JP5231828B2 - 超音波診断装置、超音波画像処理装置および超音波画像処理プログラム - Google Patents

Description

この発明は、超音波造影剤を用いて行う造影エコー法において、腫瘍への栄養血管の動態表示技術に関する。

近年、静脈注入型のエコー反射を増強するマイクロバブルによる超音波造影剤が製品化され、造影エコー法が行われるようになってきている。この手法によれば、血管内に導入されたマイクロバブルによって血流信号を増強し、血流動態を明瞭に観察することが可能となる。さらに、マイクロバブルは、肝臓においてＫｕｐｆｆｅｒ細胞に特異的に貪食される性質を備えており、肝腫瘍診断の領域で期待されている。

造影エコー法では、撮像する時相によって観察される画像が大きく異なる。すなわち、静脈注入から十数秒で現れる動脈相では、動脈血流が増強された画像が得られる。一方、静脈注入から数分後に現れる後期相では、マイクロバブルがＫｕｐｆｆｅｒ細胞に取り込まれて肝実質が増強され、正常組織よりＫｕｐｆｆｅｒ細胞が減少する腫瘍が低信号となるため、腫瘍形態がわかる画像が得られる。

最近では、次世代造影剤と呼ばれる、低音圧にて長時間の映像化が可能な造影剤も登場している。国内でも、次世代造影剤の一つが２００６年１２月に認可され、臨床応用が進んでいる。

また、造影エコー法に関しては、被検体に造影剤を投与してからの経過時間を表示する技術や、経過時間が何回目の造影剤の投与に対応するかを示すために投与回数を合わせて表示する技術などが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−３０１００５号公報

腫瘍診断においては、腫瘍を栄養する動脈の存在とその動態が重要であり、先に述べた動脈相の画像と後期相の画像を組み合わせた画像診断が必要である。しかしながら、これを効果的に表示する手段が提供されていない。

この発明は、上述した従来技術による課題を解消するためになされたものであり、造影エコー法において、動脈相から得られる動脈血流を強調した画像と、後期相から得られる腫瘍形態がわかる画像とを効果的に合成表示し、腫瘍と血流動態を同時観察可能とする超音波診断装置、超音波画像処理装置および超音波画像処理プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、造影剤を投与した被検体を超音波で走査して超音波画像を得る超音波診断装置であって、動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像と前記第２の画像を合成して第３の画像を生成する画像合成手段と、前記画像合成手段により合成された第３の画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、造影剤を投与した被検体を超音波で走査して得られたデータを処理して画像を表示する超音波画像処理装置であって、動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像と前記第２の画像を合成して第３の画像を生成する画像合成手段と、前記画像合成手段により合成された第３の画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、造影剤を投与した被検体を超音波で走査して得られたデータを処理して画像を表示する超音波画像処理プログラムであって、動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手順と、腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手順と、前記第１の画像と前記第２の画像を合成して第３の画像を生成する画像合成手順と、前記画像合成手順により合成された第３の画像を表示する画像表示手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、造影超音波の特徴を生かして腫瘍と血流動態の同時観察を可能とすることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る超音波診断装置、超音波画像処理装置および超音波画像処理プログラムの好適な実施例を詳細に説明する。

まず、本実施例に係る超音波診断装置が表示する合成画像について説明する。本実施例に係る超音波診断装置は、造影超音波において時相の異なる３つのデータを収集し、合成画像を生成して表示する。図１は、本実施例に係る超音波診断装置が表示する合成画像を説明するための説明図である。

図１（ａ）は、造影剤注入前または注入直後のＢモード画像「Ｄ１」を示し、図１（ｂ）は、造影剤注入後の動脈相におけるＢモード画像「Ｄ２」を示し、図１（ｃ）は、造影剤注入後の後期相におけるＢモード画像「Ｄ３」を示す。

これらの画像は、それぞれ異なる特徴を有する。「Ｄ１」は通常のＢモード画像であり、本実施例において基準となる画像である。「Ｄ２」は動脈相のＢモード画像であり、「Ｄ１」に対して動脈２３が高信号となっている。「Ｄ３」は後期相のＢモード画像であり、実質２１がやや高信号、腫瘍２２が低信号となっている。

そして、本実施例に係る超音波診断装置は、「Ｄ２」と「Ｄ１」の差分から動脈２３を強調した画像「Ｄ４」を生成する。また、「Ｄ３」の輝度値を反転して腫瘍２２を強調した画像「Ｄ５」を生成する。そして、「Ｄ４」と「Ｄ５」を合成して表示する。この時、腫瘍内血流と腫瘍外血流を色分けして表示する。

