超音波診断装置
【課題】診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を実現する。
【解決手段】第１軸から第３軸により特定される診断座標系は、卵胞Ｆの長軸と短軸を基準とした座標系であり、その原点は卵胞Ｆの重心位置である。表示座標系はＸＹＺ座標系である。（Ａ）から、表示座標系に対して診断座標系を平行移動させて互いの原点を一致させて（Ｂ）となる。次に、卵胞Ｆの長軸に対応した診断座標系の第１軸と、この第１軸との間の角度が最も小さいＸ軸が重なるように診断座標系が回転されて（Ｃ）となる。さらに、卵胞Ｆの短軸に対応した診断座標系の第２軸と、この第２軸との間の角度が最も小さいＺ軸が重なるように診断座標系が回転されて（Ｄ）となる。そして、卵胞Ｆの断層画像として、Ｚ軸とＸ軸とを含んだ平面による画像と、Ｙ軸とＺ軸とを含んだ平面による画像と、Ｘ軸とＹ軸とを含んだ平面による画像が形成される。
【解決手段】第１軸から第３軸により特定される診断座標系は、卵胞Ｆの長軸と短軸を基準とした座標系であり、その原点は卵胞Ｆの重心位置である。表示座標系はＸＹＺ座標系である。（Ａ）から、表示座標系に対して診断座標系を平行移動させて互いの原点を一致させて（Ｂ）となる。次に、卵胞Ｆの長軸に対応した診断座標系の第１軸と、この第１軸との間の角度が最も小さいＸ軸が重なるように診断座標系が回転されて（Ｃ）となる。さらに、卵胞Ｆの短軸に対応した診断座標系の第２軸と、この第２軸との間の角度が最も小さいＺ軸が重なるように診断座標系が回転されて（Ｄ）となる。そして、卵胞Ｆの断層画像として、Ｚ軸とＸ軸とを含んだ平面による画像と、Ｙ軸とＺ軸とを含んだ平面による画像と、Ｘ軸とＹ軸とを含んだ平面による画像が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に診断対象の表示画像を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織等の超音波画像を診断に適した表示画像で表示する技術が従来から知られており、その表示画像は、組織等の種類や診断内容に応じて多種多様である。そして、その組織等として、生体内の複数の卵胞も超音波診断の対象とされる。
【０００３】
各卵胞は概ね楕円形に近い形状で観測される場合が多く、そのため、例えば各卵胞の長手方向に沿った長軸やそれに直交する短軸などが各卵胞の診断において目安とされる。それに伴い、例えば、三次元的に超音波画像データを得て各卵胞の切断面画像を表示させる場合に、その卵胞の長軸や短軸を含んだ切断面画像を望むユーザも少なくない。
【０００４】
ところが、各卵胞についてその長軸や短軸を含むように切断面の位置を設定するにあたり、その設定をユーザが手動で行うとユーザに煩雑な操作を強いることになる。特に、生体内においては多数の卵胞が密集しており、多数の卵胞の各々について手動で切断面を設定するには多大な労力が必要とされてしまう。
【０００５】
こうした状況において、本願の発明者は、例えば卵胞等の診断対象に関して診断に適した表示画像を形成する技術について研究開発を重ねてきた。その表示画像の形成においては、診断対象の形態、つまり診断対象の大きさや形状などを参照することが望ましい。この診断対象の形態を示す特徴量の一例として、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸（特許文献１参照）を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０２５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、診断領域に対して超音波を送受するプローブと、プローブを制御することにより診断領域から受信信号を得る送受信部と、受信信号に基づいて形成される診断領域の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、診断領域の画像データは、例えば、２次元的に配列された複数のエコーデータで構成されてもよいし、３次元的に配列された複数のボクセルデータで構成されてもよい。診断領域の画像データが２次元のデータであれば、診断座標系と表示座標系は２次元座標であることが望ましい。診断領域の画像データが３次元のデータであれば、診断座標系と表示座標系は３次元座標または２次元座標であることが望ましい。また、診断座標系と表示座標系は直交座標系であることが望ましいものの、例えば、超音波プローブの走査態様に適した直交座標系以外の座標系が用いられてもよい。
【００１０】
上記構成においては、表示座標系と診断座標系とが互いに整合される。例えば、ある整合条件を満たすように、一方の座標系が他方の座標系に配置される。整合条件とは、例えば、一方の座標系を定める座標軸や座標面と他方の座標系を定める座標軸や座標面との間の相対的な配置関係等である。一例として、表示座標系の一つの座標軸と診断座標系の一つの座標軸とを互いに重ね合わせる態様がある。もちろん、表示座標系の一つの座標軸と診断座標系の一つの座標軸が、ある交差角度を伴って交差するように整合されてもよい。
【００１１】
そして、上記構成によれば、表示座標系に診断対象の画像データを配置するにあたり、診断対象の形態を基準とした診断座標系と表示座標系が互いに整合されるため、診断対象の形態に応じた画像データの配置が実現され、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を形成することが可能になる。
【００１２】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の形態に応じて特定される基準軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記基準軸とを互いに重ね合わせることにより、表示座標系と診断座標系とを互いに整合させる、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の長軸に加えて長軸に直交する短軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせ、表示座標系の他の座標軸と前記短軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい具体例において、前記座標系整合部は、表示座標系の複数の座標軸のうち前記長軸との間の角度が最も小さい座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１６】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の画像データに基づいた主成分分析により得られる診断対象の長軸と短軸を座標軸とする診断座標系を設定する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的にかなう好適な超音波画像処理装置は、超音波の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
例えば、上述した対象特定部と座標系設定部と座標系整合部の機能を実現するためのプログラムを利用することにより、コンピュータにこれらの機能を実現させて、当該コンピュータを前記超音波画像処理装置として機能させてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】対象特定部における処理を説明するための図である。
【図３】三次元データ空間内におけるフィルタの走査を説明するための図である。
【図４】膨張処理におけるフィルタ処理を説明するための図である。
【図５】卵胞の長軸と２つの短軸を説明するための図である。
【図６】卵胞を基準とした診断座標系を示す図である。
【図７】表示座標系と診断座標系の整合を説明するための図である。
【図８】表示座標系を基準とした断面を説明するための図である。
【図９】表示画像の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、診断対象を含む領域に対して超音波を送受波する超音波プローブである。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送受信部１２によって送信制御されて送信ビームが形成される。また、複数の振動素子が診断対象を含む領域内から得られる超音波を受波し、これにより得られた信号が送受信部１２へ出力され、送受信部１２が受信ビームを形成して受信ビームに沿ってエコーデータが収集される。
【００２２】
プローブ１０は、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を三次元空間内において走査して立体的にエコーデータを収集する三次元プローブが好適である。例えば、一次元的に配列された複数の振動素子（１Ｄアレイ振動子）によって電子的に形成される走査面を機械的に動かすことにより超音波ビームが立体的に走査される。また、二次元的に配列された複数の振動素子（２Ｄアレイ振動子）を電子的に制御して超音波ビームを立体的に走査してもよい。もちろん、超音波ビームを断層面内において走査する二次元の超音波プローブが利用されてもよい。
