、多くの場合、心臓の収縮／拡張方向であると考えることができる。
【００２８】
一方、第２成分方向は、第１成分方向に直交する方向を表すため、時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第２成分方向とは、多くの場合、収縮／拡張方向に対して直交する、ねじれや回転などの運動方向であると考えることができる。
【００２９】
したがって、速度ベクトル取得部１０３で得られる速度ベクトルの時系列データの第１成分方向および第２成分方向の運動成分を算出して表示すれば、追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転などの方向の運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００３０】
次に、主成分分析部１０４は、速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１を、第１運動成分算出部１０５に送る。また、同様に、主成分分析部１０４は、速度ベクトルの第２成分ベクトルｐ２を第２運動成分算出部１０６に送る。
【００３１】
第１運動成分算出部１０５は、主成分分析部１０４から送られる速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１を用いて、速度ベクトル取得部１０３より送られる速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出する（ステップＳ１０４）。
【００３２】
速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔは、時刻ｔごとに（５）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと第１成分ベクトルｐ１との内積をとることによって求めることができる。
【数５】
（５）式により求まる速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔは、次に、時系列データとして表示部１０７に送られる。
【００３３】
第２運動成分算出部１０６は、主成分分析部１０４から送られる速度ベクトルの第２成分ベクトルｐ２を用いて、速度ベクトル取得部１０３より送られる速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを算出する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔは、時刻ｔごとに（６）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと第２成分ベクトルｐ２との内積をとることによって求めることができる。
【数６】
（６）式により求まる速度ベクトルの第２成分方向の運動成分ｖＳｔは、次に、時系列データとして表示部１０７に送られる。
【００３５】
表示部１０７は、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６からそれぞれ送られる、追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを表示する（ステップＳ１０６）。表示部１０７には、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイなどを適用できる。
【００３６】
表示部１０７における各運動成分の表示は、例えば、図３に示すように、心臓の画像上に追跡点の第１成分方向および第２成分方向を表示するとともに、各運動成分をグラフとして表示すればよい。
【００３７】
このように、追跡点の第１成分方向および第２成分方向の運動成分を同時にグラフとして表示することによって、追跡点における心臓の収縮／拡張方向の運動とねじれや回転などの方向の運動の様子を同時に観察することができる。
【００３８】
このように本発明の第１の実施形態によれば、心臓を被写体とした画像データから追跡点の速度ベクトルデータを取得し、この速度ベクトルデータを主成分分析して、その第１成分方向の運動成分と第２成分方向の運動成分を算出して表示することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転などの運動成分を同時に把握でき、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、ステップＳ１０４において、第１運動成分算出部１０５で速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出した後に、ステップＳ１０５において、第２運動成分算出部１０６で速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを求めていたが、各方向の運動成分を算出する順序を逆にすることも可能である。すなわち、図２において、ステップＳ１０４とステップＳ１０５を入れ替え、まず第２運動成分算出部１０６で速度ベクトルＶｔの第２成分方向の運動成分ｖＳｔを算出した後に、第１運動成分算出部１０５で速度ベクトルＶｔの第１成分方向の運動成分ｖＭｔを算出してもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態では、時系列運動情報を追跡点の速度ベクトルの時系列データとしたが、追跡点の変位ベクトルの時系列データを時系列運動情報とすることもできる。ここで、追跡点の変位ベクトルＤｔ＝（ｄｘｔ，ｄｙｔ）は、追跡点の座標の時系列データから、例えば、時刻ｔと時刻ｔ＋ｉの間の追跡点座標の変位として、（７）式を用いて求めることができる。
【数７】
（７）式で求まる追跡点の変位ベクトルＤｔを上述した追跡点の速度ベクトルＶｔの代わりに用いて主成分分析を行い、追跡点の変位ベクトルＤｔの第１成分方向および第２成分方向の運動成分を求めれば、追跡点の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に求めることができる。
【００４１】
また上述した実施形態では、心臓の収縮／拡張方向を、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析して得られる第１成分方向であるとしたが、追跡点の座標の時系列データを主成分分析して得られる第１成分方向を、心臓の収縮／拡張方向とすることも可能である。すなわち、追跡点の座標の時系列データのうち、その分散が最大となる方向とは、追跡点の座標の変化が最大となる方向と考えることができるので、この方向を心臓の収縮／拡張方向であると考えることができる。そこで、主成分分析部１０４において、追跡点の座標（ｘｔ，ｙｔ）を速度ベクトル（ｖｘｔ，ｖｙｔ）の代わりに用いて、（３）式で定まる共分散行列Ｃの固有ベクトルを求めれば、その第１成分方向が心臓の収縮／拡張方向、第２成分方向がねじれや回転などの運動方向となる。このようにして求めた第１成分方向および第２成分方向を表す単位ベクトルｐ１およびｐ２を用いて第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６において、収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向の運動成分を算出し、表示部１０７に表示させれば、追跡点におけるこれらの運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００４２】
