JP5987640B2 - Method and apparatus for three-dimensional restoration of subject using ultrasound - Google Patents
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Description
3.1 産業上の利用可能性
本発明は、生体組織を3次元的に復元する超音波画像診断技術に関する。具体的には、本発明により、従来の線形アレイトランスデューサを用いて、一連の2次元画像から管状構造を3次元的に復元することができる。3D(又はマトリックス)トランスデューサの有無は問わない。3Dトランスデューサは、トランスデューサ用の位置追跡デバイスの有無に関係なく、医療用画像処理装置に搭載することができる。本発明の具体的な利用法としては、アテローム性動脈硬化症の診断およびプラークの評価のため、頚動脈の3Dモデルの作成に用いることができる。以下に記載される方法は、頚動脈だけでなく管状組織構造にも用いられる。
3.1 Industrial Applicability The present invention relates to an ultrasonic diagnostic imaging technique for restoring a living tissue three-dimensionally. Specifically, according to the present invention, a tubular structure can be three-dimensionally restored from a series of two-dimensional images using a conventional linear array transducer. It does not matter whether a 3D (or matrix) transducer is present. The 3D transducer can be mounted on a medical image processing apparatus with or without a position tracking device for the transducer. As a specific use of the present invention, it can be used to create a 3D model of the carotid artery for the diagnosis of atherosclerosis and the evaluation of plaque. The methods described below are used not only for carotid arteries but also for tubular tissue structures.
3.2 背景技術および先行技術
3.2.1 超音波画像診断システム
医師が人体の器官を観察する際に超音波画像診断システムは有用である。一般的な超音波画像診断システムは、(プローブとしても知られる)トランスデューサ、データ取得部、データ処理部、データ表示部、及び、人間と機械を結ぶためのユーザインターフェースを備える。
3.2 Background Art and Prior Art 3.2.1 Ultrasound Imaging System An ultrasound imaging system is useful when a doctor observes an organ of a human body. A typical ultrasound diagnostic imaging system includes a transducer (also known as a probe), a data acquisition unit, a data processing unit, a data display unit, and a user interface for connecting a human and a machine.
特定の周波数とエネルギーを有する信号は、プローブの配列要素を励起し音響圧力波を生成するのに用いられる。音響圧力波は、媒体を通過し観察対象である被検体に向けられる。さらに、音響圧力波は、被検体の様々な身体的特徴に反射し吸収される、又は、吸収される。反射波はプローブにはね返り、配列要素がその反射波を受波する。反射波から生体組織の情報を取得し処理して、超音波画像を生成する。 A signal having a specific frequency and energy is used to excite the array elements of the probe and generate an acoustic pressure wave. The acoustic pressure wave passes through the medium and is directed to the subject to be observed. Furthermore, the acoustic pressure wave is reflected or absorbed by various physical features of the subject. The reflected wave bounces back to the probe, and the array element receives the reflected wave. Information on biological tissue is acquired from the reflected wave and processed to generate an ultrasound image.
超音波画像診断装置は、「リアルタイム」の断層撮像装置であり、医学分野で最も広く使用され汎用性のある最新の撮像モダリティの1つである。磁気共鳴(MR)やコンピュータ断層撮影(CT)など他のモダリティと比較した場合、同装置は比較的安価で持ち運びしやすい。また、医療における超音波画像診断装置の利用よる患者へのリスクは現在確認されていない。こうした利点が、主要な画像診断モダリティとして超音波画像診断装置が用いられる理由となっている。 The ultrasonic diagnostic imaging apparatus is a “real-time” tomographic imaging apparatus and is one of the most widely used and versatile imaging modalities in the medical field. Compared to other modalities such as magnetic resonance (MR) and computed tomography (CT), the device is relatively inexpensive and easy to carry. Moreover, the risk to the patient by the utilization of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus in medical treatment is not confirmed now. These advantages are the reason why an ultrasonic diagnostic imaging apparatus is used as a main diagnostic imaging modality.
超音波画像の最も一般的な種類の1つにBモード画像がある。Bモード画像とは、受信した超音波信号から生成された下部組織のグレースケール画像のことである。画像のより明るい領域は、器官間の境界など、超音波信号をよく反射する生体組織の一部分に相当する。より暗い領域は、流動体で満たされる中空構造など、超音波をあまり反射しない生体組織の一部に相当する。Bモード画像は走査した生体組織の形態構造を示す。走査した生体組織は、医師が診断のために用いることができる。または、生体組織の自動評価のため、自動化アルゴリズムにより重要な特徴を取得する際に用いられる。 One of the most common types of ultrasound images is a B-mode image. The B-mode image is a gray scale image of the lower tissue generated from the received ultrasonic signal. The brighter region of the image corresponds to a portion of the biological tissue that reflects the ultrasound signal well, such as a boundary between organs. The darker region corresponds to a part of the biological tissue that does not reflect ultrasonic waves much, such as a hollow structure filled with fluid. The B-mode image shows the morphological structure of the scanned biological tissue. The scanned biological tissue can be used by a doctor for diagnosis. Alternatively, it is used when an important feature is acquired by an automatic algorithm for automatic evaluation of a living tissue.
他の画像診断モダリティと比較した際の超音波画像診断装置の利点として、高フレームレート、患者への安全性、及び、使いやすさが挙げられる。他のモダリティには、例えば、MRI、CT、マンモグラフィなどがある。MRIとCTは走査時間が長いため、超音波画像診断装置と比べると、画像は比較的静止状態のものしか生成できない。マンモグラフィを使用する際に患者にX線を照射するが、X線の頻繁な利用は好ましくない。一方、超音波画像診断装置の主要な欠点は、他の画像診断モダリティと比較し画像の解像度が低いことである。それにもかかわらず、超音波画像診断装置は、心臓系など動きの多い生体組織の診断に用いる最も実用性の高いモダリティである。 The advantages of an ultrasound diagnostic imaging device compared to other diagnostic imaging modalities include high frame rate, patient safety and ease of use. Other modalities include, for example, MRI, CT, mammography and the like. Since MRI and CT have a long scanning time, an image can be generated only in a relatively stationary state as compared with an ultrasonic diagnostic imaging apparatus. Although the patient is irradiated with X-rays when using mammography, frequent use of X-rays is not preferable. On the other hand, a major drawback of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus is that the resolution of the image is lower than that of other diagnostic imaging modalities. Nevertheless, the ultrasonic diagnostic imaging apparatus is the most practical modality used for diagnosing a living tissue having a lot of movement such as the heart system.
解像度を向上し画質を向上させる方法により、又は、診断に利用する超音波画像の重要な特徴を抽出する方法により、超音波画像診断装置の品質を向上する多くの試みがなされてきた。必ずしも医師への支援があるとは限らない集団検診においては特により多くの人を超音波画像診断するため、超音波画像診断装置のメーカーは、生体組織の特徴を自動抽出する超音波画像診断装置を製造する傾向にある。 Many attempts have been made to improve the quality of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus by a method for improving resolution and improving image quality, or a method for extracting an important feature of an ultrasonic image used for diagnosis. In group screening, which does not necessarily have the support of doctors, in order to perform ultrasonic image diagnosis of a larger number of people in particular, the manufacturer of an ultrasonic image diagnosis apparatus automatically extracts features of biological tissue. Tend to manufacture.
以前の超音波画像診断装置は、線形配列した超音波トランスデューサを用いて2D画像しか生成することができなかった。ハードウェアの性能により、限定数のトランスデューサ要素しか用いることができず、要素は線形にしか配列することができなかった。近年のハードウェア及びソフトウェアの進歩により、マトリックス超音波トランスデューサの使用が可能になった。マトリックス超音波トランスデューサにより、行列状に配列された構成要素から超音波信号が生成され、多くの受信信号を生成するため、走査した生体組織の3D画像が得られる。しかしながら、診療所における超音波画像診断装置のより幅広い使用法及び一般的な使用法、各生体組織を撮影できるようにするための超音波トランスデューサの小型化、超音波画像診断装置の低価格化といった要望に応えるため、マトリックストランスデューサを備えるこのような超音波画像診断システムの改良品をさらに開発する必要がある。 Previous ultrasonic diagnostic imaging apparatuses can only generate 2D images using linearly arranged ultrasonic transducers. Due to the performance of the hardware, only a limited number of transducer elements could be used and the elements could only be arranged linearly. Recent advances in hardware and software have made it possible to use matrix ultrasonic transducers. An ultrasonic signal is generated from the components arranged in a matrix by the matrix ultrasonic transducer, and a large number of reception signals are generated, so that a 3D image of the scanned biological tissue is obtained. However, a wider range of usage and general usage of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus in the clinic, miniaturization of the ultrasonic transducer for enabling imaging of each living tissue, and lower price of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus, etc. In order to meet the demand, it is necessary to further develop an improved product of such an ultrasonic diagnostic imaging system including a matrix transducer.
多くの分野において、3Dの情報により、確実により綿密な診断が得られる。すぐに利用可能な3D撮像機能を有するシステムが得られない場合に、2D機能のみを備える現在のシステムを用いて3D撮像することが可能であるか否かについて研究する開発者もいる。これは、複数の2D画像を組み合わせ、走査した生体組織の3Dモデルを作成することにより達成できる。 In many fields, 3D information ensures a more in-depth diagnosis. Some developers study whether it is possible to perform 3D imaging using current systems with only 2D functionality if a system with 3D imaging functionality that is readily available is not available. This can be achieved by combining a plurality of 2D images and creating a 3D model of the scanned biological tissue.
3.2.2 先行技術
複数の2D画像を組み合わせて、走査した生体組織の3Dモデルを作成する方法が発明されている。
3.2.2 Prior Art A method for creating a 3D model of a scanned biological tissue by combining a plurality of 2D images has been invented.
先行技術の中には、[2]など、一連の2Dスライス画像を組み合わせて動脈の3Dモデルの作成を試みるものもある。冠状動脈の部分を一連の2D画像において分類し抽出して、一連の画像を組み合わせることにより、3Dモデルが得られる。フレーム間の欠損データを取得するため、補間法が用いられる。同方法は動脈の形態学的画像を利用しており、パラメータ情報は全く用いていない。また、走査面の位置情報が正しく推定されるという保証はなく、抽出した動脈の画像の画質を測定する指標もない。 Some prior art attempts to create a 3D model of an artery by combining a series of 2D slice images, such as [2]. A 3D model is obtained by classifying and extracting coronary artery portions in a series of 2D images and combining the series of images. An interpolation method is used to acquire missing data between frames. The method uses morphological images of arteries and does not use any parameter information. Further, there is no guarantee that the position information of the scanning plane is correctly estimated, and there is no index for measuring the image quality of the extracted artery image.
別の先行技術[3]も、一連の2D画像から、血管の3Dボリュームを作成することを目的としている。同先行技術では、血管の中心軸を用いて一連の2D画像を登録するため、想定される誤差を修正することができる。画像が組み合わされ3Dモデルが得られる。上記の先行技術と同様に、位置情報の正確性の保証はなく、登録ステップの質を測る指標もない。 Another prior art [3] is also aimed at creating a 3D volume of blood vessels from a series of 2D images. In the prior art, since a series of 2D images are registered using the central axis of the blood vessel, an assumed error can be corrected. The images are combined to obtain a 3D model. As with the prior art described above, there is no guarantee of the accuracy of the location information and there is no index for measuring the quality of the registration step.
同様に、先行技術[4]も、一連の2D画像を組み合わせて3Dモデルを作成することを目的とする。正中線、イントラ画像、軸方向像、矢状断像、冠状断像など、一連の2D画像を組み合わせることにより、管状構造の様々な特徴を3D表示するシステムを先行技術[4]は記載している。 Similarly, the prior art [4] aims to create a 3D model by combining a series of 2D images. Prior art [4] describes a system that 3D displays various features of tubular structures by combining a series of 2D images, such as midline, intra image, axial image, sagittal image, coronal image, etc. Yes.
先行技術[5]も、複数の2Dスライス画像を組み合わせることによる、3Dモデルの作成を記載している。3Dモデルは予め利用できる場合があり、同先行技術は、走査した生体組織の様々な解剖構造を表示するため、このような3Dモデルにおける2D画像の正確な位置を検出する方法に着目している。テクスチャマッピングなどの方法を用いて表示(画像)の質を向上する。 Prior art [5] also describes the creation of a 3D model by combining multiple 2D slice images. The 3D model may be available in advance, and the prior art focuses on a method for detecting the exact position of the 2D image in such a 3D model in order to display various anatomical structures of the scanned biological tissue. . Use display methods such as texture mapping to improve display (image) quality.