【００２３】
三次元空間内において超音波ビームが走査されてエコーデータが収集されると、その三次元空間に対応した三次元データ空間を構成する複数のボクセルについてのエコーデータ（ボクセルデータ）が図示しないメモリなどに記憶される。そして、三次元データ空間を構成する複数のボクセルに対して、対象特定部２０以降の各部において各種の処理が実行される。そこで、それら各種の処理について説明する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２４】
図２は、対象特定部２０における処理を説明するための図である。図２（Ａ）は、二値化処理を示している。対象特定部２０は三次元データ空間を構成する複数のボクセルに対して二値化処理を施すことにより、図２（Ａ）に示す二値化処理後の画像データを形成する。本実施形態における診断対象としては、生体内の卵胞が好適である。対象特定部２０は、二値化のための閾値と各ボクセルのボクセル値（エコーデータの大きさ）を比較することにより、卵胞Ｆに対応するボクセルとそれ以外のボクセルとを識別する。そして、例えば、卵胞Ｆに対応するボクセルのボクセル値を「１」とし、それ以外のボクセルのボクセル値を「０」とする。図２（Ａ）においては卵胞Ｆに対応するボクセル群が白で描かれており、それ以外の背景に相当するボクセル群が黒で描かれている。
【００２５】
生体内において複数の卵胞は互いに密着して密集している。そのため、超音波画像内においては、図２（Ａ）に示すように、複数の卵胞Ｆが互いに連結した状態で画像化され、各卵胞Ｆの大きさや形状等を個別に確認することは難しい。そこで、本実施形態においては、後に説明する各種の処理により複数の卵胞Ｆが互いに分割される。なお、図２においては各画像データが二次元的に描かれているものの、各種の処理は三次元データ空間内において三次元的に実行される。
【００２６】
図２（Ｂ）は、収縮分離処理を示している。対象特定部２０は、三次元データ空間を構成する二値化処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ａ）に示す二値化画像データ内において、複数の卵胞Ｆに対して収縮処理を施し、図２（Ｂ）に示すように複数の卵胞Ｆを卵胞Ｆ１〜Ｆ３に分離する。対象特定部２０は、段階的に卵胞Ｆを収縮させる収縮処理をｎ回（ｎは自然数）に亘って繰り返し実行する。その各段階における収縮処理には、収縮処理用のフィルタが利用され、そのフィルタが三次元データ空間内の全域に亘って走査される。
【００２７】
図３は、三次元データ空間１００内におけるフィルタ１２０の走査を説明するための図である。図３において、三次元データ空間１００は、ｘｙｚ直交座標系で示されている。また、フィルタ１２０は、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向のそれぞれの長さが３個のボクセルに相当し、合計２７個のボクセルに相当する立体的な構成となっている。フィルタ１２０の中心に位置するボクセルが注目ボクセルであり、それを取り囲む２６個のボクセルが周辺ボクセルである。そして、三次元データ空間１００内の全てのボクセルが注目ボクセルとなるように、フィルタ１２０がｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に移動されて三次元データ空間１００内の全域に亘って走査される。
【００２８】
収縮分離処理では、各走査位置において、フィルタ１２０内の２６個の周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０」のボクセルがあれば、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルのボクセル値が「０」とされる。例えば、注目ボクセルが「１（卵胞）」であり、周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０（背景）」のボクセルがあれば、その注目ボクセルが「０（背景）」に変換される。そして、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査され、各走査位置においてフィルタ処理が施されることにより、１段階の収縮処理が終了する。なお、注目ボクセルに関するボクセル値の変換は、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に実行される。つまり、フィルタ１２０が走査されている途中においては、ボクセル値の変換は行われず、どの走査位置においても変換前のボクセル値を対象としてフィルタ処理が実行される。
【００２９】
こうして、１段階の収縮処理が終了し、その結果に基づいてボクセル値の変換が行われると、その変換後のボクセル値で構成される三次元データ空間１００に対して、２段階目の収縮処理が実行される。２段階目の収縮処理においても、１段階目と同じフィルタ処理が実行される。つまり、各走査位置において、フィルタ１２０内の２６個の周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０」のボクセルがあれば、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルのボクセル値が「０」とされ、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に、ボクセル値が変換される。
【００３０】
対象特定部２０は、この段階的な収縮処理をｎ回（ｎは自然数）に亘って繰り返し実行する。この繰り返し回数ｎは、各ボクセルの大きさやフィルタの大きさなどに応じて適宜に決定され、例えば１０以内程度に設定される。もちろん、ユーザが回数ｎを調整できるようにしてもよい。
【００３１】
なお、二次元の場合には、図３に示すフィルタ１２０に代えて、縦と横の長さがそれぞれ３個のボクセルに相当する合計９個のボクセルに対応した二次元フィルタを利用し、中心に位置するボクセルを注目ボクセルとし、それを取り囲む８個のボクセルを周辺ボクセルとすればよい。
【００３２】
図２に戻り、収縮処理により図２（Ｂ）に示すように複数の卵胞Ｆ１〜Ｆ３に分離されると、対象特定部２０は、三次元データ空間を構成する収縮処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ｂ）に示す収縮処理後の画像データ内において、ラベリング処理を施し、複数の卵胞Ｆ１〜Ｆ３に対して互いに異なるラベルを割り当てる。ラベリング処理としては公知の手法を用いることができ、例えば三次元データ空間内において同じボクセル値を持つ複数のボクセルの塊が検出されて各塊ごとにラベル番号が付与される。例えば、図２（Ｃ）に示すように、ボクセル値「０」の塊である背景部分に対してラベル０が割り当てられ、ボクセル値「１」の塊である卵胞Ｆ１〜Ｆ３に対して、それぞれラベル１〜３が割り当てられる。
【００３３】
ラベリング処理が施されると、対象特定部２０は、三次元データ空間を構成するラベリング処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ｃ）に示すラベリング処理後の画像データ内において、複数の卵胞の各々に対して膨張処理を施す。その膨張処理において各卵胞から得られる膨張部分には、その卵胞のラベルが割り当てられ、さらに、膨張処理されることにより互いに重なり合う膨張部分（膨張した卵胞）同士の重複部分に境界を形成しつつ、複数の卵胞の大きさが復元される。これにより、図２（Ｄ）に示すように、互いに異なるラベルに対応した卵胞間に境界（背景画素）が形成されつつ、各卵胞の大きさが収縮処理前（二値化処理直後）の大きさに復元される。
【００３４】
対象特定部２０は、段階的に卵胞Ｆを膨張させる膨張処理をｎ回（ｎは収縮処理の回数と同じ）に亘って繰り返し実行する。その各段階における膨張処理には、膨張処理用のフィルタが利用され、そのフィルタが三次元データ空間内の全域に亘って走査される。膨張処理においても、図３に示した合計２７個のボクセルに相当する立体的なフィルタ１２０が利用され、フィルタ１２０の中心に位置するボクセルが注目ボクセルとされ、それを取り囲む２６個のボクセルが周辺ボクセルとされる。そして、三次元データ空間１００内の全てのボクセルが注目ボクセルとなるように、フィルタ１２０がｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に移動されて三次元データ空間１００内の全域に亘って走査される。但し、収縮処理と膨張処理とではフィルタ処理が異なっている。
【００３５】
図４は、膨張処理におけるフィルタ処理を説明するための図であり、図４には、境界を形成しつつ膨張させる処理（膨張境界処理）におけるボクセル値の変換に関する条件テーブルが示されている。膨張境界処理においては、各ボクセルのラベル値が参照される。
【００３６】