また、上述した実施形態では、追跡点の座標は２次元としたが、例えば、超音波診断装置、ＭＲＩ、ＣＴなどの手段によって得られた画像から、追跡点座標取得部１０２において追跡点の３次元座標を求め、これを用いて速度ベクトル取得部１０３で速度ベクトルを求めることも可能である。
【００４３】
なお、上述した実施形態では、表示部１０７において、図３に示すように、速度ベクトルＶｔの第１成分方向および第２成分方向の運動成分ｖＭｔ、ｖＳｔを、心臓の画像上に追跡点の第１成分方向と第２成分方向を表示するとともに、グラフで表示していた。上述したように、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向とは、多くの場合、心臓の収縮／拡張方向であると考えることができるが、心臓の部位によっては、心臓の収縮／拡張方向の速度ベクトルの変化よりも、心臓のねじれや回転などの運動方向の速度ベクトルの変化の方が大きい場合もある。このような部位では、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分方向が心臓のねじれや回転などの運動方向を表し、第２成分方向が心臓の収縮／拡張方向を表すことになる。
【００４４】
そこで、主成分分析部１０４において、追跡点の速度ベクトルの第１成分ベクトルｐ１および第２成分ベクトルｐ２を求めたのちに、別途、それぞれのベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかを検出して、図４のように、表示部１０７において、追跡点の速度ベクトルの運動成分を心臓の収縮／拡張およびねじれや回転などと関連付けて表示するとよい。
【００４５】
このように表示することによって、心臓の部位によらず、心臓の収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向の運動成分を容易に把握することが可能になる。
【００４６】
なお、追跡点の速度ベクトルの第１成分ベクトルおよび第２成分ベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかの検出は、例えば、図５（ａ）に示すように、あらかじめ心臓の中心点を定めておき、この中心点に向かう方向のベクトルを心臓の収縮／拡張方向と定めればよい。また図５ｂ）および（ｃ）に、この方法によって各ベクトルが表す運動方向が心臓の収縮／拡張方向であるか、ねじれや回転などの運動方向であるかを検出した例を表す。図５（ｂ）には、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向が心臓の収縮／拡張方向であり、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分ベクトルの方向が心臓の収縮／拡張方向となる例を示している。一方、図５（ｃ）には、追跡点の速度ベクトルの変化が最大となる方向が心臓のねじれや回転などの運動方向であり、追跡点の時系列速度ベクトルデータを主成分分析して得られる第１成分ベクトルの方向が心臓のねじれや回転などの運動方向となる例を示している。
【００４７】
また、上述した実施形態では、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６で得られる追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを表示部１０７に表示しているが、これらのデータを表示部１０７に表示することなく、別途記憶媒体などに記憶しておき、別のデータ処理装置あるいはデータ処理ソフトウェアなどを用いて解析できるようにすることも可能である。
【００４８】
また、上述した実施形態では、図３に示すように、追跡点の速度ベクトルの第１成分方向の運動成分ｖＭｔおよび第２成分方向の運動成分ｖＳｔを、表示部１０７に同時にグラフとして表示しているが、別途、表示を切り替える手段を設けて、これらの運動成分を個別に表示部１０７に表示できるようにすることも可能である。このようにすることで、心臓の収縮／拡張方向の運動と、ねじれや回転などの方向の運動を個別に把握することができるようになる。
【００４９】
なお、この医用運動解析装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、追跡点座標取得部１０２、速度ベクトル取得部１０３、主成分分析部１０４、第１運動成分算出部１０５および第２運動成分算出部１０６は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、医用運動解析装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、画像データ蓄積部１０１は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体を適宜利用して実現することができる。また、表示部１０７は、上記のコンピュータ装置に内臓あるいは外付けされたディスプレイなどの表示装置を適宜利用して実現することができる。
【実施例２】
【００５０】
実施例１では、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析し、その第１成分方向を心臓の収縮／拡張方向、第２成分方向を心臓のねじれや回転などの運動方向であるとした。
【００５１】
実施例２では、まず、心臓の輪郭線を抽出し、その輪郭線の法線方向を心臓の収縮／拡張の運動方向、輪郭線の接線方向を心臓のねじれや回転などの運動方向として、これらの方向の追跡点の運動成分を求める方法について説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００５３】