[6]及び[7]などの先行技術には、位置センサを用いて一連の2D画像を撮像するシステムが記載されている。位置センサが位置トランスレーターとして超音波プローブに搭載されるため、位置トランスレーターの正確な位置からプローブの位置を導出してもよい。これらの先行技術は、2D画像を組み合わせて3Dモデルを作成する方法ではなく、システムの実現方法に着目している。 Prior arts such as [6] and [7] describe systems that capture a series of 2D images using a position sensor. Since the position sensor is mounted on the ultrasonic probe as a position translator, the position of the probe may be derived from the exact position of the position translator. These prior arts focus on a system implementation method, not a method of creating a 3D model by combining 2D images.
他の先行技術の中には、[1]のように、マルチビューから取得された2D画像を用いて、ある構造の3Dモデルを作成しようとするものもある。互いに平行な一連の2D画像を撮像する代わりに、同先行技術では、線形超音波プローブを様々な角度で回転させながら一連の2D画像を撮像する。中空の形状に関する先行知識を用いて、心臓の左心室の境界を判定し、様々な角度から取得した2D画像を組み合わせて左心室の3Dモデルを作成する。 Some other prior arts attempt to create a 3D model of a certain structure using 2D images acquired from multi-views, such as [1]. Instead of capturing a series of 2D images parallel to each other, the prior art captures a series of 2D images while rotating the linear ultrasound probe at various angles. Using prior knowledge of the hollow shape, the boundary of the left ventricle of the heart is determined, and a 3D model of the left ventricle is created by combining 2D images acquired from various angles.
要約すると、先行技術の中には、2D画像を用いて3Dモデルを再構築するものや、位置センサを用いるもの、わずか2枚の2D画像から3D再構築するものがあるが、3Dモデルの品質指標を有する先行技術はない。先行技術の中には、3Dモデルの品質を向上させるため、専門知識に基づいて、走査した生体組織の所定モデルを用いるものがあるが、そのようなモデルは全ての患者には適用できない。また、管状構造の3D再構築において、複数のスキャンビューを利用する先行技術はない。よって、確実に高品質の3Dモデルを得るために必要なデータが不足する。 In summary, some prior arts reconstruct a 3D model using 2D images, some use position sensors, and others reconstruct 3D from just two 2D images. There is no prior art with an index. Some prior art uses a predetermined model of scanned biological tissue based on expertise to improve the quality of the 3D model, but such a model is not applicable to all patients. Also, there is no prior art that utilizes multiple scan views in 3D reconstruction of tubular structures. Therefore, there is a shortage of data necessary to reliably obtain a high-quality 3D model.
3.3 課題
先行技術の主な課題として、取得した2D画像を用いて再構築した3Dモデルの品質を保証する方法の欠如、及び、管状構造の3Dモデルの再構築に用いられる複数のスキャンビューの欠如が挙げられる。
3.3 Challenges The main challenges of the prior art are the lack of a method to ensure the quality of 3D models reconstructed using acquired 2D images, and multiple scan views used to reconstruct 3D models of tubular structures Lack of.
管状構造の形態学的画像として2D画像をそのまま用いてもよく、画像中の管状構造の輪郭をパラメトリック画像として抽出してもよい。しかしながら、これらの画像の品質を定量化する方法を示す先行技術はない。 The 2D image may be used as it is as the morphological image of the tubular structure, and the outline of the tubular structure in the image may be extracted as a parametric image. However, there is no prior art that shows how to quantify the quality of these images.
2D画像からの生体組織の3D再構築には、2D画像の正確な位置及び向き(の情報)が必要である。しかし、多くの先行技術は、位置及び向きの正確性を保証する方法を提供していない。 For 3D reconstruction of biological tissue from 2D images, the exact position and orientation of the 2D image (information about it) is required. However, many prior arts do not provide a way to guarantee position and orientation accuracy.
また、特定のスキャンビューからの一連の2D画像のみを用いることにより誤差が生じる。誤差の例として、フリーハンド走査による不良データ、収集データの誤差による欠落フレーム又は使用不能フレーム、走査モダリティの限界による画像中の低画質部分、血管の脈動など生体組織内の動きによる影響が挙げられる。 In addition, errors are caused by using only a series of 2D images from a particular scan view. Examples of errors include bad data due to freehand scanning, missing or unusable frames due to errors in the collected data, low-quality parts in the image due to limitations of scanning modalities, and influences due to movement in living tissue such as blood vessel pulsation. .
上記の課題を克服するための想定される手法は、構造物のマルチビューから得られるスキャンデータを利用することである。先行技術の中には、2つ以上の走査角度から得られるデータを利用するものもあるが、各スキャンビューの限界を克服するため、どのようにマルチビューを組み合わせるのかは説明されていない。 An envisaged approach to overcoming the above problem is to use scan data obtained from multiple views of the structure. Some prior art uses data from more than one scan angle, but does not explain how to combine multiple views to overcome the limitations of each scan view.
3.4 解決手段
上記の課題を克服する方法の提供が求められる。本発明は、品質指標を提供し、マルチビューの2D画像を用いることにより、複数の2D画像を用いた再構築3Dモデルの品質を保証する方法を教示する。
3.4 Solution There is a need to provide a method for overcoming the above problems. The present invention provides a quality indicator and teaches a method for guaranteeing the quality of a reconstructed 3D model using multiple 2D images by using multi-view 2D images.
品質指標は、生体組織の境界を示すため、グレースケール変化、グレースケール変化の一貫性、動脈の拍動時相などの基準を用いて算出される。なお、基準の例は上記の例に限定されるものではない。 The quality index is calculated using criteria such as gray scale change, consistency of gray scale change, arterial pulsation phase, and the like in order to indicate a boundary of living tissue. Note that the reference example is not limited to the above example.
生体組織の管状構造をマルチビューで撮影する。マルチビューは、短軸像と長軸像とに分類されることもある。マルチビューは、一又は複数の参照ビューを規定することにより組み合わされる。これらの参照ビューの生体組織の輪郭は、他のビューを用いて、調整用のガイド(指針)として輪郭の品質指標を組み込むことにより調整してもよい。 Multi-view images of the tubular structure of living tissue. The multiview may be classified into a short axis image and a long axis image. Multiple views are combined by defining one or more reference views. The contours of the biological tissue in these reference views may be adjusted by incorporating a quality index of the contour as a guide for adjustment using other views.
調整プロセスは、最終的な3Dモデルの特徴を調整するための様々なパラメータから構成されるコスト関数を最小化にすることにより、実行される。各ビューに対する3D空間における輪郭及び3Dモデルの平滑性など、異なる要因に対する、3Dモデルとの適合度を調整するためのパラメータに、異なる重みが与えられる。 The adjustment process is performed by minimizing a cost function composed of various parameters for adjusting the characteristics of the final 3D model. Different weights are given to parameters for adjusting the fitness with the 3D model for different factors, such as the contour in 3D space for each view and the smoothness of the 3D model.
3.6 発明の効果
本発明に記載される方法を用いて、管状構造の3Dモデルの質を向上させてもよい。一例では、頸動脈ファントムデータを用いて同方法を検証する。図18にその結果が示される。
3.6 Effects of the Invention The method described in the present invention may be used to improve the quality of a 3D model of a tubular structure. In one example, the method is validated using carotid phantom data. The result is shown in FIG.
調整前の3Dモデルには、管状構造の直径に大きな変動が見られる。調整後、この変動は大幅に縮小する。 A large variation in the diameter of the tubular structure is seen in the 3D model before adjustment. After adjustment, this variation is greatly reduced.
4 図面の説明
3.5 実施の形態
本発明の方法は、マルチビューの2D画像から、管状組織構造の3Dモデルを再構築する方法を提供することを目的としている。図1は、本発明の概要ブロック図である。以下の実施形態は、様々な進歩性の原理を示しているにすぎない。ここで記載される詳細の変形例は、当業者には自明である。したがって、本発明は請求の範囲によってのみ限定されるもので、ここで記載される具体的な実施形態により限定されることはない。
3.5 Embodiments The method of the present invention aims to provide a method for reconstructing a 3D model of a tubular tissue structure from a multi-view 2D image. FIG. 1 is a schematic block diagram of the present invention. The following embodiments merely illustrate various inventive principles. Variations on the details described herein will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is limited only by the following claims and is not limited by the specific embodiments described herein.
医療用超音波(画像診断)装置は、信号送信機/受信機、データ取得部、データ処理部、及び、表示部のうち、複数の要素又は全ての要素から構成されてもよい。送信機により、走査した生体組織に高周波の超音波パルスを送ってもよい。受信機は、超音波パルスの反射および散乱を受信する。データ取得部は、超音波システムの機能に必要な他の種類のデータとともに、受信データを超音波システムの適切なフォーマットに変換してもよい。超音波装置のデータ処理部は、必要に応じて走査した生体組織の下部構造とその特性を抽出し、超音波画像としてその構造を表示する。本発明は、医療用超音波装置のデータ取得部、データ処理部及び/又は表示部において実行する方法を教示する。本発明を用いる場合、医療画像装置の他の構成要素を用いてもよい。 The medical ultrasonic (image diagnosis) apparatus may be configured by a plurality of elements or all elements of a signal transmitter / receiver, a data acquisition unit, a data processing unit, and a display unit. A high-frequency ultrasonic pulse may be sent to the scanned biological tissue by a transmitter. The receiver receives the reflection and scattering of the ultrasonic pulse. The data acquisition unit may convert the received data into an appropriate format for the ultrasound system along with other types of data required for the function of the ultrasound system. The data processing unit of the ultrasonic apparatus extracts the substructure of the scanned biological tissue and its characteristics as necessary, and displays the structure as an ultrasonic image. The present invention teaches a method to be executed in a data acquisition unit, a data processing unit and / or a display unit of a medical ultrasonic apparatus. When using the present invention, other components of the medical imaging device may be used.
本実施形態のステップ及び効果を示すため、ここで記載される方法では、線形アレイプローブ(リニアプローブ)が用いられることがある。しかしながら、そのような記載は例示を目的としているにすぎず、線形アレイプローブは、医療画像装置として最も広く利用されているプローブの1つである。1.5Dプローブ及び2D(マトリックス)プローブ、又は、メカニカルリニアプローブも、本発明の範囲内である。 To illustrate the steps and effects of this embodiment, a linear array probe (linear probe) may be used in the method described herein. However, such description is for illustrative purposes only and linear array probes are one of the most widely used probes for medical imaging devices. 1.5D probes and 2D (matrix) probes or mechanical linear probes are also within the scope of the present invention.
ここでの記載は、2Dスキャン画像又は3Dスキャン画像を提供できるいかなる画像モダリティのスキャンデータに適用してもよい。画像モダリティの例としてCTやMRIなどがあるが、これらに限定されるものではない。以下のセクション及び段落では、例示のため超音波データを用いて説明するが、その理由は単に理解しやすくするためである。他の画像モダリティを用いたここで記載する方法のそのような実施も本発明の範囲内である。 The description herein may be applied to scan data of any image modality that can provide a 2D scan image or a 3D scan image. Examples of image modalities include CT and MRI, but are not limited to these. In the following sections and paragraphs, the description will be given using ultrasound data for illustrative purposes, but only for ease of understanding. Such implementation of the methods described herein using other image modalities is also within the scope of the present invention.
輪郭の概念は図6に示される。例示のため、頸動脈の2つのビューが示される。他の管状構造のより多くのスキャンビューに同一の図を用いることができ、そのような例示も本発明の範囲内である。 The concept of contour is shown in FIG. For illustration, two views of the carotid artery are shown. The same view can be used for more scan views of other tubular structures, and such illustrations are within the scope of the present invention.
図7には、図6に記載される方法で取得された画像が示されている。図7には、短軸方向のビューと超軸方向のビューである2つのスキャンビューが示されている。超音波トランスデューサを動脈の中心線に対して比較的垂直に置き、短軸像を取得する。また、超音波トランスデューサを動脈の中心線と比較的平行に置き、長軸像を取得する。 FIG. 7 shows an image acquired by the method described in FIG. FIG. 7 shows two scan views which are a short-axis direction view and a super-axis direction view. An ultrasonic transducer is placed relatively perpendicular to the centerline of the artery and a short axis image is acquired. In addition, a long axis image is acquired by placing the ultrasonic transducer relatively parallel to the center line of the artery.