フィルタ１２０（図３）の中心に位置する注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの全てがラベル０（背景）であれば、注目ボクセルはラベル０とされる。また、注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの中にラベル０以外（卵胞）のラベルがあり、それらの全てが同じラベルＮ（同一の卵胞）であれば、注目ボクセルはラベルＮに変換される。つまり、ラベルＮの卵胞が膨張されることになる。
【００３７】
さらに、注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの中にラベル０以外（卵胞）のラベルがあり、それらの中に互いに異なるラベル番号（互いに異なる卵胞）が含まれていれば、注目ボクセルはラベル０とされる。つまり、注目ボクセルがラベル０に維持され、互いに異なる卵胞の境界となる。
【００３８】
一方、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルがラベルＭ（卵胞）の場合には、周辺ボクセルの状況に関わらず、注目ボクセルがラベルＭに維持される。
【００３９】
そして、図３に示すフィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査され、各走査位置において、図４に示した条件に従ってフィルタ処理が施されることにより、１段階の膨張境界処理が終了する。なお、注目ボクセルに関するラベル値の変換は、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に実行される。つまり、フィルタ１２０が走査されている途中においては、ラベル値の変換は行われず、どの走査位置においても変換前のラベル値を対象としてフィルタ処理が実行される。
【００４０】
こうして、１段階の膨張境界処理が終了し、その結果に基づいてラベル値の変換が行われると、その変換後のラベル値で構成される三次元データ空間１００に対して、２段階目の膨張境界処理が実行される。２段階目の膨張境界処理においても、１段階目と同じフィルタ処理が実行される。つまり、各走査位置において、図４に示した条件に従ってフィルタ処理が施され、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に、ラベル値が変換される。
【００４１】
対象特定部２０は、この段階的な膨張境界処理をｎ回に亘って繰り返し実行する。この繰り返し回数ｎは、収縮処理の繰り返し回数ｎと同じであることが望ましい。こうして、図２（Ｄ）に示したように、互いに異なるラベルに対応した卵胞間に境界（背景画素）が形成されつつ、各卵胞の大きさが収縮処理前の大きさに復元される。
【００４２】
なお、膨張境界処理においても、二次元の場合には、図３に示すフィルタ１２０に代えて、縦と横の長さがそれぞれ３個のボクセルに相当する合計９個のボクセルに対応した二次元フィルタを利用し、中心に位置するボクセルを注目ボクセルとし、それを取り囲む８個のボクセルを周辺ボクセルとすればよい。
【００４３】
本実施形態においては、図２に示したように、互いに密着して密集していた複数の卵胞が互いに分離されて特定される。さらに、図２（Ｄ）に示したように、各卵胞に対して個別のラベルが対応付けられていれば、各ラベルにより対応する卵胞を特定することが可能になり、各ラベルごとにそのラベルに対応した各卵胞の大きさや形状に関する計測値を算出することなどが可能になる、例えば、各ラベルごとにそのラベルに対応した各卵胞の体積や長軸の長さや短軸の長さなどが算出されてもよい。
【００４４】
なお、各卵胞を特定するにあたっては、例えば、ユーザが所望のラベルを指定することにより、そのラベルに対応した卵胞を特定することなどが可能である。また、各卵胞が分離されているので、複数の卵胞が表示された画像上において、ユーザがカーソル等の表示態様を操作して所望の卵胞を指定し、これにより特定された卵胞の画像のみを表示するようにしてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、ユーザによって指定された卵胞を表示する際に、その卵胞の形態に応じた表示画像が形成される。そして、卵胞の形態に係る特徴量として、図１の３軸演算部３０は、卵胞の長軸と２つの短軸を特定する。
【００４６】
図５は、卵胞の長軸と２つの短軸を説明するための図である。本実施形態においては、特定された卵胞Ｆについて、図５に示すようにその卵胞Ｆに外接する最小の直方体を考えることにより、その直方体の辺の長さを卵胞Ｆの３軸長とする。例えば、図５に示す最長の辺Ｄ１が卵胞Ｆの長軸とされ、辺Ｄ１に直交する辺Ｄ２と辺Ｄ３が卵胞Ｆの２つの短軸とされる。
【００４７】
図１に戻り、３軸演算部３０は、卵胞の３軸を特定するにあたり、主成分分析の手法を利用する。主成分分析と呼ばれる公知の手法では、データのばらつきを最もよく表す方向、つまりデータの分散が最大となる方向を第１主成分とするものである。そして、本実施形態においては、主成分分析を行うにあたり、例えば、以下に説明する公知の共分散行列を利用する。
【００４８】
共分散行列を得るためには、数１式により平均位置ｍが算出される。なお、数１式おいて、Ｐiは、卵胞を構成するｉ番目の画素（ボクセル）についての三次元データ空間（図３参照）内における座標値であり、特定された卵胞を構成するｉ＝１〜Ｎまでの全ての画素（ボクセル）の座標値が利用されて、平均位置（重心位置）ｍが算出される。
【００４９】
【数１】
【００５０】
そして、数１式の平均位置ｍを用いて、数２式に示す共分散行列Ｃが算出される。なお数２式に示す共分散行列Ｃは３×３の行列であり、数３式に示す６つの独立成分を持った対称行列となる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
【数３】
【００５３】
共分散行列Ｃを用いた主成分分析では、数２，３式により得られる共分散行列Ｃの固有ベクトルが算出され、最大の固有値に対応した固有ベクトルが第１主成分とされる。本実施形態においては、共分散行列Ｃを利用して得られる第１主成分の方向を卵胞の長軸とする。これにより、卵胞の重心を通り卵胞の長手方向に沿った長軸が特定される。さらに、共分散行列Ｃを利用して得られる第２主成分と第３主成分のそれぞれの方向を卵胞の２つの短軸とする。例えば、第２主成分の方向が短軸１とされ、第３主成分の方向が短軸２とされる。こうして、卵胞の３軸として、長軸とそれに直交する２つの短軸が特定される。
【００５４】
なお、卵胞の画像データ内において、重心とそれから最も遠い画素とを結ぶ直線に沿って長軸を設定してもよいが、最も遠い画素がノイズ等である場合も考えられるため、主成分分析による長軸の設定の方が望ましい。
【００５５】
３軸演算部３０により３軸が特定されると、診断座標系設定部４０は、卵胞の形態を基準とした診断座標系を設定する。診断座標系設定部４０は、卵胞の３軸を座標軸とする診断座標系を設定する。
【００５６】
図６は、卵胞を基準とした診断座標系を示す図である。診断座標系設定部４０は、卵胞Ｆの重心Ｇの位置を座標原点とし、第１主成分の方向つまり卵胞Ｆの長軸の方向である第１軸と、第２主成分の方向つまり卵胞Ｆの一方の短軸の方向である第２軸と、第３主成分の方向つまり卵胞Ｆの他方の短軸の方向である第３軸と、を座標軸とする図６に示す直交座標系を診断座標系とする。
【００５７】
図１に戻り、診断座標系設定部４０により診断座標系が設定されると、座標系整合部５０は、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて、表示座標系に卵胞の画像データを配置する。
【００５８】
図７は、表示座標系と診断座標系の整合を説明するための図である。図７において、表示座標系は、ＸＹＺ直交座標系で示されている。表示座標系は、表示画像を形成する際の基準となる座標系であり、三次元データ空間（図３参照）に対する相対的な位置関係が明らかな座標系である。本実施形態では、三次元データ空間（図３参照）のＸＹＺ直交座標系をそのまま表示座標系とする。
【００５９】
また、図７において、診断座標系は、第１軸と第２軸と第３軸（図６参照）により特定される座標系である。診断座標系の第１軸から第３軸は、三次元データ空間内における各画素（ボクセル）の座標に基づいて、主成分分析により例えば数１式から数３式を利用して得られる軸であり、三次元データ空間内における位置や方向が特定されている。したがって、三次元データ空間のＸＹＺ直交座標系を表示座標系とすると、その表示座標系に対する診断座標系の位置や方向が特定されている。
【００６０】
図７の（Ａ）は、表示座標系（ＸＹＺ軸）上に特定された卵胞Ｆに関する診断座標系（第１軸から第３軸）の一例を示している。診断座標系は卵胞Ｆの長軸や短軸を基準とした座標系であるため、表示座標系内における卵胞Ｆの位置や向きに応じたものとなる。
【００６１】
そこで、座標系整合部５０は、まず、表示座標系に対して診断座標系を平行移動させて表示座標系の原点と診断座標系の原点を一致させる。もちろん、卵胞Ｆに関するボクセルデータ（画像データ）も診断座標系と共に平行移動される。
【００６２】