このように、本実施例に係る超音波診断装置は、動脈２３を強調した画像「Ｄ４」および腫瘍２２を強調した画像「Ｄ５」を生成し、「Ｄ４」と「Ｄ５」を合成して表示する。この時、腫瘍内血流と腫瘍外血流を色分けして表示する。したがって、腫瘍と血流動態を同時観察可能とすることができる。また、腫瘍内の血流動態を容易に観察可能とすることができる。

次に、本実施例に係る超音波診断装置の構成について説明する。図２は、本実施例に係る超音波診断装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この超音波診断装置は、超音波プローブ１と、超音波送信部２と、超音波受信部３と、受信信号処理部４と、データ記憶部５と、三次元画像データ生成部６と、差分画像生成部７と、画像合成部８と、表示制御部９と、システム制御部１０、モニタ１１とを有する。

超音波プローブ１は、被検体の二次元あるいは三次元領域に対して超音波パルスを送信し、被検体から得られる超音波反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動素子（以下、振動素子と記す）を備える。超音波送信部２は、被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ１の振動素子に供給する。

超音波受信部３は、超音波プローブ１の振動素子から得られる複数チャンネルの信号を受信する。受信信号処理部４は、超音波受信部３で得られる受信信号を信号処理してＢモードデータを生成し、生成したデータをデータ記憶部５に格納する。データ記憶部５は、受信信号処理部４で得られるＢモードデータを一次的に記憶・保持する。

三次元画像データ生成部６は、データ記憶部５に記憶・保持されたＢモードデータから三次元画像データを生成する。差分画像生成部７は、三次元画像データ生成部６で生成される異なる２つの三次元画像データを用い、ボクセルごとに減算を行って差分画像を生成する。また、この差分画像生成部７は、三次元画像データ生成部６で生成される三次元画像の輝度を反転する処理も行う。なお、この差分画像生成部７は、生成した差分画像および輝度を反転した画像をデータ記憶部５に格納することなく、画像合成部８に渡す。

画像合成部８は、三次元画像データ生成部６および差分画像生成部７で得られる複数の三次元画像データを合成する。表示制御部９は、画像合成部８で生成された合成画像をモニタ１１に表示する。システム制御部１０は、超音波診断装置全体の制御を行い、超音波診断装置を一つの装置として機能させる。

次に、本実施例に係る超音波診断装置によるデータ収集について説明する。図３は、本実施例に係る超音波診断装置によるデータ収集を説明するための説明図である。同図に示すように、本実施例に係る超音波診断装置は、被検体への造影剤注入直後に「Ｄ１」用の三次元データを収集する（ステップＳ１）。なお、「Ｄ１」用のデータ収集は造影剤注入前でもよい。

そして、動脈相における画像「Ｄ２」用の三次元データを収集する（ステップＳ２）。そして、後期相における画像「Ｄ３」用の三次元データを収集する（ステップＳ３）。なお、「Ｄ１」、「Ｄ２」、「Ｄ３」の収集タイミングは、ユーザ入力によって与えても良いし、予め定められた造影プロトコルに従って計算される収集タイミングを使って自動的に与えても良い。

次に、本実施例に係る超音波診断装置による合成画像表示処理の処理手順について説明する。図４は、本実施例に係る超音波診断装置による合成画像表示処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この合成画像表示処理では、三次元画像データ生成部６がデータ記憶部５からデータを読み出して三次元画像「Ｄ１」と「Ｄ２」を生成し、差分画像生成部７が「Ｄ１」と「Ｄ２」から差分画像「Ｄ４」を生成する（ステップＳ１１）。

具体的には、差分画像生成部７は、「Ｄ２」の各ボクセルに割り当てられたボクセル値から、「Ｄ１」の対応する各ボクセルに割り当てられたボクセル値を減算する。この操作により、「Ｄ２」において高信号となる動脈部分だけが強調された三次元画像を生成することができる。

そして、三次元画像データ生成部６がデータ記憶部５からデータを読み出して三次元画像「Ｄ３」を生成し、差分画像生成部７が「Ｄ３」に対して、低信号部分が強調される表示となるようにデータ変換を施す（ステップＳ１２）。すなわち、表示輝度を反転した画像「Ｄ５」を生成する。これは、「Ｄ３」においては、関心領域である肝腫瘍が低信号、それ以外の肝実質がやや高信号となっているためで、データ変換を施すことで、関心領域である肝腫瘍が強調される表示となる。