図8には、短軸方向の輪郭の例が示されている。血管内腔(暗い)から血管壁及び周辺の生体組織(明るい)への変化に相当する画像の勾配を評価値として、能動輪郭モデルなどのアルゴリズムを用いて、画像から短軸輪郭を抽出してもよい。短軸輪郭は、頂点と称される複数の制御点から成る。また、流動体が流れる管状構造の場合は、ドップラー法を用いて短軸輪郭を抽出してもよい。垂直方向に対する角度により、頂点を配置してもよい。 FIG. 8 shows an example of the contour in the minor axis direction. Extract the short-axis contour from the image using an algorithm such as an active contour model using the gradient of the image corresponding to the change from the blood vessel lumen (dark) to the blood vessel wall and surrounding biological tissue (bright) as an evaluation value. Also good. The short axis contour consists of a plurality of control points called vertices. In the case of a tubular structure through which a fluid flows, the short axis contour may be extracted using the Doppler method. The vertices may be arranged according to an angle with respect to the vertical direction.
動脈全体を撮像するため、総頸動脈(CCA)から内頚動脈(ICA)/外頸動脈(ECA)に向かってトランスデューサを移動させ、短軸像における一連の2D画像を撮像する。別途、各画像に対応する位置情報及び向き情報を取得してもよい。また、そのような情報は、長軸像をガイドとして、短軸像を長軸像にパターンマッチングすることにより推定してもよい。また、メカニカル3Dプローブを用いる場合、そのプローブの位置からそのような情報を算出してもよい。また、2D画像の取得にマトリックスプローブを用いる場合、画像取得時に用いられるトランスデューサの構成要素の位置からそのような情報を算出してもよい。 To image the entire artery, the transducer is moved from the common carotid artery (CCA) toward the internal carotid artery (ICA) / external carotid artery (ECA), and a series of 2D images in a short axis image are captured. Separately, position information and orientation information corresponding to each image may be acquired. Further, such information may be estimated by pattern matching the short axis image to the long axis image using the long axis image as a guide. Further, when a mechanical 3D probe is used, such information may be calculated from the position of the probe. Further, when a matrix probe is used for acquiring a 2D image, such information may be calculated from the position of a component of a transducer used at the time of image acquisition.
位置情報及び向き情報の取得に用いてもよい装置の例として、光学カメラシステム、磁気センサ、加速度計、及び、ジャイロスコープなどがある。しかしながら、装置はこれらの装置に限定されることはない。磁気センサ、加速度計、又は、ジャイロスコープを、超音波プローブに物理的に取り付けてもよい(搭載してもよい)。或いは、超音波プローブに取り付けられた光学マーカーを追跡するため、光学カメラシステムを用いてもよい。1個または複数のカメラにより、超音波プローブの所定の位置に取り付けられた1個または複数のマーカーの光学画像を取得してもよい。取得した光学画像に対し画像処理アルゴリズムを用いて、超音波プローブの位置と向きとを検出する際の目印として、そのようなマーカーを用いてもよい。 Examples of apparatuses that may be used to acquire position information and orientation information include an optical camera system, a magnetic sensor, an accelerometer, and a gyroscope. However, the apparatus is not limited to these apparatuses. A magnetic sensor, accelerometer, or gyroscope may be physically attached to the ultrasound probe (may be mounted). Alternatively, an optical camera system may be used to track optical markers attached to the ultrasound probe. An optical image of one or a plurality of markers attached to a predetermined position of the ultrasonic probe may be acquired by one or a plurality of cameras. Such a marker may be used as a mark when detecting the position and orientation of the ultrasonic probe using an image processing algorithm for the acquired optical image.
図9に長軸輪郭の例が示されている。動的プログラミングのようなアルゴリズムやパターンマッチングを用いる、あるいは、血管壁における画像の勾配を指標として用いることにより、画像から長軸輪郭を抽出してもよい。また、流動体が流れる管状構造の場合は、ドップラー法を用いて長軸輪郭を抽出してもよい。また、長軸輪郭は制御点(頂点)を有してもよい。また、長軸輪郭は制御点のない曲線であってもよい。 FIG. 9 shows an example of a long axis contour. The long axis contour may be extracted from the image by using an algorithm such as dynamic programming or pattern matching, or by using the gradient of the image on the blood vessel wall as an index. In the case of a tubular structure through which a fluid flows, the long axis contour may be extracted using the Doppler method. Further, the long axis contour may have a control point (vertex). Further, the long axis contour may be a curve without a control point.
動脈全体を撮像するため、短軸像に対する処理と同様のスキャン処理を長軸像に対して行なってもよい。一方で、様々な角度から長軸方向の2つ以上のビューを取得して、管状構造のモデルをより完全なものにしてもよい。 In order to image the entire artery, a scan process similar to the process for the short axis image may be performed on the long axis image. On the other hand, more than one view in the long axis direction may be obtained from various angles to make the model of the tubular structure more complete.
単純化のため、曲線の頂点、制御点、及び、全ての輪郭点を以下では頂点と総称する。 For the sake of simplicity, the vertices of the curve, the control points, and all the contour points are hereinafter collectively referred to as vertices.
3.5.1 発明の概要
本発明の主要な実施形態は図1に示される。本発明は、主要なブロックである、データ取得(100)、輪郭抽出(101)、個別3D位置算出(102)、輪郭信頼度算出(103)、及び、3D輪郭調整(104)を含む。
3.5.1 Summary of the Invention The main embodiment of the present invention is shown in FIG. The present invention includes the main blocks of data acquisition (100), contour extraction (101), individual 3D position calculation (102), contour reliability calculation (103), and 3D contour adjustment (104).
データ取得(100)は、本願の要件に応じてスキャン画像を記録する。一例として、データ取得部(100)は、頸動脈の2つのビューである短軸(横)方向に沿ったビューと長軸(縦)方向に沿ったビューから、スキャン画像を取得してもよい。別の例では、スキャン面の位置と向きを別途取得する。さらに別の例において、2つ以上の角度から長軸像を取得する。 Data acquisition (100) records a scanned image according to the requirements of the present application. As an example, the data acquisition unit (100) may acquire a scan image from a view along the short axis (lateral) direction and a view along the long axis (longitudinal) direction, which are two views of the carotid artery. . In another example, the position and orientation of the scan plane are acquired separately. In yet another example, a long axis image is acquired from two or more angles.
輪郭抽出(101)は、スキャン画像を用いて管状組織構造の組織境界(輪郭)を抽出する。一例では、頸動脈の短軸像から短軸輪郭が抽出され、頸動脈の長軸像から長軸輪郭が抽出される。例示の目的で、輪郭は血管壁としてもよく、また、内中膜複合体厚(IMT)を測定するため、外膜−中膜境界および内膜−内腔境界としてもよい。図5に、内中膜複合体厚(IMT)がさらに詳細に示される。しかしながら、輪郭の概念はいかなる管状構造にも用いることができ、そのような適用も本発明の範囲内である。 In contour extraction (101), a tissue boundary (contour) of a tubular tissue structure is extracted using a scanned image. In one example, a short-axis contour is extracted from the short-axis image of the carotid artery, and a long-axis contour is extracted from the long-axis image of the carotid artery. For illustrative purposes, the contour may be the vessel wall and may be the adventitia-media boundary and the intima-lumen boundary for measuring intima-media complex thickness (IMT). In FIG. 5, the intima-media complex thickness (IMT) is shown in more detail. However, the contour concept can be used for any tubular structure and such applications are within the scope of the present invention.
個別3D位置算出(102)は、各ビューのスキャン画像の3D空間における位置および向きを算出する。一例では、個別3D位置算出(102)は別の装置を用いて、スキャン面の位置情報及び向き情報を取得する。または、パターンマッチング法を用いてスキャン画像から上記情報を算出する。または、メカニカルプローブの位置及び向きから上記情報を算出する。また、マトリックスプローブを用いる場合は、画像取得時に用いられるトランスデューサの構成要素の位置及び向きから上記情報を算出する。上記情報は、3D空間におけるスキャン面の位置決めに用いられる。別の例では、個々のモデルの位置合わせまたは可視化のため、特定のビューのスキャン画像を組み合わせることにより、走査した組織(例えば、頸動脈)の個別の3Dモデルを作成することができる。別の例では、位置情報及び/又は向き情報を利用できない場合、画像から位置及び/又は向きを推定する方法が用いられる。例えば、パターンマッチングによる、手動、半自動、又は、自動での画像の位置合わせが挙げられる。 The individual 3D position calculation (102) calculates the position and orientation of the scanned image of each view in the 3D space. In one example, the individual 3D position calculation (102) uses a different device to acquire position information and orientation information of the scan plane. Alternatively, the information is calculated from the scanned image using a pattern matching method. Alternatively, the information is calculated from the position and orientation of the mechanical probe. When a matrix probe is used, the above information is calculated from the positions and orientations of the transducer components used during image acquisition. The above information is used for positioning the scan plane in the 3D space. In another example, individual 3D models of scanned tissue (eg, carotid artery) can be created by combining scan images of specific views for registration or visualization of individual models. In another example, a method of estimating position and / or orientation from an image is used when position information and / or orientation information is not available. For example, manual, semi-automatic or automatic image alignment by pattern matching can be mentioned.
輪郭信頼度算出(103)は、各スキャンビューにおける輪郭の頂点または制御点の信頼度を算出する。信頼度により、頂点の信頼度が判定され、管状構造の最終的な3Dモデルの再構築に用いる上でその頂点が信頼できるものか否かが判定される。以下、この信頼度を輪郭頂点信頼度と称する。 In the contour reliability calculation (103), the reliability of the vertex or control point of the contour in each scan view is calculated. The reliability determines the reliability of the vertex and determines whether the vertex is reliable for use in reconstructing the final 3D model of the tubular structure. Hereinafter, this reliability is referred to as contour vertex reliability.
3D輪郭調整(104)は輪郭頂点信頼度を考慮し、各ビューから抽出した個々の輪郭又はモデルを3D空間で組み合わせて、管状構造の1つの3Dモデルとして作成する。3Dモデルも頂点を有する。以下、最終的な3Dモデルを算出するプロセスを最適化プロセスと称する。最終的な3Dモデルを最適化3Dモデルと称する。 The 3D contour adjustment (104) considers the contour vertex reliability, and creates individual 3D models of tubular structures by combining individual contours or models extracted from each view in the 3D space. The 3D model also has vertices. Hereinafter, the process of calculating the final 3D model is referred to as an optimization process. The final 3D model is referred to as an optimized 3D model.
図2には本発明の別の実施形態が示されている。図2に示されるブロックである、データ取得(200)、輪郭抽出(201)、個別3D位置算出(202)、輪郭信頼度算出(203)、及び、3D輪郭調整(204)は、図1の対応するブロックと類似している。 FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. The data acquisition (200), contour extraction (201), individual 3D position calculation (202), contour reliability calculation (203), and 3D contour adjustment (204) shown in FIG. Similar to the corresponding block.
モデル頂点信頼度算出(205)は、最適化3Dモデルの頂点の信頼度を算出するための追加の任意ステップである。以下、この信頼度を頂点信頼度と称する。このモデル頂点信頼度は、既に3Dモデルが最適化されており、新たなビューを取得する場合に用いられる。以前のモデル頂点信頼度と新たなモデル頂点信頼度とを考慮して、以前最適化した3Dモデルと新たに撮影した輪郭とを用いて、新たな最適化3Dモデルを算出してもよい。 Model vertex reliability calculation (205) is an additional optional step for calculating the vertex reliability of the optimized 3D model. Hereinafter, this reliability is referred to as vertex reliability. This model vertex reliability is used when the 3D model has already been optimized and a new view is acquired. In consideration of the previous model vertex reliability and the new model vertex reliability, a new optimized 3D model may be calculated using the previously optimized 3D model and the newly captured contour.