図７の（Ｂ）は、診断座標系が平行移動された状態を示しており、表示座標系の原点の位置に診断座標系の原点が移動され、これにより、診断座標系の原点である卵胞Ｆの重心位置が表示座標系の原点に移動される。
【００６３】
次に、座標系整合部５０は、卵胞Ｆの長軸に対応した軸つまり診断座標系の第１軸と、表示座標系のＸＹＺ軸の各々とを比較し、ＸＹＺ軸のうち第１軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。例えば、第１軸とＸＹＺ軸の各々との内積を比較して第１軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。そして、特定された軸と第１軸が重なるように診断座標系が回転移動される。例えば、第１軸との間の角度が最も小さい軸としてＸ軸が特定された場合には、図７の（Ｃ）に示すように、Ｘ軸上に第１軸が重なるように診断座標系が回転され、卵胞Ｆの画像データも回転される。
【００６４】
さらに、座標系整合部５０は、卵胞Ｆの短軸に対応した診断座標系の第２軸と、表示座標系のうちの残りの軸とを比較し、第２軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。例えば、第１軸とＸ軸とが重ね合わされた場合には、残りのＹ軸とＺ軸のうち、第２軸との間の角度が最も小さい軸が特定される。そして、特定された軸と第２軸が重なるように診断座標系が回転移動される。例えば、第２軸との間の角度が最も小さい軸としてＺ軸が特定された場合には、図７の（Ｄ）に示すように、Ｚ軸上に第２軸が重なるように診断座標系が回転され、卵胞Ｆの画像データも回転される。
【００６５】
なお、診断座標系が直交座標系であれば第１軸と第２軸がＸ軸とＺ軸に重ね合わされることにより、第３軸がＹ軸に沿って配置される。図７の（Ｄ）においては、第３軸とＹ軸が互いに同じ向きに重ね合わされている。
図１に戻り、座標系整合部５０により表示座標系と診断座標系が整合されて表示座標系に卵胞の画像データが配置されると、表示画像形成部６０は、表示座標系に配置された卵胞の画像データに基づいて、その卵胞の表示画像を形成し、形成された表示画像が表示部７０に表示される。その表示画像の形成においては、表示座標系を基準とした断面による卵胞の断層画像が形成される。
【００６６】
図８は、表示座標系を基準とした断面を説明するための図である。図８には、図７（Ｄ）に示した表示座標系と診断座標系の整合により表示座標系に配置された卵胞Ｆの画像データが示されている。図８において、断面Ａは、表示座標系のＺ軸とＸ軸とを含んだ平面であり、断面Ｂは、表示座標系のＹ軸とＺ軸とを含んだ平面であり、断面Ｃは、表示座標系のＸ軸とＹ軸とを含んだ平面である。
【００６７】
図７（Ｄ）に示したように表示座標系と診断座標系が整合されているため、第１軸に対応した卵胞Ｆの長軸がＸ軸上に配置され、第２軸に対応した卵胞Ｆの短軸１がＺ軸上に配置され、第３軸に対応した卵胞Ｆの短軸２がＹ軸上に配置されている。したがって図８において、断面Ａは、卵胞Ｆの長軸と短軸１を含んだ断面となり、断面Ｂは、卵胞Ｆの短軸１と短軸２を含んだ断面となり、断面Ｃは、卵胞Ｆの長軸と短軸２を含んだ断面となる。
【００６８】
図９は、表示画像６２の具体例を示す図である。図９に示す表示画像６２を構成する画像のうち、＜３Ｄ＞は、複数の卵胞に関する三次元画像である。この三次元画像は、三次元空間内から収集されたエコーデータ（ボクセルデータ）に基づいて、例えばボリュームレンダリング処理により形成される。そのボリュームレンダリング処理における視点の位置をユーザが変更できる構成とすることにより、所望の方向から複数の卵胞を映し出した三次元画像を得ることができる。
【００６９】
例えば、図９に示す三次元画像内において、ユーザが、所望の方向から複数の卵胞を映し出し、さらに、カーソル等の表示態様を移動させ、その表示態様を所望の卵胞の位置に合わせることにより、ユーザが診断したい卵胞を選択することができる。これにより、例えば図９の三次元画像内において卵胞Ｆ１が特定される。なお、三次元画像内において、色などの表示態様やマーカなどにより、特定された卵胞を他の卵胞と視覚的に識別できるように表示してもよい。
【００７０】
例えば、三次元画像を利用してユーザにより卵胞Ｆ１が特定されると、３軸演算部３０により卵胞Ｆ１の３軸が特定され（図５，数１式から数３式参照）、診断座標系設定部４０により卵胞Ｆ１の３軸に対応した診断座標系が設定され（図６参照）、さらに、座標系整合部５０により表示座標系と診断座標系が整合される（図７参照）。そして、表示画像形成部６０により断面ＡからＣ（図８参照）における卵胞Ｆ１の断層画像が形成される。
【００７１】
図９において、表示画像６２を構成する画像のうち、＜断面Ａ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ａにおける断層画像であり、＜断面Ｂ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ｂにおける断層画像であり、＜断面Ｃ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ｃにおける断層画像である。表示座標系と診断座標系が整合されているため、断面Ａには、卵胞Ｆ１の長軸と短軸１を含んだ断面が表示され、断面Ｂには、卵胞Ｆ１の短軸１と短軸２を含んだ断面が表示され、断面Ｃには、卵胞Ｆ１の長軸と短軸２を含んだ断面が表示される。
【００７２】
このように、本実施形態においては、複数の卵胞の中からユーザが所望の卵胞を特定することにより、その特定された卵胞の３軸を含んだ断層画像が形成される。そのため、例えば、ユーザによる切断面の設定などのための煩雑な操作を低減することができ、望ましくは切断面の設定のための操作を省略することが可能になる。
【００７３】
また、表示座標系と診断座標系の整合において、交差角度が最小となる座標軸同士を重ね合わせることにより、診断座標系の回転移動を極力小さくすることができ、その回転移動によりユーザが感じる視覚的な違和感を極力抑えることができる。
【００７４】
なお、特定された卵胞Ｆ１について、長軸の長さや２つの短軸の長さや体積などの計測値が表示画像６２の一部として表示されてもよい。また、複数の卵胞が互いに分離されて特定されているため（図２参照）、各卵胞について長軸の長さや２つの短軸の長さや体積などの計測値を算出し、複数の卵胞に関する計測値の一覧を表示するようにしてもよい。さらに、これら計測値の一覧の中からユーザが所望の卵胞を特定し、これにより特定された卵胞の断面が表示されてもよい。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施形態である超音波診断装置について説明したが、例えば、図１に示した対象特定部２０と３軸演算部３０と診断座標系設定部４０と座標系整合部５０と表示画像形成部６０のうちの少なくとも一つをコンピュータにより実現し、そのコンピュータを超音波画像処理装置として機能させてもよい。
【００７６】
なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００７７】
１０ プローブ、２０ 対象特定部、３０ ３軸演算部、４０ 診断座標系設定部、５０ 座標系整合部、６０ 表示画像形成部、７０ 表示部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に診断対象の表示画像を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
組織等の超音波画像を診断に適した表示画像で表示する技術が従来から知られており、その表示画像は、組織等の種類や診断内容に応じて多種多様である。そして、その組織等として、生体内の複数の卵胞も超音波診断の対象とされる。
【０００３】
各卵胞は概ね楕円形に近い形状で観測される場合が多く、そのため、例えば各卵胞の長手方向に沿った長軸やそれに直交する短軸などが各卵胞の診断において目安とされる。それに伴い、例えば、三次元的に超音波画像データを得て各卵胞の切断面画像を表示させる場合に、その卵胞の長軸や短軸を含んだ切断面画像を望むユーザも少なくない。
【０００４】
ところが、各卵胞についてその長軸や短軸を含むように切断面の位置を設定するにあたり、その設定をユーザが手動で行うとユーザに煩雑な操作を強いることになる。特に、生体内においては多数の卵胞が密集しており、多数の卵胞の各々について手動で切断面を設定するには多大な労力が必要とされてしまう。
【０００５】