そして、画像合成部８が「Ｄ４」と「Ｄ５」を合成して合成画像を生成し（ステップＳ１３）、表示制御部９が合成画像をモニタ１１に表示する（ステップＳ１４）。図５は、合成画像の一部を拡大した図である。画像合成部８は、画像を合成する際に、腫瘍栄養血管２４を腫瘍内と腫瘍外で色が異なって表示されるように画像を合成する。図５では、腫瘍栄養血管２４は腫瘍内と腫瘍外で異なる明るさで表示されているが、実際のカラー画像では、異なる色で表示される。

図６は、画像合成部８による腫瘍栄養血管２４の合成方法を説明するための説明図である。同図は、横軸に「Ｄ５」のボクセル値、縦軸に「Ｄ４」のボクセル値を配したグラフである。同図に示すように、「Ｄ５」のボクセル値と「Ｄ４」のボクセル値の組み合わせを示す領域が「閾値１」と「閾値２」を用いてＡ〜Ｄの４つの領域に分割されている。「閾値１」は、「Ｄ５」、すなわち腫瘍画像の腫瘍部分とその他の領域を分ける値であり、画像合成部８は「閾値１」よりボクセル値が大きい領域（Ｂ、Ｄ）を腫瘍部分と判断する。

一方で、「閾値２」は、「Ｄ４」、すなわち血管画像の血管部分とその他の領域を分ける値であり、画像合成部８は「閾値２」よりボクセル値が大きい領域（Ａ、Ｂ）を血管部分と判断する。ここで、腫瘍内血流が領域Ｂとして表現される。

図７は、画像合成部８による画像合成処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、画像合成部８は、まず、ボクセルを一つ選択し、「Ｄ５」のボクセル値を合成画像のボクセル値とする（ステップＳ２１）。

そして、「Ｄ４」の同位置のボクセルのボクセル値を調べ、「Ｄ４」と「Ｄ５」のボクセル値の組み合わせが図６のＢ領域であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。その結果、Ｂ領域であれば「色１」で表示されるように合成画像のボクセル値を決定し（ステップＳ２３）、Ｂ領域でなければ、Ａ領域であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。

その結果、Ａ領域であれば「色２」で表示されるようにボクセル値を決定する（ステップＳ２５）。Ａ領域でない場合すなわちＣ、Ｄ領域である場合には、「Ｄ４」のボクセル値が小さい領域なので、特別の色付けを行わない。

そして、全てのボクセルを処理したか否かを判定し（ステップＳ２６）、処理していないボクセルがある場合にはステップＳ２１に戻り、全てのボクセルを処理した場合には、画像合成処理を終了する。この結果、図５に示したような合成画像が得られる。

このように、「Ｄ４」と「Ｄ５」のボクセル値の組み合わせが図６のＢ領域である場合とＡ領域である場合とで異なる色で表示されるように画像を合成することによって、腫瘍栄養血管２４を腫瘍内外で異なる色で表示することができる。

なお、ここでは、閾値処理によりボクセルが腫瘍内にあるか否かを判定して画像合成を行っているが、これ以外にも、Ｒｅｇｉｏｎ Ｇｒｏｗｉｎｇ法などを用いて腫瘍部分を抽出し、その領域の内側・外側で「Ｄ４」の表示色を変えるようにすることもできる。

また、ここでは、腫瘍栄養血管２４を腫瘍内外で異なる色で表示することとしたが、白黒表示の場合には異なる明るさで表示するなど、他の方法で腫瘍栄養血管２４を腫瘍内外で異なるように表示することもできる。

上述してきたように、本実施例では、差分画像生成部７が動脈２３を強調した三次元画像「Ｄ４」および腫瘍２２を強調した三次元画像「Ｄ５」を生成し、画像合成部８が三次元画像「Ｄ４」と「Ｄ５」を合成し、表示制御部９が合成画像をモニタ１１に表示することとしたので、造影超音波の特徴を生かして腫瘍と血流動態を同時に観察可能とすることができる。

また、本実施例では、画像合成部８が画像を合成する際に腫瘍栄養血管２４が腫瘍内外で異なる色で表示されるように合成することとしたので、腫瘍の悪性度を判断する上で重要な腫瘍内栄養血管の動態の観察を容易にすることができる。

なお、本実施例では、動脈相におけるＢモードデータを利用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ドプラデータを利用する場合にも同様に適用することができる。ドプラデータを利用する場合には、ドプラデータ自体が血流動態を表しているので、動脈血流を強調するために行う差分画像の生成は不要となる。また、ドプラデータを収集するタイミングは、「Ｄ３」を収集するタイミングと同じで良く、データ収集を一度で完了することができる。