図3には本発明の別の実施形態が示されている。図3に示されるブロックである、データ取得(300)、輪郭抽出(301)、個別3D位置算出(302)、輪郭信頼度算出(303)、及び、3D輪郭調整(304)は、図1の対応するブロックと類似している。 FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The data acquisition (300), contour extraction (301), individual 3D position calculation (302), contour reliability calculation (303), and 3D contour adjustment (304) shown in FIG. Similar to the corresponding block.
また、位置情報取得(305)は、個別3D位置算出(302)で用いられる取得データの位置及び向きを算出する。各画像は、個々の装置を用いて取得した位置情報及び向き情報を有してもよい。また、パターンマッチングの指標に長軸スキャンを用いてそのような情報を推定してもよい。また、メカニカル3Dプローブを用いる場合、そのプローブの位置からそのような情報を算出してもよい。また、2D画像の取得にマトリックスプローブを用いる場合、画像取得時に用いられるトランスデューサの構成要素の位置からそのような情報を算出してもよい。 In the position information acquisition (305), the position and orientation of the acquired data used in the individual 3D position calculation (302) are calculated. Each image may have position information and orientation information acquired using an individual device. Further, such information may be estimated using a long axis scan as an index for pattern matching. Further, when a mechanical 3D probe is used, such information may be calculated from the position of the probe. Further, when a matrix probe is used for acquiring a 2D image, such information may be calculated from the position of a component of a transducer used at the time of image acquisition.
図4には本発明の別の実施形態が示されている。この実施形態は、図2および図3に示される上記2つの実施形態を組み合わせたものである。 FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is a combination of the above two embodiments shown in FIGS.
各処理ブロックの詳細は、以下の段落で説明する。 Details of each processing block are described in the following paragraphs.
3.5.2 データの取得
データ取得(100,200,300,400)は、様々なビューの管状構造のスキャンデータを取得する処理のことである。管状構造を頸動脈としてもよい。以下で頸動脈が記載される場合、その記載は例示のためであり、単純化するための記載にすぎない。ここで記載した方法は、腹部大動脈などいかなる管状構造にも用いることができ、そのような実施形態は本発明の範囲内である。
3.5.2 Data Acquisition Data acquisition (100, 200, 300, 400) is a process of acquiring scan data of tubular structures of various views. The tubular structure may be the carotid artery. Where the carotid artery is described below, the description is for purposes of illustration only. The methods described herein can be used with any tubular structure, such as the abdominal aorta, and such embodiments are within the scope of the invention.
ここでの記載は、2D又は3Dスキャン画像を提供できるいかなる撮像モダリティのスキャンデータに適用してもよい。撮像モダリティの例としてCTやMRIが挙げられるが、これらに限定されるものではない。以下で超音波データが記載される場合、その記載は例示のためであり、単純化するための記載にすぎない。他の撮像モダリティを用いた、ここで記載される方法の実施は、本発明の範囲内である。 The description herein may be applied to scan data of any imaging modality that can provide 2D or 3D scan images. Examples of imaging modalities include CT and MRI, but are not limited to these. Where ultrasound data is described below, the description is for purposes of illustration only. Implementation of the methods described herein using other imaging modalities is within the scope of the present invention.
管状構造では、中心線の形状により、管状構造の全体的な形状が表現される。短軸像は、中心線に比較的垂直なスキャン面で取得された画像と定義してもよい。この画像において、管状構造とスキャン面との交点は、比較的円形で閉じた輪郭になる。長軸像は、中心線に比較的平行なスキャン面で取得された画像でもよい。この画像において、管状構造とスキャン面との交点は、比較的細長い輪郭(閉じていても開いていてもよい)になる。 In the tubular structure, the overall shape of the tubular structure is expressed by the shape of the center line. A short-axis image may be defined as an image acquired on a scan plane that is relatively perpendicular to the center line. In this image, the intersection between the tubular structure and the scan plane is a relatively circular and closed contour. The long axis image may be an image acquired on a scan plane relatively parallel to the center line. In this image, the intersection of the tubular structure and the scan plane has a relatively elongated profile (which may be closed or open).
スキャンビューは、超音波プローブの特定の向き付近のスキャン面の集合である。プローブの向きを一定に保ったまま、一方向に沿ってリニアアレイ超音波プローブを走査させる(移動させる)ことにより、そのようなスキャン面を取得してもよい。自動的に3次元走査するリニアアレイ超音波プローブを特定の位置に固定することにより、そのようなスキャン面を取得してもよい。プローブが一端から他端へ移動する際にそのデータは得られる。マトリックス(2D)プローブを特定の位置に固定し、平行に並ぶトランスデューサの構成要素のリニアセットを作動させることにより、このようなスキャン面を取得してもよい。これにより、取得した複数のスキャン面は互いに平行する。 The scan view is a set of scan planes near a specific direction of the ultrasonic probe. Such a scan plane may be acquired by scanning (moving) the linear array ultrasonic probe along one direction while keeping the orientation of the probe constant. Such a scan plane may be acquired by fixing a linear array ultrasonic probe that automatically performs three-dimensional scanning at a specific position. The data is obtained as the probe moves from one end to the other. Such a scan plane may be obtained by fixing a matrix (2D) probe in a specific position and actuating a linear set of parallel transducer components. Thereby, the acquired plurality of scan planes are parallel to each other.
一実施形態において、横方向に沿って管状構造のマルチビューを取得して短軸像を取得し、縦方向に沿って管状構造のマルチビューを取得して長軸像を取得する。管状構造の一端から他端へトランスデューサを走査させることにより、短軸像を取得する。シネデータの各画像は、管状構造上の特定の位置における1枚の断面画像に対応する。トランスデューサを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、同様の手法を用いて長軸像を取得してもよい。 In one embodiment, a multi-view of the tubular structure is acquired along the lateral direction to acquire a short-axis image, and a multi-view of the tubular structure is acquired along the vertical direction to acquire a long-axis image. A short axis image is acquired by scanning the transducer from one end of the tubular structure to the other. Each image of cine data corresponds to one cross-sectional image at a specific position on the tubular structure. A long axis image may be obtained using a similar technique by scanning the transducer from one end of the tubular structure to the other.
別の実施形態において、管状構造は蛇行していても曲がっていてもよい。管状構造を、比較的真っ直ぐな形状の複数の部分に細分化してもよい。各部分において、長軸スキャン像及び/又は短軸スキャン像を個別に取得してもよい。異なる部分のこれらのデータを個々のスキャンビューとしてもよい。 In another embodiment, the tubular structure may be serpentine or bent. The tubular structure may be subdivided into a plurality of portions that are relatively straight. In each portion, a long-axis scan image and / or a short-axis scan image may be acquired individually. These pieces of data in different parts may be used as individual scan views.
別の実施形態において、長軸像の最大割面画像つまり管状構造の中心線を含む画像を取得するためにトランスデューサを特定の位置及び角度に固定することにより、長軸像を取得してもよい。 In another embodiment, the long axis image may be acquired by fixing the transducer at a specific position and angle to acquire a maximum split plane image of the long axis image, ie, an image including the centerline of the tubular structure. .
別の実施形態では、縦方向の管状構造の特徴をより効率的に撮影するために、異なるスキャンビューを選択することにより、2つ以上の傾斜角度で撮影してもよい。 In another embodiment, in order to more efficiently capture the features of the longitudinal tubular structure, it may be captured at more than one tilt angle by selecting different scan views.
また別の実施形態では、例えば、総頸動脈、外頸動脈、及び、内頚動脈などの管状構造に複数の支流がある場合は、各支流の完全な長軸像を取得するため、複数の長軸像を選択してもよい。それぞれのビューが、各支流と一致する。管状構造の特徴をより正確に撮影するため、2つ以上の傾斜角を用いてもよい。 In another embodiment, for example, if there are multiple tributaries in a tubular structure, such as the common carotid artery, the external carotid artery, and the internal carotid artery, to obtain a complete long axis image of each tributary, An axial image may be selected. Each view matches each tributary. More than one tilt angle may be used to capture more accurately the features of the tubular structure.
別の実施形態において、人間の血管の場合は、その後の処理で特定の拍動状態の画像のみが選択されるように、画像をさらにフィルタリングしてもよい。例えば、内中膜複合体厚の測定のため頸動脈を撮影する場合、収縮期における最小の動脈直径の画像のみが選択される。 In another embodiment, in the case of a human blood vessel, the image may be further filtered so that only images with a particular beating state are selected for subsequent processing. For example, when the carotid artery is imaged for measuring the intima-media thickness, only the image of the smallest arterial diameter in the systole is selected.
データ取得(100,200,300,400)の出力は、マルチビューの画像である。 The output of data acquisition (100, 200, 300, 400) is a multi-view image.
3.5.3 位置情報の取得
位置情報取得(305,405)は、データ取得(300,400)から得た取得画像の位置情報を取得する処理のことである。このブロックは任意のブロックであり、このブロックの処理を行わない実施形態も本発明の範囲内である。
3.5.3 Acquisition of position information Acquisition of position information (305, 405) is processing for acquiring position information of an acquired image obtained from data acquisition (300, 400). This block is an arbitrary block, and an embodiment in which processing of this block is not performed is also within the scope of the present invention.
一実施形態において、別の装置を用い、スキャンデータの取得と同期させるなどして各スキャン面の位置および向きを取得してもよい。この情報は、スキャン面の3D位置を示すため用いられる。 In one embodiment, the position and orientation of each scan plane may be acquired using another device, such as in synchronization with the acquisition of scan data. This information is used to indicate the 3D position of the scan plane.
位置情報および向き情報の取得に用いてもよい別の装置の例として、光学カメラシステム、磁気センサ、加速度計、及び、ジャイロスコープなどがある。しかしながら、これらの装置に限定されることはない。磁気センサ、加速度計、及び、ジャイロスコープは、超音波プローブに物理的に取り付けられてもよい。或いは、光学カメラシステムは、超音波プローブに取り付けられた光学マーカーの追跡に用いられてもよい。1個又は複数のカメラにより、超音波プローブの所定の位置に取り付けられた1個又は複数のマーカーの光学画像を取得してもよい。取得した光学画像に対し画像処理アルゴリズムを用いて、超音波プローブの位置と向きとを検出する際の目印として、そのようなマーカーを用いてもよい。 Examples of other devices that may be used to acquire position information and orientation information include optical camera systems, magnetic sensors, accelerometers, and gyroscopes. However, the present invention is not limited to these devices. The magnetic sensor, accelerometer, and gyroscope may be physically attached to the ultrasound probe. Alternatively, the optical camera system may be used to track optical markers attached to the ultrasound probe. An optical image of one or a plurality of markers attached to a predetermined position of the ultrasonic probe may be acquired by one or a plurality of cameras. Such a marker may be used as a mark when detecting the position and orientation of the ultrasonic probe using an image processing algorithm for the acquired optical image.
そのような装置の詳細は本発明の範囲外であるため、これ以上説明しない。 Details of such an apparatus are outside the scope of the present invention and will not be described further.
別の実施形態で、データ取得のためリニアプローブを機械的に走査させる場合は、取得したスキャン面の位置と向きは、リニアプローブの位置と向きから判定される。取得したスキャン面における位置情報及び向き情報は、超音波装置により取得できる。そのような超音波装置の詳細は本発明の範囲外のため、これ以上説明しない。 In another embodiment, when the linear probe is mechanically scanned for data acquisition, the acquired position and orientation of the scan plane are determined from the position and orientation of the linear probe. The acquired position information and orientation information on the scan plane can be acquired by an ultrasonic device. Details of such an ultrasonic device are beyond the scope of the present invention and will not be described further.
別の実施形態において、取得したスキャン面の位置と向きは、マトリックス(2D)プローブにおいて画像取得時に使用したトランスデューサの構成要素の位置及び構成により判定してもよい。マトリックスプローブは、3次元データの取得に用いてもよいし、トランスデューサの構成要素のリニアセットのみが作動中の場合、2次元データの取得に用いてもよい。そのようなリニアセットに対するスキャン面の位置と向きは、作動中のトランスデューサの構成要素の位置と超音波ビームのステアリング角度から得られる。そのような算出の詳細は本発明の範囲外のため、これ以上説明しない。 In another embodiment, the position and orientation of the acquired scan plane may be determined by the position and configuration of the transducer components used in the matrix (2D) probe during image acquisition. The matrix probe may be used to acquire 3D data, or may be used to acquire 2D data when only a linear set of transducer components is in operation. The position and orientation of the scan plane relative to such a linear set is obtained from the position of the active transducer components and the steering angle of the ultrasound beam. Details of such calculation are beyond the scope of the present invention and will not be described further.