この第２の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部２０１と、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部２０２と、追跡点座標取得部２０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部２０３と、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓の輪郭線を抽出する輪郭抽出部２０４と、輪郭抽出部２０４で抽出された心臓の輪郭線から、追跡点における輪郭線に対する法線方向および接線方向の運動方向を取得する運動方向取得部２０５と、速度ベクトル取得部２０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、運動方向取得部２０５で得られる輪郭線に対する法線方向の運動成分を、心臓の収縮／拡張方向の運動成分として算出する第１運動成分算出部２０６と、速度ベクトル取得部２０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、運動方向取得部２０５で得られる輪郭線に対する接線方向の運動成分を、心臓のねじれや回転などの方向の運動成分として算出する第２運動成分算出部２０７と、第１運動成分算出部２０６および第２運動成分算出部２０７で得られる運動成分を表示する表示部２０８とを備えている。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の主成分分析部１０４の代わりに、輪郭抽出部１０４および運動方向取得部１０５を備える点が異なるのみである。したがって、以下では、第１の実施形態と共通の動作を行う部分（画像データ蓄積部２０１、追跡点座標取得部２０２、速度ベクトル算出部２０３）については、説明を省略する。
【００５５】
輪郭抽出部２０４は、画像データ蓄積部２０１に蓄積された画像データから、心臓の輪郭線を抽出する。心臓の輪郭線を抽出する方法としては、例えば、前述した文献「西浦ほか、“部分形状拘束輪郭モデルによる超音波心壁動的輪郭抽出法”、電子情報通信学会論文誌（Ｄ−ＩＩ）、ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｄ−ＩＩ、ｎｏ．１、ｐｐ．１８３−１９０、Ｊａｎ．２０００」に開示されている方法を用いることができる。また、別途マウスやキーボードなど、手動で輪郭線をトレースできる装置を設けて、輪郭線を手動で設定できるようにしてもよい。
【００５６】
ここで、本実施形態では、輪郭線の抽出は、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列画像データのうち、心臓拡張末期と収縮末期の画像データについて行うものとする。
【００５７】
次に、輪郭抽出部２０４は、抽出された心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線を、運動方向取得部２０５に送る。
【００５８】
運動方向取得部２０５は、輪郭抽出部２０４から送られた心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から、追跡点における輪郭線に対する法線方向および接線方向の運動成分を取得する。ここでは、輪郭線の法線方向および接線方向とは、図７に示すような、心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から得られるセンターライン上の点における、センターラインに対する法線方向および接線方向であるとする。
【００５９】
そこで、運動方向取得部２０５は、まず輪郭抽出部２０４から送られた心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から、図７に示すような、これらの輪郭線のセンターラインを求める。
【００６０】
次に、運動方向取得部２０５は、追跡点座標取得部２０２で得られた追跡点座標の時系列データから、センターライン上に存在する座標を探索する。なお、追跡点座標取得部２０２で得られた追跡点座標の中に、センターライン上に存在する座標が存在しなければ、運動方向取得部２０５は、追跡点座標にもっとも近いセンターライン上の点を探索する。ここで、追跡点座標にもっとも近いセンターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）は、時刻ｔの追跡点座標を（ｘｔ，ｙｔ）とすると、例えば、（８）式を満たす点（ｘｃ，ｙｃ）として求めることができる。
【数８】
ここで、図８に示すように、センターライン上の各点のセンターラインに対する法線方向の運動は、心臓の収縮／拡張方向の運動であると考えることができる。そこで、運動方向取得部２０５において、図９に示すように、センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）について、センターラインの法線方向と接線方向の単位ベクトルを求め、これらの方向の追跡点の運動成分を求めれば、近似的に追跡点の収縮／拡張方向の運動成分とねじれや回転など方向の運動成分を求めることが可能になる。
【００６１】
センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）の法線方向と接線方向の単位ベクトルｒ１およびｒ２は、例えば、図１０に示すように、センターライン上の点（ｘｃ，ｙｃ）から、あらかじめ定めた所定の距離にあるセンターライン上の別の点（ｘｃ１，ｙｃ１）および（ｘｃ２，ｙｃ２）から、（９）式によって求めることができる。
【数９】
運動方向取得部２０５は、このようにして求めた心臓の輪郭線の法線方向を表す単位ベクトルｒ１を第１運動成分算出部２０６に送り、心臓の輪郭線の接線方向を表す単位ベクトルｒ２を第２運動成分算出部２０７に送る。
【００６２】
第１運動成分算出部２０６は、運動方向取得部２０５から送られる心臓の輪郭線に対して法線方向の単位ベクトルｒ１を用いて、速度ベクトル取得部２０３より送られる速度ベクトルＶｔの心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔを算出する。
【００６３】
心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔは、時刻ｔごとに、（１０）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと単位ベクトルｒ１との内積をとることによって求めることができる。
【数１０】
同様に、第２運動成分算出部２０７は、運動方向取得部２０５から送られる心臓の輪郭線に対して接線方向の単位ベクトルｒ２を用いて、速度ベクトル取得部２０３より送られる速度ベクトルＶｔの心臓の輪郭線に対して接線方向の運動成分ｖＳｔを算出する。
【００６４】
心臓の輪郭線に対する接線方向の運動成分ｖＳｔは、時刻ｔごとに（１１）式に基づいて、速度ベクトルＶｔと単位ベクトルｒ２との内積をとることによって求めることができる。
【数１１】
（１０）式および（１１）式で求められた追跡点の心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分ｖＭｔおよび接線方向の運動成分ｖＳｔは、次に、表示部２０８において表示される。この表示を確認することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に把握することが可能になる。
【００６５】