また、本実施例では、肝腫瘍と血管の合成画像を生成して表示する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の腫瘍と血管の合成画像を生成して表示する場合にも同様に適用することができる。

また、本実施例では、超音波診断装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、超音波診断装置が収集した画像データを用いて合成画像を生成し、モニタに表示する超音波画像処理装置にも同様に適用することができる。すなわち、三次元画像データ生成部６、差分画像生成部７、画像合成部８、表示制御部９、モニタ１１およびこれらを制御する制御部を備えた超音波画像処理装置にも同様に適用することができる。

また、かかる超音波画像処理装置の機能をコンピュータで実現する超音波画像処理プログラムにも同様に適用することができる。すなわち、三次元画像データ生成部６、差分画像生成部７、画像合成部８、表示制御部９およびこれらを制御する制御部を有する超音波画像処理プログラムにも同様に適用することができる。

以上のように、本発明は、超音波を用いて画像を生成して表示する場合に有用であり、特に、腫瘍と血管の画像を生成して表示する場合に適している。

本実施例に係る超音波診断装置が表示する合成画像を説明するための説明図である。 本実施例に係る超音波診断装置の構成を示す機能ブロック図である。 本実施例に係る超音波診断装置によるデータ収集を説明するための説明図である。 本実施例に係る超音波診断装置による合成画像表示処理の処理手順を示すフローチャートである。 合成画像の一部を拡大した図である。 画像合成部による腫瘍栄養血管の合成方法を説明するための説明図である。 画像合成部による画像合成処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ 超音波送信部
３ 超音波受信部
４ 受信信号処理部
５ データ記憶部
６ 三次元画像データ生成部
７ 差分画像生成部
８ 画像合成部
９ 表示制御部
１０ システム制御部
１１ モニタ
２１ 実質
２２ 腫瘍
２３ 動脈
２４ 腫瘍栄養血管

Claims (9)

1. 造影剤を投与した被検体を超音波で走査して超音波画像を得る超音波診断装置であって、
   動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、
   腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像と前記第２の画像を合成して、前記腫瘍を含む組織における腫瘍領域内及び腫瘍領域外の前記動脈血流をそれぞれ示した第３の画像を生成する画像合成手段と、
   前記画像合成手段により合成された第３の画像を表示する画像表示手段と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記画像合成手段は、前記第３の画像を合成する際に、前記第２の画像の情報に応じて前記第１の画像の表示が変わるように画像を合成することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記第１の画像生成手段は、前記第１の画像をＢモードデータまたはドプラデータから生成することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記第２の画像生成手段は、前記第２の画像をＢモードデータの輝度値を反転して生成することを特徴とする請求項１、２または３に記載の超音波診断装置。
5. 前記画像合成手段は、前記第２の画像のボクセル値に応じて前記第１の画像の表示が変わるように画像を合成することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
6. 前記画像合成手段は、前記第２の画像において腫瘍の輪郭抽出を行い、輪郭との位置関係に応じて前記第１の画像の表示が変わるように画像を合成することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記画像合成手段は、前記第２の画像情報に応じて、前記第１の画像の表示色が変わるように画像を合成することを特徴とする請求項２または６に記載の超音波診断装置。
8. 造影剤を投与した被検体を超音波で走査して得られたデータを処理して画像を表示する超音波画像処理装置であって、
   動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手段と、
   腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像と前記第２の画像を合成して、前記腫瘍を含む組織における腫瘍領域内及び腫瘍領域外の前記動脈血流をそれぞれ示した第３の画像を生成する画像合成手段と、
   前記画像合成手段により合成された第３の画像を表示する画像表示手段と
   を備えたことを特徴とする超音波画像処理装置。
9. 造影剤を投与した被検体を超音波で走査して得られたデータを処理して画像を表示する超音波画像処理プログラムであって、
   動脈血流動態の分かる動脈相の撮像データから動脈血流を強調した第１の画像を生成する第１の画像生成手順と、
   腫瘍の存在鑑別が可能な後期相の撮像データから腫瘍を強調した第２の画像を生成する第２の画像生成手順と、
   前記第１の画像と前記第２の画像を合成して、前記腫瘍を含む組織における腫瘍領域内及び腫瘍領域外の前記動脈血流をそれぞれ示した第３の画像を生成する画像合成手順と、
   前記画像合成手順により合成された第３の画像を表示する画像表示手順と
   をコンピュータに実行させることを特徴とする超音波画像処理プログラム。

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