別の実施形態において、位置情報及び向き情報を取得する装置が使用できない場合、スキャンビュー間の輪郭のパターンマッチングを用いてそのような情報を推定してもよい。正確な推定を行うため、互いに直交する角度でスキャンビューを取得してもよい。例えば、管状構造の中心線と垂直に短軸像を取得し、管状構造の中心線と平行に長軸像を取得してもよい。 In another embodiment, if a device that obtains position information and orientation information is not available, such information may be estimated using pattern matching of contours between scan views. In order to perform accurate estimation, scan views may be acquired at angles orthogonal to each other. For example, a short-axis image may be acquired perpendicularly to the center line of the tubular structure, and a long-axis image may be acquired parallel to the center line of the tubular structure.
位置情報取得(305,405)の出力は、データ取得(300,400)で得られるようなスキャン面の位置情報である。 The output of position information acquisition (305, 405) is the position information of the scan plane as obtained by data acquisition (300, 400).
3.5.4 輪郭抽出
輪郭抽出(101,201,301,401)は、スキャン画像中の管状構造の境界を判定する処理のことである。そのような境界については以下、輪郭と総称することにする。これらの輪郭は制御点または頂点を含む。このような制御点や頂点を頂点と総称する。
3.5.4 Contour Extraction Contour extraction (101, 201, 301, 401) is processing for determining the boundary of a tubular structure in a scanned image. Hereinafter, such a boundary will be collectively referred to as an outline. These contours contain control points or vertices. Such control points and vertices are collectively referred to as vertices.
画像中の領域間のグレースケール変化により、画像中のこれらの輪郭は特徴づけられる。図5に血管の場合のグレースケール変化の例が示される。内腔は一般的に周辺の生体組織よりも暗い。また中膜層は一般的に内膜と外膜よりも暗いので、より明るい2つの領域の間の薄くて暗い領域となる。グレースケール変化の特性を用いて、内腔、内膜、中膜、及び、外膜間の特徴を示すため、適切なマッチングフィルタを用いてもよい。ここでの記載は、生体組織の境界を抽出するために特定のグレースケール変化の特性を用いた一例である。他の種類の生体組織に対してグレースケール変化の他の特性を用いてもよく、これに関しても本発明の範囲内である。 These contours in the image are characterized by grayscale changes between regions in the image. FIG. 5 shows an example of a gray scale change in the case of a blood vessel. The lumen is generally darker than the surrounding biological tissue. Also, since the middle layer is generally darker than the inner and outer membranes, it becomes a thin and dark region between two brighter regions. An appropriate matching filter may be used to characterize the lumen, intima, media, and adventitia using the characteristics of gray scale change. The description here is an example in which the characteristics of a specific gray scale change are used to extract the boundary of a living tissue. Other characteristics of gray scale changes may be used for other types of living tissue, and this is also within the scope of the present invention.
グレースケール変化を利用する際、様々な技術を適用することができ、それらの技術により、グレースケールの変化、および、グレースケールが変化する点の連続性を検出することができる。ドップラー法(例えば、カラードップラー法又はパワードップラー法)を用いて輪郭を抽出してもよい。 When utilizing gray scale changes, various techniques can be applied, which can detect gray scale changes and continuity of points where the gray scale changes. The contour may be extracted using a Doppler method (for example, a color Doppler method or a power Doppler method).
全てのビューを短軸像と長軸像の2種類に分類することができる。輪郭が閉じており、そのような輪郭が中心点を囲むビューとして、短軸像を規定してもよい。輪郭が開いており、そのような輪郭が中心線を囲むビューとして、長軸像を規定してもよい。 All views can be classified into two types, short axis images and long axis images. A short axis image may be defined as a view in which the contour is closed and such a contour surrounds the center point. A long-axis image may be defined as a view in which a contour is open and such a contour surrounds the center line.
図7に短軸像と長軸像の例が示されている。図8には短軸輪郭の例が、図9には長軸輪郭の例が示されている。 FIG. 7 shows an example of a short axis image and a long axis image. FIG. 8 shows an example of a short axis contour, and FIG. 9 shows an example of a long axis contour.
輪郭抽出の方法は先行技術で確立されている。 A contour extraction method is established in the prior art.
輪郭抽出アルゴリズムの一例は、画像処理を用いたエッジ検出である。エッジ検出の処理については先行技術で広く紹介されている。エッジ検出アルゴリズムの実際の実施は本発明の範囲外であり、ここではこれ以上説明しない。 An example of the contour extraction algorithm is edge detection using image processing. Edge detection processing is widely introduced in the prior art. The actual implementation of the edge detection algorithm is outside the scope of the present invention and will not be described further here.
輪郭抽出アルゴリズムの別の例として、能動輪郭アルゴリズムがある。能動輪郭モデルでは、多くの頂点を含む輪郭のエネルギーが最小化される。全体のエネルギーは、外部エネルギーと内部エネルギーを含む。外部エネルギーは、輪郭における画像の特徴から測定される。内部エネルギーは、輪郭の特定の形状の特徴から測定される。画像の特徴から、外部エネルギーは引張力であることが分かる。例えば、血管壁に対するグレースケール勾配や画像のエッジのことである。内部エネルギーは頂点間の弾性力であり、スプラインの曲率エネルギーとなる。能動輪郭モデルは先行技術で広く紹介されている。能動輪郭モデルの詳細は先行技術文献に記載されている。能動輪郭の実際の実施は本発明の範囲外であるため、ここではこれ以上説明しない。 Another example of the contour extraction algorithm is an active contour algorithm. In the active contour model, the energy of the contour including many vertices is minimized. The total energy includes external energy and internal energy. External energy is measured from image features at the contours. Internal energy is measured from features of a specific shape of the contour. It can be seen from the characteristics of the image that the external energy is a tensile force. For example, a gray scale gradient with respect to a blood vessel wall or an edge of an image. The internal energy is the elastic force between the vertices and becomes the curvature energy of the spline. Active contour models are widely introduced in the prior art. Details of the active contour model are described in prior art documents. The actual implementation of the active contour is outside the scope of the present invention and will not be described further here.
輪郭抽出アルゴリズムの別の例は、マッチングフィルタを用いた、画像の部分セグメントにおけるグレースケールの検出である。所望のグレースケール変化の特性を示す所定のプロファイルを有するマッチングフィルタを部分セグメントに用いる。そのような部分セグメントは画像の走査線でもよい。フィルタリング処理の結果、マッチングフィルタのプロファイルに追従する位置におけるベストマッチ(最適な組み合わせ)が得られる。全ての部分セグメントを通過する一続きの曲線のうち、部分セグメントにおけるマッチングのコストの累積値が最大となる曲線が、輪郭として抽出される。 Another example of a contour extraction algorithm is the detection of grayscale in partial segments of an image using a matching filter. A matching filter having a predetermined profile exhibiting a desired gray scale change characteristic is used for the partial segment. Such a partial segment may be a scan line of an image. As a result of the filtering process, a best match (optimal combination) at a position following the profile of the matching filter is obtained. Of a series of curves passing through all the partial segments, a curve having the maximum accumulated cost of matching in the partial segments is extracted as a contour.
上記の抽出アルゴリズムは、輪郭抽出アルゴリズムを適用する前に、輪郭が含まれる関心領域を絞り込むことにより精度向上が見込まれる。撮像した画像の多くにおいて、関心のある構造物(例えば、短軸像は閉じた円形の輪郭、長軸像は細長い輪郭)に類似する複数の領域が画像中に存在する可能性がある。しかし、ほとんどの場合、正しい領域はこれらの領域のうち1つの領域のみである。このような絞り込みは、パターンマッチングアルゴリズムを用いて行なってもよい。 The above extraction algorithm is expected to improve accuracy by narrowing the region of interest including the contour before applying the contour extraction algorithm. In many of the captured images, there may be multiple regions in the image that are similar to the structure of interest (eg, the short axis image is a closed circular outline, and the long axis image is an elongated outline). However, in most cases, the correct area is only one of these areas. Such narrowing may be performed using a pattern matching algorithm.
輪郭抽出アルゴリズムの別の例では、ドップラー法を用いる。(血管などの)構造壁内を流動体が流れる管状構造には、流動体が流れる領域の検出にドップラー法を用いてもよく、これらの領域の境界は流動体領域と構造壁との境界である。構造物の内壁は、ドップラー画像からその境界を検出することにより抽出してもよい。 Another example of the contour extraction algorithm uses the Doppler method. For tubular structures where fluids flow through structural walls (such as blood vessels), the Doppler method may be used to detect the areas where fluids flow, and the boundary between these regions is the boundary between the fluid region and the structural wall. is there. The inner wall of the structure may be extracted by detecting the boundary from the Doppler image.
輪郭抽出アルゴリズムの別の例では、特に血管において、複数の輪郭を抽出してもよい。そのような複数の輪郭の一例が、内腔−内膜境界(又は内膜−中膜の内輪郭)及び中膜−外膜境界(又は内膜−中膜の外輪郭)である。内中膜複合体厚(IMT)の測定やプラークの検出など頸動脈の診断のため、両方の層を抽出し、IMTを算出しプラークを検出してもよい。大動脈の診断などへの外輪郭の適用はより重要である。用いる輪郭はそれぞれの適用分野によって決まる。こうした適用も本発明の範囲内である。 In another example of the contour extraction algorithm, multiple contours may be extracted, particularly in blood vessels. An example of such multiple contours is the lumen-intima boundary (or intima-media inner contour) and the media-outer membrane boundary (or intima-media outer contour). In order to diagnose the carotid artery such as measurement of intima-media complex thickness (IMT) or detection of plaque, both layers may be extracted and IMT may be calculated to detect plaque. The application of the outer contour to the diagnosis of the aorta is more important. The contour used depends on the respective field of application. Such applications are also within the scope of the present invention.
輪郭抽出の出力は、スキャン面における輪郭の頂点である。 The output of contour extraction is the vertex of the contour on the scan plane.
3.5.5 個別3D位置算出
個別3D位置算出(102,202,302,402)では、各スキャン面における2Dの全ての算出済み輪郭頂点座標を3D空間座標に変換する。対応する位置情報及び向き情報に基づいて、スキャン面を移動、および、回転させることにより、上記の変換を実行する。
3.5.5 Individual 3D position calculation In the individual 3D position calculation (102, 202, 302, 402), all 2D calculated contour vertex coordinates in each scan plane are converted into 3D space coordinates. Based on the corresponding position information and orientation information, the above-described conversion is performed by moving and rotating the scan plane.
位置情報取得(305,405)によりスキャン面の位置情報と向き情報が得られる実施形態では、利用可能な情報をそのまま用いて移動と回転を行なってもよい。
スキャン面の位置情報及び向き情報が利用できない実施形態においては、パターンマッチング法を用いて、スキャン画像からそのような情報を推定してもよい。推定処理に用いるため、互いに直交する角度でスキャンビューを取得してもよい。
In the embodiment in which the position information and the orientation information of the scan plane can be obtained by acquiring the position information (305, 405), the available information may be used as it is to move and rotate.
In embodiments where the scan plane position information and orientation information are not available, such information may be estimated from the scanned image using a pattern matching method. For use in the estimation process, scan views may be acquired at angles orthogonal to each other.
スキャン面の位置及び向きが利用できない実施形態において、ある特定のビューのスキャン面は互いに平行し、そのビューにおけるスキャン面の間隔は一定であるとしてもよい。走査時間(例えば、プローブが走査領域の一端から他端へ移動するのにかかる時間)、データ取得部のフレームレート、及び、走査領域の大きさなどから、各スキャン面の位置を算出してもよい。 In embodiments where the position and orientation of the scan plane is not available, the scan planes of a particular view may be parallel to each other and the scan plane spacing in that view may be constant. Even if the position of each scan plane is calculated from the scan time (for example, the time required for the probe to move from one end of the scan area to the other end), the frame rate of the data acquisition unit, the size of the scan area, etc. Good.