こうした状況において、本願の発明者は、例えば卵胞等の診断対象に関して診断に適した表示画像を形成する技術について研究開発を重ねてきた。その表示画像の形成においては、診断対象の形態、つまり診断対象の大きさや形状などを参照することが望ましい。この診断対象の形態を示す特徴量の一例として、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸（特許文献１参照）を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０２５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、診断領域に対して超音波を送受するプローブと、プローブを制御することにより診断領域から受信信号を得る送受信部と、受信信号に基づいて形成される診断領域の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、診断領域の画像データは、例えば、２次元的に配列された複数のエコーデータで構成されてもよいし、３次元的に配列された複数のボクセルデータで構成されてもよい。診断領域の画像データが２次元のデータであれば、診断座標系と表示座標系は２次元座標であることが望ましい。診断領域の画像データが３次元のデータであれば、診断座標系と表示座標系は３次元座標または２次元座標であることが望ましい。また、診断座標系と表示座標系は直交座標系であることが望ましいものの、例えば、超音波プローブの走査態様に適した直交座標系以外の座標系が用いられてもよい。
【００１０】
上記構成においては、表示座標系と診断座標系とが互いに整合される。例えば、ある整合条件を満たすように、一方の座標系が他方の座標系に配置される。整合条件とは、例えば、一方の座標系を定める座標軸や座標面と他方の座標系を定める座標軸や座標面との間の相対的な配置関係等である。一例として、表示座標系の一つの座標軸と診断座標系の一つの座標軸とを互いに重ね合わせる態様がある。もちろん、表示座標系の一つの座標軸と診断座標系の一つの座標軸が、ある交差角度を伴って交差するように整合されてもよい。
【００１１】
そして、上記構成によれば、表示座標系に診断対象の画像データを配置するにあたり、診断対象の形態を基準とした診断座標系と表示座標系が互いに整合されるため、診断対象の形態に応じた画像データの配置が実現され、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を形成することが可能になる。
【００１２】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の形態に応じて特定される基準軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記基準軸とを互いに重ね合わせることにより、表示座標系と診断座標系とを互いに整合させる、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１４】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の長軸に加えて長軸に直交する短軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせ、表示座標系の他の座標軸と前記短軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１５】
望ましい具体例において、前記座標系整合部は、表示座標系の複数の座標軸のうち前記長軸との間の角度が最も小さい座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、ことを特徴とする。
【００１６】
望ましい具体例において、前記座標系設定部は、診断対象の画像データに基づいた主成分分析により得られる診断対象の長軸と短軸を座標軸とする診断座標系を設定する、ことを特徴とする。
【００１７】
また、上記目的にかなう好適な超音波画像処理装置は、超音波の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
例えば、上述した対象特定部と座標系設定部と座標系整合部の機能を実現するためのプログラムを利用することにより、コンピュータにこれらの機能を実現させて、当該コンピュータを前記超音波画像処理装置として機能させてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、診断対象の形態に応じた診断対象の表示画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】対象特定部における処理を説明するための図である。
【図３】三次元データ空間内におけるフィルタの走査を説明するための図である。
【図４】膨張処理におけるフィルタ処理を説明するための図である。
【図５】卵胞の長軸と２つの短軸を説明するための図である。
【図６】卵胞を基準とした診断座標系を示す図である。
【図７】表示座標系と診断座標系の整合を説明するための図である。
【図８】表示座標系を基準とした断面を説明するための図である。
【図９】表示画像の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、診断対象を含む領域に対して超音波を送受波する超音波プローブである。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送受信部１２によって送信制御されて送信ビームが形成される。また、複数の振動素子が診断対象を含む領域内から得られる超音波を受波し、これにより得られた信号が送受信部１２へ出力され、送受信部１２が受信ビームを形成して受信ビームに沿ってエコーデータが収集される。
【００２２】
プローブ１０は、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を三次元空間内において走査して立体的にエコーデータを収集する三次元プローブが好適である。例えば、一次元的に配列された複数の振動素子（１Ｄアレイ振動子）によって電子的に形成される走査面を機械的に動かすことにより超音波ビームが立体的に走査される。また、二次元的に配列された複数の振動素子（２Ｄアレイ振動子）を電子的に制御して超音波ビームを立体的に走査してもよい。もちろん、超音波ビームを断層面内において走査する二次元の超音波プローブが利用されてもよい。
【００２３】
三次元空間内において超音波ビームが走査されてエコーデータが収集されると、その三次元空間に対応した三次元データ空間を構成する複数のボクセルについてのエコーデータ（ボクセルデータ）が図示しないメモリなどに記憶される。そして、三次元データ空間を構成する複数のボクセルに対して、対象特定部２０以降の各部において各種の処理が実行される。そこで、それら各種の処理について説明する。なお、図１に示した部分（構成）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２４】
図２は、対象特定部２０における処理を説明するための図である。図２（Ａ）は、二値化処理を示している。対象特定部２０は三次元データ空間を構成する複数のボクセルに対して二値化処理を施すことにより、図２（Ａ）に示す二値化処理後の画像データを形成する。本実施形態における診断対象としては、生体内の卵胞が好適である。対象特定部２０は、二値化のための閾値と各ボクセルのボクセル値（エコーデータの大きさ）を比較することにより、卵胞Ｆに対応するボクセルとそれ以外のボクセルとを識別する。そして、例えば、卵胞Ｆに対応するボクセルのボクセル値を「１」とし、それ以外のボクセルのボクセル値を「０」とする。図２（Ａ）においては卵胞Ｆに対応するボクセル群が白で描かれており、それ以外の背景に相当するボクセル群が黒で描かれている。
【００２５】
生体内において複数の卵胞は互いに密着して密集している。そのため、超音波画像内においては、図２（Ａ）に示すように、複数の卵胞Ｆが互いに連結した状態で画像化され、各卵胞Ｆの大きさや形状等を個別に確認することは難しい。そこで、本実施形態においては、後に説明する各種の処理により複数の卵胞Ｆが互いに分割される。なお、図２においては各画像データが二次元的に描かれているものの、各種の処理は三次元データ空間内において三次元的に実行される。
【００２６】
図２（Ｂ）は、収縮分離処理を示している。対象特定部２０は、三次元データ空間を構成する二値化処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ａ）に示す二値化画像データ内において、複数の卵胞Ｆに対して収縮処理を施し、図２（Ｂ）に示すように複数の卵胞Ｆを卵胞Ｆ１〜Ｆ３に分離する。対象特定部２０は、段階的に卵胞Ｆを収縮させる収縮処理をｎ回（ｎは自然数）に亘って繰り返し実行する。その各段階における収縮処理には、収縮処理用のフィルタが利用され、そのフィルタが三次元データ空間内の全域に亘って走査される。
【００２７】
図３は、三次元データ空間１００内におけるフィルタ１２０の走査を説明するための図である。図３において、三次元データ空間１００は、ｘｙｚ直交座標系で示されている。また、フィルタ１２０は、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向のそれぞれの長さが３個のボクセルに相当し、合計２７個のボクセルに相当する立体的な構成となっている。フィルタ１２０の中心に位置するボクセルが注目ボクセルであり、それを取り囲む２６個のボクセルが周辺ボクセルである。そして、三次元データ空間１００内の全てのボクセルが注目ボクセルとなるように、フィルタ１２０がｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に移動されて三次元データ空間１００内の全域に亘って走査される。