このように本発明の第２の実施形態によれば、心臓を被写体とした画像データから追跡点の速度ベクトルデータを取得し、この速度ベクトルデータの心臓の輪郭線に対する法線方向の運動成分と、接線方向の運動成分を算出して表示することにより、心臓の収縮／拡張方向の運動成分と、ねじれや回転などの運動成分を同時に把握でき、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態では、心臓拡張末期および収縮末期の輪郭線から定まるセンターラインの法線方向および接線方向を、それぞれ心臓の輪郭線に対する法線方向および接線方向としたが、画像データ蓄積部２０１に蓄積された時系列画像データから時刻ごとに心臓の輪郭線を抽出し、各時刻の輪郭線から法線方向および接線方向を取得することも可能である。この場合、各時刻で抽出された輪郭線上の点のうち、その時刻の追跡点の座標と最も近い点を検出し、その点における輪郭線に対する法線方向および接線方向を、それぞれ追跡点の収縮／拡張方向およびねじれや回転などの運動方向とすればよい。
【実施例３】
【００６７】
実施例１では、追跡点の速度ベクトルの時系列データを主成分分析し、その第１成分方向を心臓の収縮／拡張方向であるとした。また、実施例２では、心臓の輪郭線を抽出し、その輪郭線の法線方向を心臓の収縮／拡張方向であるとした。
【００６８】
実施例３では、手動で設定された心臓の収縮／拡張方向に基づいて、追跡点の運動情報の収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分を算出する方法について説明する。
【００６９】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置を示すブロック図である。
【００７０】
この第３の実施形態に係わる医用運動解析装置は、心臓を被写体とした時系列の画像データを蓄積する画像データ蓄積部３０１と、画像データ蓄積部３０１に蓄積された時系列の画像データから、心臓上の追跡点の座標の時系列データを取得する追跡点座標取得部３０２と、追跡点座標取得部３０２で取得された追跡点の座標の時系列データから、時系列運動情報として追跡点の速度ベクトルの時系列データを求める速度ベクトル取得部３０３と、追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定部３０４と、速度ベクトル取得部３０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、方向設定部３０４で設定される収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１運動成分算出部３０５と、速度ベクトル取得部３０３で得られる追跡点の速度ベクトルから、方向設定部３０４で設定される収縮／拡張方向と垂直な方向の運動成分を算出する第２運動成分算出部３０６と、第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６で得られる運動成分を表示する表示部３０７とを備えている。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置の動作について説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態の主成分分析部１０４の代わりに、追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定部３０４を備える点が異なるのみである。したがって、以下では、第１の実施形態と共通の動作を行う部分（画像データ蓄積部３０１、追跡点座標取得部３０２、速度ベクトル算出部３０３）については、説明を省略する。
【００７２】
方向設定部３０４では、手動によって追跡点の収縮／拡張方向が設定される。方向設定部３０４における方向の設定は、図１２に示すように、例えば心臓を表示したディスプレイ上で、ユーザがマウスやキーボードなどによって、心臓の収縮／拡張方向であると考えられる方向に線分を描くことによって行うことができる。
【００７３】
方向設定部３０４は、このようにして描かれた線分から、心臓の収縮／拡張方向を示す単位ベクトルｍ１を算出する。心臓の収縮／拡張方向を示す単位ベクトルｍ１は、例えば、図１３のように、ユーザによって描かれた線分上の２点（ｘ１，ｙ１）および（ｘ２，ｙ２）から、（１２）式によって求めることができる。
【数１２】
さらに方向設定部３０４は、上述した線分上の２点（ｘ１，ｙ１）および（ｘ２，ｙ２）から、（１３）式によって、心臓の収縮／拡張方向と垂直な方向、すなわち、ねじれや回転などの運動方向の単位ベクトルｍ２を求める。
【数１３】
このようにして方向設定部３０４において求められた心臓の収縮／拡張方向の単位ベクトルｍ１および心臓の収縮／拡張方向と垂直な方向の単位ベクトルｍ２は、それぞれ第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６に送られる。
【００７４】
第１運動成分算出部３０５および第２運動成分算出部３０６では、方向設定部３０４から送られた単位ベクトルｍ１およびｍ２を用いて、それぞれ、速度ベクトル取得部３０３から送られる追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分を算出する。
【００７５】
追跡点の速度ベクトルの収縮／拡張方向の運動成分は、上述したように、追跡点の速度ベクトルと心臓の収縮／拡張方向の単位ベクトルｍ１との内積を求めることによって算出することができる。また、追跡点の速度ベクトルのねじれや回転などの方向の運動成分も、同様に、追跡点の速度ベクトルと心臓のねじれや回転などの方向の単位ベクトルｍ２との内積を求めることによって算出することができる。
【００７６】
このようにして算出された収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの方向の運動成分は、表示部３０７において表示される。
【００７７】
このように本発明の第３の実施形態によれば、心臓の収縮／拡張方向の設定を手動で行って、心臓の収縮／拡張方向の運動成分およびねじれや回転などの運動成分を算出することで、診断上より有用な運動成分を得ることが可能となる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる運動成分の表示方法の一例を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる運動成分の表示方法の一例を示す図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係わる追跡点の運動成分と運動方向の関係を説明するための図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線（センターライン）を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線の法線方向を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる心臓の輪郭線の法線方向および接線方向を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係わる法線方向および接線方向の単位ベクトルの算出方法を示す図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係わる医用運動解析装置の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係わる心臓の収縮／拡張方向の設定方法を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係わる法線方向および接線方向の単位ベクトルの算出方法を示す図。