輪郭の欠損につながる欠落フレームや低画質の画像など、データ取得処理における予想外の誤差を克服するための追加的な実施形態として、同じ3D領域内の他のスキャンビューの輪郭を指針として用いて、同じスキャンビューにおける隣接フレームの隣接する輪郭から、そのような欠損輪郭を補間してもよい。また、輪郭抽出誤差などの影響で、孤立した輪郭が存在する可能性がある。孤立した輪郭は、近くの輪郭とは大きく異なるかもしれない。これらの孤立した輪郭については除いてもよく、対応フレームの輪郭位置を隣接フレームで補間してもよい。 As an additional embodiment to overcome unexpected errors in the data acquisition process, such as missing frames and low quality images that lead to missing contours, using the contours of other scan views within the same 3D region as a guide Such a missing contour may be interpolated from adjacent contours of adjacent frames in the same scan view. Further, an isolated contour may exist due to the influence of the contour extraction error. An isolated contour may differ significantly from nearby contours. These isolated contours may be removed, and the contour position of the corresponding frame may be interpolated between adjacent frames.
複数のスキャンビューの輪郭を組み合わせる次のステップを準備するための追加的な実施形態では、参照スキャンビューとしてスキャンビューを1つ選択する。一実施形態において、そのようなスキャン画像は短軸スキャン像である。この参照スキャンビューのスキャン面のそれぞれにおいて、このスキャン面と他のスキャンビューの全ての輪郭の交点を算出する。これら交点の3D座標が、スキャンビューにおけるスキャン面の対応する2D座標に変換される。 In an additional embodiment for preparing the next step of combining the contours of multiple scan views, one scan view is selected as the reference scan view. In one embodiment, such a scan image is a short axis scan image. For each of the scan planes of this reference scan view, the intersections of all the contours of this scan plane and other scan views are calculated. The 3D coordinates of these intersection points are converted into corresponding 2D coordinates of the scan plane in the scan view.
別の実施形態では、位置情報及び向き情報の誤差を補間するため、手動、半自動、又は、完全に自動の位置合わせを行なってもよい。個別モデルの中心線を用いて、そのような位置合わせを行なってもよい。また、Bモードの特徴点のマッチングを用いて行なってもよい。 In other embodiments, manual, semi-automatic, or fully automatic alignment may be performed to interpolate errors in position and orientation information. Such alignment may be performed using the center line of the individual model. Moreover, you may perform using the feature point matching of B mode.
このブロックの出力は個別の3Dモデルであり、交点の2Dにおける位置である。図17に、頸動脈の個別3Dモデルの一例が示されている。2つのモデルが示されており、短軸スキャン像から作成されるモデルと、長軸スキャン像から作成されるモデルである。 The output of this block is an individual 3D model, the position of the intersection in 2D. FIG. 17 shows an example of an individual 3D model of the carotid artery. Two models are shown, a model created from a short-axis scan image and a model created from a long-axis scan image.
短軸輪郭は円形リングの形をしており、リニアプローブが動脈の長軸方向(動脈の長さ)に沿って動くため、比較的平行な面で短軸輪郭は撮影される。全ての輪郭が同一の座標系で示され、図17の左パネルに示されるようなモデルを作成する。 The short-axis contour is in the form of a circular ring, and the linear probe moves along the long-axis direction of the artery (the length of the artery), so the short-axis contour is photographed on a relatively parallel surface. All contours are shown in the same coordinate system, and a model as shown in the left panel of FIG. 17 is created.
長軸輪郭は開いた緩やかな曲線であり、リニアプローブは動脈の短軸方向(動脈の幅)に沿って動くため、比較的平行な面で長軸輪郭は撮影される。描出状態が最良の輪郭のみを使用し、本例では、最高の質の輪郭は、動脈の最大割面に対応するスキャン面に対応する。 The long-axis contour is an open gentle curve, and the linear probe moves along the short-axis direction of the artery (the width of the artery), so the long-axis contour is photographed on a relatively parallel surface. Only the contour with the best rendering state is used, and in this example, the contour with the highest quality corresponds to the scan plane corresponding to the largest split surface of the artery.
図15にスキャン面と交点の一例が示されている。図15では、参照面は短軸面であり、頸動脈ファントムが走査されている。短軸面において動脈は円形リングとして現れるため、短軸輪郭も円形リングとして現れる。この短軸面に比較的垂直な角度で、長軸(方向の)走査が複数回行われる。長軸輪郭と短軸面との交点が検出される。これらの交点は短軸輪郭の調整に用いられる。 FIG. 15 shows an example of the scan plane and the intersection. In FIG. 15, the reference plane is a short axis plane, and the carotid phantom is scanned. Since the artery appears as a circular ring in the short axis plane, the short axis contour also appears as a circular ring. The major axis (direction) scan is performed a plurality of times at an angle relatively perpendicular to the minor axis surface. The intersection of the long axis contour and the short axis surface is detected. These intersections are used to adjust the short axis contour.
3.5.6 輪郭信頼度算出
輪郭信頼度算出(103,203,303,403)は、全ての輪郭の信頼度、特定のスキャン面における輪郭の頂点及び/又は輪郭の交点を算出する。このブロックの入力は、Bモード画像、特定のスキャン面の輪郭点及び/又は交点の位置である。
3.5.6 Contour Reliability Calculation The contour reliability calculation (103, 203, 303, 403) calculates the reliability of all the contours, the vertexes of the contour on a specific scan plane, and / or the intersection of the contours. The input of this block is the position of the B-mode image, the contour point and / or the intersection of a specific scan plane.
全体の輪郭又は個別の輪郭の頂点の信頼度は、信頼度パラメータの信頼指標及び様々な信頼度値から算出される。例えば、信頼度値の範囲は0から1の間で設定してもよい。信頼度パラメータを1つ以下に示す。 The reliability of the vertices of the entire contour or of individual contours is calculated from the reliability index of the reliability parameter and various reliability values. For example, the range of reliability values may be set between 0 and 1. One or less reliability parameters are shown below.
・信頼度指標が最大値の場合、信頼度値は1である。 When the reliability index is the maximum value, the reliability value is 1.
・信頼度指標が最小値の場合、信頼度値は0である。 When the reliability index is the minimum value, the reliability value is 0.
・信頼度指標が最小値と最大値の間の場合、リニアマッピングを適用する。 • Linear mapping is applied when the reliability index is between the minimum and maximum values.
血管に対する輪郭信頼度算出の一実施形態では、信頼度パラメータは拍動時相であり、信頼度指標は血管径である。血管が拡大する期間に血管径は最大となり、血管が縮小する期間に血管径は最小となる。長軸スキャンにおける比較的平行な長軸輪郭間の距離から、又は、短軸輪郭の一端から輪郭の中心点を通る他端までのラインセグメントから、血管径を求めてもよい。脈動の影響として、血管が縮小する期間に輪郭頂点の信頼度は高く、血管が拡大する期間に輪郭頂点の信頼度は低くなる。したがって、最小の血管径の場合に信頼度値を1に設定してもよく、最大の血管径の場合に信頼度値を0に設定してもよい。本実施形態では、同一の信頼度値が輪郭の全ての頂点に適用される。 In one embodiment of the contour reliability calculation for a blood vessel, the reliability parameter is the pulsation time phase and the reliability index is the blood vessel diameter. The blood vessel diameter becomes maximum during the period when the blood vessel expands, and the blood vessel diameter becomes minimum during the period when the blood vessel shrinks. The blood vessel diameter may be obtained from a distance between relatively parallel long-axis contours in the long-axis scan, or from a line segment from one end of the short-axis contour to the other end passing through the center point of the contour. As the influence of pulsation, the reliability of the contour vertex is high during the period when the blood vessel shrinks, and the reliability of the contour vertex is low during the period when the blood vessel expands. Therefore, the reliability value may be set to 1 in the case of the minimum blood vessel diameter, and the reliability value may be set to 0 in the case of the maximum blood vessel diameter. In this embodiment, the same confidence value is applied to all vertices of the contour.
血管に対する輪郭信頼度算出の別の例では、信頼度パラメータは拍動時相であり、信頼度指標は対応する血管における平均化されたパワードップラー値である。血管が拡大する期間に血流は最も多くなるため、パワードップラー値が最大となる。また、血管が縮小する期間に血流は最も少なくなるため、パワードップラー値が最小となる。脈動の影響として、血管が縮小する期間に輪郭頂点の信頼度は高くなり、血管が拡大する期間に輪郭頂点の信頼度は低くなる。したがって、平均化されたパワードップラー値が最小の場合に信頼度値を1に設定してもよく、平均化されたパワードップラー値が最大の場合に信頼度値を0に設定してもよい。本実施形態では、同一の信頼度値が輪郭の全ての頂点に適用される。 In another example of contour reliability calculation for a blood vessel, the reliability parameter is the pulsatile phase and the reliability index is an averaged power Doppler value in the corresponding blood vessel. Since the blood flow is greatest during the period when the blood vessel is expanded, the power Doppler value is maximized. In addition, since the blood flow is minimized during the period when the blood vessel shrinks, the power Doppler value is minimized. As the influence of pulsation, the reliability of the contour vertex is high during the period when the blood vessel is reduced, and the reliability of the contour vertex is low during the period when the blood vessel is enlarged. Therefore, the reliability value may be set to 1 when the averaged power Doppler value is minimum, and the reliability value may be set to 0 when the averaged power Doppler value is maximum. In this embodiment, the same confidence value is applied to all vertices of the contour.
任意の管状構造に対する輪郭信頼度算出の別の実施形態では、信頼度パラメータは、管状構造の境界と輪郭との近接度である。信頼度指標は、輪郭頂点又は交点における、Bモード画像のグレースケール変化である。頂点又は交点の位置で勾配の変化が大きい場合、信頼度は高い。また、頂点又は交点の位置で勾配の変化が小さい場合、信頼度は低い。管状構造の内部領域のグレースケール値は低く、外部領域のグレースケール値は高いと仮定として、勾配変化は算出される。したがって、グレースケールの最大の変化はこれらの2つの領域の境界を示す。この仮定に基づき、特定のスキャン面に対して、管状構造の内側から外側への方向で、抽出した輪郭の全ての頂点におけるグレースケール変化を算出する。最大及び最小のグレースケール変化を算出してもよく、グレースケール変化が最大の場合、信頼度値を1に設定してもよく、グレースケール変化が最小の場合、信頼度値を0に設定してもよい。本実施形態において、個別の頂点又は交点に対して個別信頼度値を算出する。 In another embodiment of the contour confidence calculation for any tubular structure, the confidence parameter is the proximity of the boundary of the tubular structure to the contour. The reliability index is a gray scale change of the B-mode image at the contour vertex or intersection. If the gradient change is large at the position of the vertex or intersection, the reliability is high. Further, when the change in the gradient is small at the position of the vertex or intersection, the reliability is low. The gradient change is calculated assuming that the gray scale value of the inner region of the tubular structure is low and the gray scale value of the outer region is high. Thus, the largest change in grayscale indicates the boundary between these two regions. Based on this assumption, the gray scale change at all vertices of the extracted contour is calculated in the direction from the inside to the outside of the tubular structure with respect to the specific scan plane. The maximum and minimum grayscale changes may be calculated, the confidence value may be set to 1 if the grayscale change is maximum, and the confidence value is set to 0 if the grayscale change is minimum. May be. In the present embodiment, individual reliability values are calculated for individual vertices or intersections.
輪郭信頼度算出の別の実施形態において、信頼度パラメータは輪郭に沿った一連のグレースケール変化であり、信頼度指標は算出される輪郭頂点又は交点の付近のグレースケール変化の差である。頂点又は交点の付近において同様のグレースケール変化が長く続く場合、信頼度は高くなる。また、その反対の条件で信頼度は低くなる。グレースケール変化の継続性を検出するための想定される方法は、輪郭の隣接する頂点又は交点のグレースケール変化の差を確認する方法である。この差が大きい場合、信頼度は低くなる。またこの差が小さい場合、信頼度は高くなる。輪郭の全ての頂点又は交点に対して最大の差及び最小の差を算出してもよい。最小の差の場合、信頼度値を1に設定してもよい。最大の差の場合、信頼度値を0に設定してもよい。本実施形態において、個別の頂点又は交点に対して個別信頼度値を算出する。 In another embodiment of the contour confidence calculation, the confidence parameter is a series of gray scale changes along the contour, and the confidence measure is the difference in gray scale change near the calculated contour vertex or intersection. If similar grayscale changes continue for a long time in the vicinity of the vertex or intersection, the confidence level is high. In addition, the reliability decreases under the opposite condition. The assumed method for detecting the continuity of the grayscale change is a method for checking the difference in the grayscale change of adjacent vertices or intersections of the contour. When this difference is large, the reliability is low. When this difference is small, the reliability is high. The maximum difference and the minimum difference may be calculated for all vertices or intersections of the contour. For the smallest difference, the confidence value may be set to 1. In the case of the maximum difference, the reliability value may be set to zero. In the present embodiment, individual reliability values are calculated for individual vertices or intersections.