【００２８】
収縮分離処理では、各走査位置において、フィルタ１２０内の２６個の周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０」のボクセルがあれば、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルのボクセル値が「０」とされる。例えば、注目ボクセルが「１（卵胞）」であり、周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０（背景）」のボクセルがあれば、その注目ボクセルが「０（背景）」に変換される。そして、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査され、各走査位置においてフィルタ処理が施されることにより、１段階の収縮処理が終了する。なお、注目ボクセルに関するボクセル値の変換は、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に実行される。つまり、フィルタ１２０が走査されている途中においては、ボクセル値の変換は行われず、どの走査位置においても変換前のボクセル値を対象としてフィルタ処理が実行される。
【００２９】
こうして、１段階の収縮処理が終了し、その結果に基づいてボクセル値の変換が行われると、その変換後のボクセル値で構成される三次元データ空間１００に対して、２段階目の収縮処理が実行される。２段階目の収縮処理においても、１段階目と同じフィルタ処理が実行される。つまり、各走査位置において、フィルタ１２０内の２６個の周辺ボクセルの中に１つでもボクセル値「０」のボクセルがあれば、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルのボクセル値が「０」とされ、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に、ボクセル値が変換される。
【００３０】
対象特定部２０は、この段階的な収縮処理をｎ回（ｎは自然数）に亘って繰り返し実行する。この繰り返し回数ｎは、各ボクセルの大きさやフィルタの大きさなどに応じて適宜に決定され、例えば１０以内程度に設定される。もちろん、ユーザが回数ｎを調整できるようにしてもよい。
【００３１】
なお、二次元の場合には、図３に示すフィルタ１２０に代えて、縦と横の長さがそれぞれ３個のボクセルに相当する合計９個のボクセルに対応した二次元フィルタを利用し、中心に位置するボクセルを注目ボクセルとし、それを取り囲む８個のボクセルを周辺ボクセルとすればよい。
【００３２】
図２に戻り、収縮処理により図２（Ｂ）に示すように複数の卵胞Ｆ１〜Ｆ３に分離されると、対象特定部２０は、三次元データ空間を構成する収縮処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ｂ）に示す収縮処理後の画像データ内において、ラベリング処理を施し、複数の卵胞Ｆ１〜Ｆ３に対して互いに異なるラベルを割り当てる。ラベリング処理としては公知の手法を用いることができ、例えば三次元データ空間内において同じボクセル値を持つ複数のボクセルの塊が検出されて各塊ごとにラベル番号が付与される。例えば、図２（Ｃ）に示すように、ボクセル値「０」の塊である背景部分に対してラベル０が割り当てられ、ボクセル値「１」の塊である卵胞Ｆ１〜Ｆ３に対して、それぞれラベル１〜３が割り当てられる。
【００３３】
ラベリング処理が施されると、対象特定部２０は、三次元データ空間を構成するラベリング処理後のボクセルデータ内において、つまり図２（Ｃ）に示すラベリング処理後の画像データ内において、複数の卵胞の各々に対して膨張処理を施す。その膨張処理において各卵胞から得られる膨張部分には、その卵胞のラベルが割り当てられ、さらに、膨張処理されることにより互いに重なり合う膨張部分（膨張した卵胞）同士の重複部分に境界を形成しつつ、複数の卵胞の大きさが復元される。これにより、図２（Ｄ）に示すように、互いに異なるラベルに対応した卵胞間に境界（背景画素）が形成されつつ、各卵胞の大きさが収縮処理前（二値化処理直後）の大きさに復元される。
【００３４】
対象特定部２０は、段階的に卵胞Ｆを膨張させる膨張処理をｎ回（ｎは収縮処理の回数と同じ）に亘って繰り返し実行する。その各段階における膨張処理には、膨張処理用のフィルタが利用され、そのフィルタが三次元データ空間内の全域に亘って走査される。膨張処理においても、図３に示した合計２７個のボクセルに相当する立体的なフィルタ１２０が利用され、フィルタ１２０の中心に位置するボクセルが注目ボクセルとされ、それを取り囲む２６個のボクセルが周辺ボクセルとされる。そして、三次元データ空間１００内の全てのボクセルが注目ボクセルとなるように、フィルタ１２０がｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に移動されて三次元データ空間１００内の全域に亘って走査される。但し、収縮処理と膨張処理とではフィルタ処理が異なっている。
【００３５】
図４は、膨張処理におけるフィルタ処理を説明するための図であり、図４には、境界を形成しつつ膨張させる処理（膨張境界処理）におけるボクセル値の変換に関する条件テーブルが示されている。膨張境界処理においては、各ボクセルのラベル値が参照される。
【００３６】
フィルタ１２０（図３）の中心に位置する注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの全てがラベル０（背景）であれば、注目ボクセルはラベル０とされる。また、注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの中にラベル０以外（卵胞）のラベルがあり、それらの全てが同じラベルＮ（同一の卵胞）であれば、注目ボクセルはラベルＮに変換される。つまり、ラベルＮの卵胞が膨張されることになる。
【００３７】
さらに、注目ボクセルがラベル０（背景）の場合において、２６個の周辺ボクセルの中にラベル０以外（卵胞）のラベルがあり、それらの中に互いに異なるラベル番号（互いに異なる卵胞）が含まれていれば、注目ボクセルはラベル０とされる。つまり、注目ボクセルがラベル０に維持され、互いに異なる卵胞の境界となる。
【００３８】
一方、フィルタ１２０の中心に位置する注目ボクセルがラベルＭ（卵胞）の場合には、周辺ボクセルの状況に関わらず、注目ボクセルがラベルＭに維持される。
【００３９】
そして、図３に示すフィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査され、各走査位置において、図４に示した条件に従ってフィルタ処理が施されることにより、１段階の膨張境界処理が終了する。なお、注目ボクセルに関するラベル値の変換は、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に実行される。つまり、フィルタ１２０が走査されている途中においては、ラベル値の変換は行われず、どの走査位置においても変換前のラベル値を対象としてフィルタ処理が実行される。
【００４０】
こうして、１段階の膨張境界処理が終了し、その結果に基づいてラベル値の変換が行われると、その変換後のラベル値で構成される三次元データ空間１００に対して、２段階目の膨張境界処理が実行される。２段階目の膨張境界処理においても、１段階目と同じフィルタ処理が実行される。つまり、各走査位置において、図４に示した条件に従ってフィルタ処理が施され、フィルタ１２０が三次元データ空間１００内の全域に亘って一通り走査された後に、ラベル値が変換される。
【００４１】
対象特定部２０は、この段階的な膨張境界処理をｎ回に亘って繰り返し実行する。この繰り返し回数ｎは、収縮処理の繰り返し回数ｎと同じであることが望ましい。こうして、図２（Ｄ）に示したように、互いに異なるラベルに対応した卵胞間に境界（背景画素）が形成されつつ、各卵胞の大きさが収縮処理前の大きさに復元される。
【００４２】
なお、膨張境界処理においても、二次元の場合には、図３に示すフィルタ１２０に代えて、縦と横の長さがそれぞれ３個のボクセルに相当する合計９個のボクセルに対応した二次元フィルタを利用し、中心に位置するボクセルを注目ボクセルとし、それを取り囲む８個のボクセルを周辺ボクセルとすればよい。
【００４３】
本実施形態においては、図２に示したように、互いに密着して密集していた複数の卵胞が互いに分離されて特定される。さらに、図２（Ｄ）に示したように、各卵胞に対して個別のラベルが対応付けられていれば、各ラベルにより対応する卵胞を特定することが可能になり、各ラベルごとにそのラベルに対応した各卵胞の大きさや形状に関する計測値を算出することなどが可能になる、例えば、各ラベルごとにそのラベルに対応した各卵胞の体積や長軸の長さや短軸の長さなどが算出されてもよい。
【００４４】