【符号の説明】
【００８０】
１０１、２０１、３０１・・・画像データ蓄積部
１０２、２０２、３０２・・・追跡点座標取得部
１０３、２０３、３０３・・・速度ベクトル取得部
１０４・・・主成分分析部
１０５、２０６、３０５・・・第１運動成分算出部
１０６、２０７、３０６・・・第２運動成分算出部
１０７、２０８、３０７・・・表示部
２０５・・・輪郭抽出部
２０６・・・運動方向取得部
３０４・・・方向設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項２】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項３】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データを主成分分析する主成分分析手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項４】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の輪郭線を抽出する輪郭抽出手段と、
前記輪郭抽出手段で抽出された心臓の輪郭線から前記追跡点における前記心臓の輪郭線に対する法線方向と接線方向を取得する運動方向取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記運動方向取得手段で得られる前記心臓の輪郭線の法線方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記運動方向取得手段で得られる前記心臓の輪郭線の接線方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項５】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記方向設定手段で定めた方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記方向設定手段で定めた方向に対して垂直な方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項６】
前記第２の運動成分算出手段は、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓のねじれや回転などの方向の運動成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の医用運動解析装置。
【請求項７】
前記第１および第２の運動成分算出手段から得られた前記両運動成分を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項８】
前記追跡点の時系列運動情報が前記追跡点の速度ベクトルの時系列データであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項９】
前記追跡点の時系列運動情報が前記追跡点の変位ベクトルの時系列データであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項１０】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、
前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、
を有することを特徴とする医用運動解析方法。
【請求項１１】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、
前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析ステップで得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析ステップで得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、
を有することを特徴とする医用運動解析方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の運動成分算出ステップから得られた前記両運動成分を表示する表示ステップをさらに有することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の医用運動解析方法。
【請求項１３】
コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析させる医用運動解析プログラムであって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、
前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、
を備えることを特徴とする医用運動解析プログラム。
【請求項１４】
コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析プログラムであって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、
前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析機能で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析機能で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、
を備えることを特徴とする医用運動解析プログラム。
【請求項１５】
前記第１および第２の運動成分算出機能で得られた前記両運動成分を表示する表示機能をさらに備えることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の医用運動解析プログラム。
【請求項１】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項２】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項３】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データを主成分分析する主成分分析手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析手段で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項４】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の輪郭線を抽出する輪郭抽出手段と、