輪郭信頼度算出の別の実施形態において、信頼度パラメータは、輪郭全体に対するグレースケールの変化の一貫性であり、信頼度指標は、全ての頂点又は交点におけるグレースケール変化の標準偏差である。より均一なグレースケール変化の場合、信頼度は高く標準偏差は低い。また、逆の場合は、信頼度が低く標準偏差は高いといえる。特定の輪郭に対して、グレースケール変化の標準偏差を算出する。同一のスキャンビューの全ての輪郭について、最大の標準偏差値と最小の標準偏差値を求めることができる。グレースケールの標準偏差が最小の場合、輪郭の信頼度値を1に設定してもよい。グレースケールの標準偏差が最大の場合、輪郭の信頼度値を0に設定してもよい。本実施形態では、同一の信頼度値が輪郭の全ての頂点に適用される。 In another embodiment of contour confidence calculation, the confidence parameter is the consistency of the gray scale change over the whole contour and the confidence measure is the standard deviation of the gray scale change at all vertices or intersections. For more uniform grayscale changes, the confidence is high and the standard deviation is low. In the opposite case, it can be said that the reliability is low and the standard deviation is high. The standard deviation of the gray scale change is calculated for a specific contour. The maximum standard deviation value and the minimum standard deviation value can be obtained for all the contours of the same scan view. If the grayscale standard deviation is the smallest, the contour reliability value may be set to 1. When the standard deviation of the gray scale is the maximum, the contour reliability value may be set to zero. In this embodiment, the same confidence value is applied to all vertices of the contour.
輪郭信頼度算出の別の実施形態において、輪郭又は輪郭の頂点に対して算出される信頼度値が2つ以上ある。このような場合、より重要な信頼度パラメータに比重を置き、複数の信頼度値を加重合計してもよい。 In another embodiment of contour reliability calculation, there are two or more reliability values calculated for the contour or the vertex of the contour. In such a case, a specific gravity may be placed on a more important reliability parameter, and a plurality of reliability values may be weighted and summed.
また、信頼度指標の異なる組み合わせを短軸像と長軸像に用いることができる。輪郭信頼度算出の別の実施形態において、長軸スキャン像中の輪郭の信頼度値を、短軸スキャン像中の輪郭の信頼度値よりも高く設定してもよい。 Also, different combinations of reliability indices can be used for the short-axis image and the long-axis image. In another embodiment of the contour reliability calculation, the contour reliability value in the long-axis scan image may be set higher than the contour reliability value in the short-axis scan image.
輪郭信頼度算出の別の実施形態において、付近の長軸スキャン像の輪郭の信頼度値に基づいて短軸スキャン像の輪郭の信頼度値を調整してもよい。例えば、長軸スキャン像の輪郭の信頼度値が大きくなるにつれて、短軸スキャン像の信頼度値を小さくする。 In another embodiment of the contour reliability calculation, the contour reliability value of the short-axis scan image may be adjusted based on the contour reliability value of the nearby long-axis scan image. For example, as the reliability value of the contour of the long-axis scan image increases, the reliability value of the short-axis scan image is decreased.
一例では、血管などの管状構造は、流体の拍動に伴って、血管壁が移動する。短軸スキャン像の取得に用いられる方法、例えば、管状構造の一端から他端へプローブを走査させる方法を用いることにより、異なるスキャン面が異なる拍動時相に対応する場合がある。これにより、これらのスキャン面から作成される3Dモデルにおける不整合が、血管壁の凹凸して現れる。一方で、特定のスキャン位置及び角度を選択して取得した長軸スキャン像は、スキャン画像全体が同一の拍動時相となる。このような場合、短軸スキャン像よりも長軸スキャン像に対して、より高い信頼度値を与えてもよい。 In one example, in a tubular structure such as a blood vessel, the blood vessel wall moves as the fluid pulsates. By using a method used to acquire a short-axis scan image, for example, a method of scanning a probe from one end to the other end of a tubular structure, different scan planes may correspond to different pulsation time phases. Thereby, inconsistency in the 3D model created from these scan planes appears as irregularities on the blood vessel wall. On the other hand, the long-axis scan image acquired by selecting a specific scan position and angle has the same pulsation time phase as a whole. In such a case, a higher reliability value may be given to the long-axis scan image than to the short-axis scan image.
また、短軸スキャン像の管状構造のエッジは、管状構造の側面において不明瞭である。したがって、これらのエッジから抽出した輪郭は信頼できない場合がある。それらの不明瞭なエッジを別の角度から撮影できるように、長軸スキャン像の位置と向きを定めてもよい。このような場合、短軸スキャン像よりも長軸スキャン像に対して、より高い信頼度値を与えてもよい。 Also, the edge of the tubular structure of the short axis scan image is unclear on the side of the tubular structure. Therefore, the contour extracted from these edges may not be reliable. The position and orientation of the long-axis scan image may be determined so that these unclear edges can be photographed from different angles. In such a case, a higher reliability value may be given to the long-axis scan image than to the short-axis scan image.
輪郭信頼度算出の出力は、次の3D輪郭調整ステップに用いられる全てのスキャン面における、輪郭又は輪郭の頂点の信頼度値である。 The output of the contour reliability calculation is a reliability value of the contour or the vertex of the contour on all the scan planes used in the next 3D contour adjustment step.
3.5.7 3Dにおける輪郭調整
3D輪郭調整(103,204,304,404)は、同一の管状構造の異なるスキャンビューの個別の3Dモデルを、信頼度値に応じて統合することで、3Dモデルを高精度化する処理のことである。
3.5.7 Contour Adjustment in 3D 3D contour adjustment (103, 204, 304, 404) is a 3D model that integrates individual 3D models of different scan views of the same tubular structure according to confidence values. It is a process to improve the accuracy of the model.
個別3D位置算出において、参照スキャンビューを選択してもよい。スキャンビューは管状構造の全体を含むこと、又は、スキャンビューの輪郭は管状構造全体の形状を示すことを、参照スキャビュー像の基準としてもよい。選択する参照スキャンビューは2つ以上あってもよい。 In the individual 3D position calculation, the reference scan view may be selected. The reference scan-view image may be based on the fact that the scan view includes the entire tubular structure, or that the outline of the scan view indicates the shape of the entire tubular structure. There may be two or more reference scan views to be selected.
スキャン角度の限界により特定の位置しか撮影できない、又は、走査プローブが管状構造の全長を撮影できる長さではないなどの想定される理由から、他のスキャンビューは完全なビューではないかもしれない。これらの不完全なスキャンビューは参照スキャンビューとして選択しなくてもよい。その代わりに、参照スキャンビューを調整し質を向上させる目的で、これらの不完全なスキャンビューを利用してもよい。これらのスキャンビューを「非参照ビュー」と呼んでもよい。 Other scan views may not be complete views due to possible reasons such as the scan angle can only capture a specific position, or the scan probe is not long enough to capture the entire length of the tubular structure. These incomplete scan views may not be selected as reference scan views. Instead, these imperfect scan views may be used to adjust the reference scan view and improve quality. These scan views may be referred to as “non-reference views”.
調整に用いる輪郭頂点は、参照ビューの頂点及び、非参照ビューの輪郭と参照ビューのスキャン面との交点である。参照ビューの輪郭及び頂点を、参照輪郭および参照頂点と呼ぶ。非参照ビューから導出した頂点を交差頂点と呼ぶ。 The contour vertices used for adjustment are the vertices of the reference view and the intersections of the contours of the non-reference view and the scan plane of the reference view. The contours and vertices of the reference view are called reference contours and reference vertices. Vertices derived from non-reference views are called intersection vertices.
3D輪郭調整の一実施形態において、スキャン面における元の輪郭頂点、そのスキャン面における他のスキャンビューの交点、それに対応する信頼度値を用いて、参照ビューにおける各スキャン面内の輪郭を最適化することにより、この調整を行なってもよい。 In one embodiment of 3D contour adjustment, the contour in each scan plane in the reference view is optimized using the original contour vertices in the scan plane, the intersection of other scan views in the scan plane, and the corresponding confidence value This adjustment may be performed.
参照ビューのスキャン面に対し、最適化プロセスを連続して行なってもよい。1つの操作で複数のスキャン面に対し、最適化プロセスを行なってもよい。最適化プロセスの結果を「新輪郭」と呼ぶ。 The optimization process may be performed continuously on the scan plane of the reference view. The optimization process may be performed on a plurality of scan planes in one operation. The result of the optimization process is called “new contour”.
少なくとも以下の要素全て又は以下の要素のサブセットを含むコスト関数を最小化することにより、最適化を行う。 Optimization is performed by minimizing a cost function that includes at least all of the following elements or a subset of the following elements:
・新たな輪郭から、信頼度により重み付けされた参照輪郭までの距離(輪郭頂点コスト)
・新たな輪郭から、信頼度により重み付けされた交点までの距離(交点コスト)
・新たな輪郭における、隣接する輪郭点間の半径の差(フレーム内の輪郭の平滑性コスト)
・新たな輪郭の頂点と参照ビューの隣接するスキャン面の対応する輪郭頂点との距離(フレーム間の輪郭の平滑性コスト)
・新たな中心点と隣接する中心点との距離(中心線の平滑性コスト)
-Distance from new contour to reference contour weighted by reliability (contour vertex cost)
・ Distance from new contour to intersection weighted by reliability (intersection cost)
-Difference in radius between adjacent contour points in the new contour (smoothness cost of contour in the frame)
The distance between the new contour vertex and the corresponding contour vertex of the adjacent scan plane of the reference view (contour smoothness cost between frames)
・ Distance between new center point and adjacent center point (smoothness cost of center line)
各要素は、最適化3Dモデルが適合するパラメータを調整する。その要素に対する重み因子は、適合度を調整する。ここで、重み因子は相対値である。例えば、重み因子の絶対値が全て等しく大きい場合には、各パラメータに対する適合度は同一である。一方、重み因子が相対的に異なる値であれば、各パラメータに対する適合度は、重み因子の値に応じて調節される。 より具体的には、以下の式を用いて、コスト関数全体を説明してもよい。コスト関数の各項それぞれを重み因子により重み付けすることにより、各要素の重要性を調整する。より高い重み因子は対応する要素がより重要であることを意味する。より低い重み因子は対応する要素の重要度がより低いことを意味する。 Each element adjusts the parameters that the optimized 3D model fits. The weight factor for that element adjusts the fitness. Here, the weighting factor is a relative value. For example, when the absolute values of the weighting factors are all equal and large, the fitness for each parameter is the same. On the other hand, if the weighting factor is a relatively different value, the fitness for each parameter is adjusted according to the value of the weighting factor. More specifically, the entire cost function may be described using the following equation. The importance of each element is adjusted by weighting each term of the cost function with a weighting factor. A higher weight factor means that the corresponding element is more important. A lower weight factor means that the corresponding element is less important.
別の実施形態では、長軸スキャン像に関連する要素の重みを短軸スキャン像に関連する要素の重みよりも高く設定する。 In another embodiment, the element weight associated with the long axis scan image is set higher than the element weight associated with the short axis scan image.
一例では、血管などの管状構造は、流体流を振動させることにより生成される移動壁を有する。短軸スキャン像の取得に用いられる方法、例えば、管状構造の一端から他端へプローブを走査させる方法を用いることにより、異なるスキャン面が異なる拍動時相に対応する場合がある。これにより、これらのスキャン面から作成される3Dモデルにおける不整合が、構造壁上で波形として現れる。一方で、特定のスキャン位置及び角度を選択することにより、長軸スキャン像を取得してもよい。長軸スキャン像では、スキャン画像全体が特定の拍動時相に対応する。このような場合、短軸スキャン像に関するコスト要素よりも、長軸スキャン像に関するコスト要素に対してより高い重みを与えてもよい。 In one example, a tubular structure, such as a blood vessel, has a moving wall that is generated by vibrating a fluid flow. By using a method used to acquire a short-axis scan image, for example, a method of scanning a probe from one end to the other end of a tubular structure, different scan planes may correspond to different pulsation time phases. Thereby, the mismatch in the 3D model created from these scan planes appears as a waveform on the structural wall. On the other hand, a long-axis scan image may be acquired by selecting a specific scan position and angle. In the long-axis scan image, the entire scan image corresponds to a specific pulsation time phase. In such a case, a higher weight may be given to the cost factor related to the long-axis scan image than to the cost factor related to the short-axis scan image.