なお、各卵胞を特定するにあたっては、例えば、ユーザが所望のラベルを指定することにより、そのラベルに対応した卵胞を特定することなどが可能である。また、各卵胞が分離されているので、複数の卵胞が表示された画像上において、ユーザがカーソル等の表示態様を操作して所望の卵胞を指定し、これにより特定された卵胞の画像のみを表示するようにしてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、ユーザによって指定された卵胞を表示する際に、その卵胞の形態に応じた表示画像が形成される。そして、卵胞の形態に係る特徴量として、図１の３軸演算部３０は、卵胞の長軸と２つの短軸を特定する。
【００４６】
図５は、卵胞の長軸と２つの短軸を説明するための図である。本実施形態においては、特定された卵胞Ｆについて、図５に示すようにその卵胞Ｆに外接する最小の直方体を考えることにより、その直方体の辺の長さを卵胞Ｆの３軸長とする。例えば、図５に示す最長の辺Ｄ１が卵胞Ｆの長軸とされ、辺Ｄ１に直交する辺Ｄ２と辺Ｄ３が卵胞Ｆの２つの短軸とされる。
【００４７】
図１に戻り、３軸演算部３０は、卵胞の３軸を特定するにあたり、主成分分析の手法を利用する。主成分分析と呼ばれる公知の手法では、データのばらつきを最もよく表す方向、つまりデータの分散が最大となる方向を第１主成分とするものである。そして、本実施形態においては、主成分分析を行うにあたり、例えば、以下に説明する公知の共分散行列を利用する。
【００４８】
共分散行列を得るためには、数１式により平均位置ｍが算出される。なお、数１式おいて、Ｐiは、卵胞を構成するｉ番目の画素（ボクセル）についての三次元データ空間（図３参照）内における座標値であり、特定された卵胞を構成するｉ＝１〜Ｎまでの全ての画素（ボクセル）の座標値が利用されて、平均位置（重心位置）ｍが算出される。
【００４９】
【数１】
【００５０】
そして、数１式の平均位置ｍを用いて、数２式に示す共分散行列Ｃが算出される。なお数２式に示す共分散行列Ｃは３×３の行列であり、数３式に示す６つの独立成分を持った対称行列となる。
【００５１】
【数２】
【００５２】
【数３】
【００５３】
共分散行列Ｃを用いた主成分分析では、数２，３式により得られる共分散行列Ｃの固有ベクトルが算出され、最大の固有値に対応した固有ベクトルが第１主成分とされる。本実施形態においては、共分散行列Ｃを利用して得られる第１主成分の方向を卵胞の長軸とする。これにより、卵胞の重心を通り卵胞の長手方向に沿った長軸が特定される。さらに、共分散行列Ｃを利用して得られる第２主成分と第３主成分のそれぞれの方向を卵胞の２つの短軸とする。例えば、第２主成分の方向が短軸１とされ、第３主成分の方向が短軸２とされる。こうして、卵胞の３軸として、長軸とそれに直交する２つの短軸が特定される。
【００５４】
なお、卵胞の画像データ内において、重心とそれから最も遠い画素とを結ぶ直線に沿って長軸を設定してもよいが、最も遠い画素がノイズ等である場合も考えられるため、主成分分析による長軸の設定の方が望ましい。
【００５５】
３軸演算部３０により３軸が特定されると、診断座標系設定部４０は、卵胞の形態を基準とした診断座標系を設定する。診断座標系設定部４０は、卵胞の３軸を座標軸とする診断座標系を設定する。
【００５６】
図６は、卵胞を基準とした診断座標系を示す図である。診断座標系設定部４０は、卵胞Ｆの重心Ｇの位置を座標原点とし、第１主成分の方向つまり卵胞Ｆの長軸の方向である第１軸と、第２主成分の方向つまり卵胞Ｆの一方の短軸の方向である第２軸と、第３主成分の方向つまり卵胞Ｆの他方の短軸の方向である第３軸と、を座標軸とする図６に示す直交座標系を診断座標系とする。
【００５７】
図１に戻り、診断座標系設定部４０により診断座標系が設定されると、座標系整合部５０は、表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて、表示座標系に卵胞の画像データを配置する。
【００５８】
図７は、表示座標系と診断座標系の整合を説明するための図である。図７において、表示座標系は、ＸＹＺ直交座標系で示されている。表示座標系は、表示画像を形成する際の基準となる座標系であり、三次元データ空間（図３参照）に対する相対的な位置関係が明らかな座標系である。本実施形態では、三次元データ空間（図３参照）のＸＹＺ直交座標系をそのまま表示座標系とする。
【００５９】
また、図７において、診断座標系は、第１軸と第２軸と第３軸（図６参照）により特定される座標系である。診断座標系の第１軸から第３軸は、三次元データ空間内における各画素（ボクセル）の座標に基づいて、主成分分析により例えば数１式から数３式を利用して得られる軸であり、三次元データ空間内における位置や方向が特定されている。したがって、三次元データ空間のＸＹＺ直交座標系を表示座標系とすると、その表示座標系に対する診断座標系の位置や方向が特定されている。
【００６０】
図７の（Ａ）は、表示座標系（ＸＹＺ軸）上に特定された卵胞Ｆに関する診断座標系（第１軸から第３軸）の一例を示している。診断座標系は卵胞Ｆの長軸や短軸を基準とした座標系であるため、表示座標系内における卵胞Ｆの位置や向きに応じたものとなる。
【００６１】
そこで、座標系整合部５０は、まず、表示座標系に対して診断座標系を平行移動させて表示座標系の原点と診断座標系の原点を一致させる。もちろん、卵胞Ｆに関するボクセルデータ（画像データ）も診断座標系と共に平行移動される。
【００６２】
図７の（Ｂ）は、診断座標系が平行移動された状態を示しており、表示座標系の原点の位置に診断座標系の原点が移動され、これにより、診断座標系の原点である卵胞Ｆの重心位置が表示座標系の原点に移動される。
【００６３】
次に、座標系整合部５０は、卵胞Ｆの長軸に対応した軸つまり診断座標系の第１軸と、表示座標系のＸＹＺ軸の各々とを比較し、ＸＹＺ軸のうち第１軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。例えば、第１軸とＸＹＺ軸の各々との内積を比較して第１軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。そして、特定された軸と第１軸が重なるように診断座標系が回転移動される。例えば、第１軸との間の角度が最も小さい軸としてＸ軸が特定された場合には、図７の（Ｃ）に示すように、Ｘ軸上に第１軸が重なるように診断座標系が回転され、卵胞Ｆの画像データも回転される。
【００６４】
さらに、座標系整合部５０は、卵胞Ｆの短軸に対応した診断座標系の第２軸と、表示座標系のうちの残りの軸とを比較し、第２軸との間の角度が最も小さい軸を特定する。例えば、第１軸とＸ軸とが重ね合わされた場合には、残りのＹ軸とＺ軸のうち、第２軸との間の角度が最も小さい軸が特定される。そして、特定された軸と第２軸が重なるように診断座標系が回転移動される。例えば、第２軸との間の角度が最も小さい軸としてＺ軸が特定された場合には、図７の（Ｄ）に示すように、Ｚ軸上に第２軸が重なるように診断座標系が回転され、卵胞Ｆの画像データも回転される。
【００６５】
なお、診断座標系が直交座標系であれば第１軸と第２軸がＸ軸とＺ軸に重ね合わされることにより、第３軸がＹ軸に沿って配置される。図７の（Ｄ）においては、第３軸とＹ軸が互いに同じ向きに重ね合わされている。
図１に戻り、座標系整合部５０により表示座標系と診断座標系が整合されて表示座標系に卵胞の画像データが配置されると、表示画像形成部６０は、表示座標系に配置された卵胞の画像データに基づいて、その卵胞の表示画像を形成し、形成された表示画像が表示部７０に表示される。その表示画像の形成においては、表示座標系を基準とした断面による卵胞の断層画像が形成される。
【００６６】
図８は、表示座標系を基準とした断面を説明するための図である。図８には、図７（Ｄ）に示した表示座標系と診断座標系の整合により表示座標系に配置された卵胞Ｆの画像データが示されている。図８において、断面Ａは、表示座標系のＺ軸とＸ軸とを含んだ平面であり、断面Ｂは、表示座標系のＹ軸とＺ軸とを含んだ平面であり、断面Ｃは、表示座標系のＸ軸とＹ軸とを含んだ平面である。
【００６７】
図７（Ｄ）に示したように表示座標系と診断座標系が整合されているため、第１軸に対応した卵胞Ｆの長軸がＸ軸上に配置され、第２軸に対応した卵胞Ｆの短軸１がＺ軸上に配置され、第３軸に対応した卵胞Ｆの短軸２がＹ軸上に配置されている。したがって図８において、断面Ａは、卵胞Ｆの長軸と短軸１を含んだ断面となり、断面Ｂは、卵胞Ｆの短軸１と短軸２を含んだ断面となり、断面Ｃは、卵胞Ｆの長軸と短軸２を含んだ断面となる。
【００６８】
図９は、表示画像６２の具体例を示す図である。図９に示す表示画像６２を構成する画像のうち、＜３Ｄ＞は、複数の卵胞に関する三次元画像である。この三次元画像は、三次元空間内から収集されたエコーデータ（ボクセルデータ）に基づいて、例えばボリュームレンダリング処理により形成される。そのボリュームレンダリング処理における視点の位置をユーザが変更できる構成とすることにより、所望の方向から複数の卵胞を映し出した三次元画像を得ることができる。
【００６９】