前記輪郭抽出手段で抽出された心臓の輪郭線から前記追跡点における前記心臓の輪郭線に対する法線方向と接線方向を取得する運動方向取得手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記運動方向取得手段で得られる前記心臓の輪郭線の法線方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記運動方向取得手段で得られる前記心臓の輪郭線の接線方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項５】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析装置であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得手段と、
前記追跡点座標取得手段で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記追跡点における心臓の収縮／拡張方向を設定する方向設定手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記方向設定手段で定めた方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出手段と、
前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記方向設定手段で定めた方向に対して垂直な方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出手段と、
を備えることを特徴とする医用運動解析装置。
【請求項６】
前記第２の運動成分算出手段は、前記運動情報取得手段で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓のねじれや回転などの方向の運動成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の医用運動解析装置。
【請求項７】
前記第１および第２の運動成分算出手段から得られた前記両運動成分を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項８】
前記追跡点の時系列運動情報が前記追跡点の速度ベクトルの時系列データであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項９】
前記追跡点の時系列運動情報が前記追跡点の変位ベクトルの時系列データであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の医用運動解析装置。
【請求項１０】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、
前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、
を有することを特徴とする医用運動解析方法。
【請求項１１】
心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析方法であって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得ステップと、
前記追跡点座標取得ステップで得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析ステップで得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出ステップと、
前記運動情報取得ステップで得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析ステップで得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出ステップと、
を有することを特徴とする医用運動解析方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の運動成分算出ステップから得られた前記両運動成分を表示する表示ステップをさらに有することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の医用運動解析方法。
【請求項１３】
コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析させる医用運動解析プログラムであって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、
前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から心臓の収縮／拡張方向とは異なる第２の方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、
を備えることを特徴とする医用運動解析プログラム。
【請求項１４】
コンピュータに、心臓を被写体とした時系列の画像データから前記心臓の運動を解析する医用運動解析プログラムであって、
前記時系列の画像データから前記心臓上の追跡点の座標の時系列データを得る追跡点座標取得機能と、
前記追跡点座標取得機能で得られた前記追跡点の座標の時系列データから前記追跡点の時系列運動情報を取得する運動情報取得機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報を主成分分析する主成分分析機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析機能で得られる第１成分方向の運動成分を算出する第１の運動成分算出機能と、
前記運動情報取得機能で得られた前記追跡点の時系列運動情報から前記主成分分析機能で得られる第２成分方向の運動成分を算出する第２の運動成分算出機能と、
を備えることを特徴とする医用運動解析プログラム。
【請求項１５】
前記第１および第２の運動成分算出機能で得られた前記両運動成分を表示する表示機能をさらに備えることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の医用運動解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−６１５８１（Ｐ２００６−６１５８１Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５０４６５（Ｐ２００４−２５０４６５）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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