例えば、図９に示す三次元画像内において、ユーザが、所望の方向から複数の卵胞を映し出し、さらに、カーソル等の表示態様を移動させ、その表示態様を所望の卵胞の位置に合わせることにより、ユーザが診断したい卵胞を選択することができる。これにより、例えば図９の三次元画像内において卵胞Ｆ１が特定される。なお、三次元画像内において、色などの表示態様やマーカなどにより、特定された卵胞を他の卵胞と視覚的に識別できるように表示してもよい。
【００７０】
例えば、三次元画像を利用してユーザにより卵胞Ｆ１が特定されると、３軸演算部３０により卵胞Ｆ１の３軸が特定され（図５，数１式から数３式参照）、診断座標系設定部４０により卵胞Ｆ１の３軸に対応した診断座標系が設定され（図６参照）、さらに、座標系整合部５０により表示座標系と診断座標系が整合される（図７参照）。そして、表示画像形成部６０により断面ＡからＣ（図８参照）における卵胞Ｆ１の断層画像が形成される。
【００７１】
図９において、表示画像６２を構成する画像のうち、＜断面Ａ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ａにおける断層画像であり、＜断面Ｂ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ｂにおける断層画像であり、＜断面Ｃ＞は、卵胞Ｆ１についての断面Ｃにおける断層画像である。表示座標系と診断座標系が整合されているため、断面Ａには、卵胞Ｆ１の長軸と短軸１を含んだ断面が表示され、断面Ｂには、卵胞Ｆ１の短軸１と短軸２を含んだ断面が表示され、断面Ｃには、卵胞Ｆ１の長軸と短軸２を含んだ断面が表示される。
【００７２】
このように、本実施形態においては、複数の卵胞の中からユーザが所望の卵胞を特定することにより、その特定された卵胞の３軸を含んだ断層画像が形成される。そのため、例えば、ユーザによる切断面の設定などのための煩雑な操作を低減することができ、望ましくは切断面の設定のための操作を省略することが可能になる。
【００７３】
また、表示座標系と診断座標系の整合において、交差角度が最小となる座標軸同士を重ね合わせることにより、診断座標系の回転移動を極力小さくすることができ、その回転移動によりユーザが感じる視覚的な違和感を極力抑えることができる。
【００７４】
なお、特定された卵胞Ｆ１について、長軸の長さや２つの短軸の長さや体積などの計測値が表示画像６２の一部として表示されてもよい。また、複数の卵胞が互いに分離されて特定されているため（図２参照）、各卵胞について長軸の長さや２つの短軸の長さや体積などの計測値を算出し、複数の卵胞に関する計測値の一覧を表示するようにしてもよい。さらに、これら計測値の一覧の中からユーザが所望の卵胞を特定し、これにより特定された卵胞の断面が表示されてもよい。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施形態である超音波診断装置について説明したが、例えば、図１に示した対象特定部２０と３軸演算部３０と診断座標系設定部４０と座標系整合部５０と表示画像形成部６０のうちの少なくとも一つをコンピュータにより実現し、そのコンピュータを超音波画像処理装置として機能させてもよい。
【００７６】
なお、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００７７】
１０ プローブ、２０ 対象特定部、３０ ３軸演算部、４０ 診断座標系設定部、５０ 座標系整合部、６０ 表示画像形成部、７０ 表示部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断領域に対して超音波を送受するプローブと、
プローブを制御することにより診断領域から受信信号を得る送受信部と、
受信信号に基づいて形成される診断領域の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、
診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、
表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、
表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の形態に応じて特定される基準軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記基準軸とを互いに重ね合わせることにより、表示座標系と診断座標系とを互いに整合させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の長軸に加えて長軸に直交する短軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせ、表示座標系の他の座標軸と前記短軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の超音波診断装置において、
前記座標系整合部は、表示座標系の複数の座標軸のうち前記長軸との間の角度が最も小さい座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の画像データに基づいた主成分分析により得られる診断対象の長軸と短軸を座標軸とする診断座標系を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
超音波の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、
診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、
表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、
表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項１】
診断領域に対して超音波を送受するプローブと、
プローブを制御することにより診断領域から受信信号を得る送受信部と、
受信信号に基づいて形成される診断領域の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、
診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、
表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、
表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の形態に応じて特定される基準軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記基準軸とを互いに重ね合わせることにより、表示座標系と診断座標系とを互いに整合させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の長手方向に沿って特定される長軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の長軸に加えて長軸に直交する短軸を座標軸に含んだ診断座標系を設定し、
前記座標系整合部は、表示座標系の一つの座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせ、表示座標系の他の座標軸と前記短軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の超音波診断装置において、
前記座標系整合部は、表示座標系の複数の座標軸のうち前記長軸との間の角度が最も小さい座標軸と前記長軸とを互いに重ね合わせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記座標系設定部は、診断対象の画像データに基づいた主成分分析により得られる診断対象の長軸と短軸を座標軸とする診断座標系を設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
超音波の画像データ内において診断対象の画像データを特定する対象特定部と、
診断対象の画像データに基づいて診断対象の形態を基準とした診断座標系を設定する座標系設定部と、
表示画像の基準となる表示座標系と診断座標系とを互いに整合させて表示座標系に診断対象の画像データを配置する座標系整合部と、
表示座標系に配置された診断対象の画像データに基づいて診断対象の表示画像を形成する表示画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１７７９１（Ｐ２０１２−２１７７９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９９２７（Ｐ２０１１−８９９２７）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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