別の例では、短軸スキャン像の管状構造のエッジは、管状構造の側面において不明瞭である。したがって、これらのエッジから抽出した輪郭は信頼できない場合がある。それらの不明瞭なエッジを別の角度から撮影できるように、長軸スキャン像の位置と向きを定めてもよい。このような場合、短軸スキャン像よりも長軸スキャン像に関する要素に対して、より高い重みを与えてもよい。 In another example, the edge of the tubular structure of the short-axis scan image is unclear on the side of the tubular structure. Therefore, the contour extracted from these edges may not be reliable. The position and orientation of the long-axis scan image may be determined so that these unclear edges can be photographed from different angles. In such a case, a higher weight may be given to the element related to the long-axis scan image than to the short-axis scan image.
下記式では、新たな頂点をnewVtxと呼ぶ。これらの頂点で形成される新たな輪郭をnewContoursと呼ぶ。頂点をvtxと呼ぶ。交差頂点をintsecと呼ぶ。 In the following equation, the new vertex is called newVtx. The new contour formed by these vertices is called newContours. The vertex is called vtx. The intersection vertex is called intsec.
下記式を用いて全コスト関数を算出してもよい。 The total cost function may be calculated using the following formula.
下記式を用いて輪郭頂点コストを算出してもよい。 The contour vertex cost may be calculated using the following formula.
ここで、iは、新頂点の指標を示す。vtxReliabilityiは、参照頂点の信頼度を示す。vtxiは、参照頂点を示す。newVtxiは、新たにサンプリングした頂点を示す。 Here, i indicates a new vertex index. vtxReliability i indicates the reliability of the reference vertex. vtx i indicates a reference vertex. newVtx i indicates a newly sampled vertex.
下記式を用いて交差頂点コストを算出してもよい。 The intersection vertex cost may be calculated using the following formula.
ここで、jは、近くに交差頂点がある新頂点の指標を示す。kは、頂点jの付近の全ての交差頂点の指標を示す。intsecReliabilityk,jは、交差頂点の信頼度を示す。intseck,jは、交差頂点を示す。newVtxjは、新たにサンプリングした頂点を示す。 Here, j indicates an index of a new vertex having a nearby intersection vertex. k represents an index of all intersecting vertices in the vicinity of the vertex j. intsecReliability k, j indicates the reliability of the intersection vertex. intsec k, j indicates the intersection vertex. newVtx j indicates a newly sampled vertex.
下記式を用いて、フレーム内の輪郭平滑性コストを算出してもよい。 You may calculate the contour smoothness cost in a flame | frame using a following formula.
ここで、iは、全ての頂点の指標を示す。kは、特定の頂点に隣接する全ての頂点の指標を示す。newVtxiは、新たにサンプリングした頂点を示す。adjacentVtxk,i は、頂点iに隣接する頂点を示す。 Here, i indicates an index of all the vertices. k indicates an index of all vertices adjacent to a specific vertex. newVtx i indicates a newly sampled vertex. “adjacentVtx k, i” indicates a vertex adjacent to the vertex i.
下記式を用いて、フレーム間の輪郭平滑性コストを算出してもよい。 The contour smoothness cost between frames may be calculated using the following equation.
iは、新頂点の指標を示す。pは、隣接面の対応する全ての頂点の指標を示す。vtxReliabilitypは、隣接頂点の信頼度を示す。newVtxiは、新たにサンプリングした頂点を示す。adjPlaneVtxi,pは、頂点iに対応する隣接面の頂点を示す。 i indicates an index of a new vertex. p indicates an index of all corresponding vertices of the adjacent surface. vtxReliability p indicates the reliability of the adjacent vertex. newVtx i indicates a newly sampled vertex. adjPlaneVtx i, p indicates the vertex of the adjacent surface corresponding to the vertex i.
下記式を用いて、中心線の平滑性コストを算出してもよい。 The smoothness cost of the center line may be calculated using the following formula.
ここで、pは、現在のスキャン面に隣接し現在のスキャン面を含む全ての中心点の指標を示す。newCenterPtは、新頂点の中心点を示す。adjacentCenterptは、現在の面を含む全ての隣接面における元の中心点を示す。 Here, p indicates an index of all center points adjacent to the current scan plane and including the current scan plane. newCenterPt indicates the center point of the new vertex. AdjacentCenterpt indicates the original center point in all adjacent faces including the current face.
多数のパラメータから構成されるコスト関数の最小化方法としては、焼きなまし法などの統計的最適化アルゴリズムを用いることができる。そのような実施形態は本発明の範囲外であるため、ここではこれ以上説明しない。 As a cost function minimizing method composed of a large number of parameters, a statistical optimization algorithm such as an annealing method can be used. Such embodiments are outside the scope of the present invention and will not be described further here.
3D輪郭調整の出力とは、参照ビューの最適化輪郭のこと、又は、参照ビューの全てのスキャン面における全ての最適化頂点を含む管状構造の3Dモデルのことである。 The output of the 3D contour adjustment is an optimized contour of the reference view or a 3D model of a tubular structure including all optimized vertices in all scan planes of the reference view.
図16に、最適化頂点の一例が示される。 FIG. 16 shows an example of the optimization vertex.
3D輪郭調整の別の実施形態では、対応する参照輪郭及び非参照輪郭の輪郭座標を平均化することにより調整を行なってもよい。平均化プロセスの重み因子として信頼度値を用いてもよい。 In another embodiment of 3D contour adjustment, the adjustment may be made by averaging the contour coordinates of the corresponding reference contour and non-reference contour. A confidence value may be used as a weighting factor for the averaging process.
3D輪郭調整の別の実施形態では、調整した輪郭及び参照/非参照輪郭との差を最小化する最小二乗問題を解くことにより、調整した輪郭を検出してもよい。擬似逆行列の手法を用いてそのような問題を解いてもよい。そのようなアルゴリズムの実施は先行技術に詳細に記載されており、その詳細な実施は本発明の範囲外であるため、ここではこれ以上説明しない。 In another embodiment of 3D contour adjustment, the adjusted contour may be detected by solving a least squares problem that minimizes the difference between the adjusted contour and the reference / non-reference contour. Such a problem may be solved using a pseudo inverse matrix method. The implementation of such an algorithm is described in detail in the prior art and its detailed implementation is outside the scope of the present invention and will not be described further here.
3.5.8 モデル頂点信頼度の算出
本発明の追加的な任意ステップとして、モデル頂点信頼度算出(205、406)は、管状構造の最適化3Dモデルにおける全ての最適化頂点の信頼度値を算出する。
3.5.8 Model Vertex Reliability Calculation As an additional optional step of the present invention, model vertex reliability calculation (205, 406) is a reliability value for all optimized vertices in an optimized 3D model of a tubular structure. Is calculated.
各スキャンビューにおいて、輪郭信頼度算出により算出された信頼度値が、全ての頂点又は輪郭に割り当てられる。3D輪郭調整により算出されるような、管状構造の最適化3Dモデルの対応頂点に対する1つの信頼度値に、これらの値を組み込んでもよい。この信頼度値は、最適化頂点の全体的な信頼度を示す。 In each scan view, the reliability value calculated by the contour reliability calculation is assigned to all vertices or contours. These values may be incorporated into one confidence value for the corresponding vertex of the optimized 3D model of the tubular structure, as calculated by 3D contour adjustment. This confidence value indicates the overall confidence of the optimization vertex.
一実施形態において、対応する参照頂点の各信頼度値と、最適化頂点、対応する参照モデルの頂点、及び、交点間の距離を加重した最適化プロセスに用いられる交点とを合計することにより、モデル頂点信頼度を算出する。 In one embodiment, by summing each confidence value of the corresponding reference vertex with the optimization vertex, the corresponding reference model vertex, and the intersection used in the optimization process weighted by the distance between the intersections, Calculate model vertex reliability.
3.5.9 3D輪郭調整の任意ステップ
このステップは任意のステップであり、このステップを行わない実施形態も本発明の範囲内である。
3.5.9 Optional Step of 3D Contour Adjustment This step is an optional step, and embodiments without this step are also within the scope of the present invention.
3D輪郭調整の出力は、スキャンビューの個別3Dモデル及び信頼度値から算出されるような、管状構造の最適化3Dモデルである。また、最適化後、追加のスキャンビューをこの算出に組み込むことにより、この最適化3Dモデルの質をさらに向上させてもよい。第1最適化プロセス中に、追加のスキャンビューは利用できない可能性がある。 The output of the 3D contour adjustment is an optimized 3D model of the tubular structure as calculated from the individual 3D model of the scan view and the confidence value. Also, after optimization, the quality of this optimized 3D model may be further improved by incorporating additional scan views into this calculation. During the first optimization process, additional scan views may not be available.
一実施形態では、新たなスキャンビューがデータセットに加えられる場合であれば、モデル頂点信頼度を用い、同様の手法を用いて管状構造の3Dモデルを再度最適化してもよい。3D輪郭調整(104)に用いられるコスト関数は、モデルコストと呼ばれる別のコスト要素を含んでもよい。新たな頂点と以前最適化された頂点との差を算出する。このコスト要素も重み因子に組み込まれ、以前最適化した3Dモデルの重要性を調整する。 In one embodiment, if a new scan view is added to the data set, the model vertex confidence may be used to re-optimize the 3D model of the tubular structure using similar techniques. The cost function used for 3D contour adjustment (104) may include another cost element called model cost. Calculate the difference between the new vertex and the previously optimized vertex. This cost factor is also incorporated into the weighting factor to adjust the importance of the previously optimized 3D model.
コスト関数の合計を以下に示す。 The total cost function is shown below.
モデルコストCostmodel以外の残りの要素は第1最適化プロセルに用いられているため、重み因子を減らしてオーバーフィッティング(重複適合)を避けてもよい。 Since the remaining elements other than the model cost Cost model are used in the first optimization process, the weighting factor may be reduced to avoid overfitting (overlap fitting).
3.5.7に記載されるようなCostvtx、Costintsec、Costintra_smooth、Costinter_smooth、及び、Costcenter_smoothを算出する同じ方法を上記式に適用してもよい。そのような場合、追加のスキャンビューとしてCostvtxとCostintsecを算出してもよい。 The same method of calculating Cost vtx , Cost intsec , Cost intra_smooth , Cost inter_smooth , and Cost center_smooth as described in 3.5.7 may be applied to the above equation. In such a case, Cost vtx and Cost intsec may be calculated as additional scan views.
下記式を用いてモデルコストを算出してもよい。 The model cost may be calculated using the following formula.
ここで、iは、新頂点の指標を示す。vtxReliabilityiは、新スキャンビューの頂点の信頼度/交差頂点の信頼度を示す。modelReliabilityiは、最適化頂点の信頼度を示す。newVtxiは、新たにサンプリングした頂点を示す。vtxiは、新スキャンビューの頂点/交点を示す。 Here, i indicates a new vertex index. vtxReliability i indicates the vertex reliability / intersection vertex reliability of the new scan view. modelReliability i indicates the reliability of the optimized vertex. newVtx i indicates a newly sampled vertex. vtx i indicates the vertex / intersection of the new scan view.
3.5.10 本発明の好ましい実施の形態
本セクションでは、本発明の好ましい実施形態について記載する。以下で記載する実施形態は、特定の構成のシステム及び装置における本発明の実現例であり、本発明の範囲が以下の記載により限定されることはない。以下の記載と異なる実施形態も本発明の範囲内である。
3.5.10 Preferred Embodiments of the Invention This section describes preferred embodiments of the invention. The embodiment described below is an implementation example of the present invention in a system and apparatus having a specific configuration, and the scope of the present invention is not limited by the following description. Embodiments different from those described below are also within the scope of the present invention.
詳細は以下のセクションで説明する。 Details are described in the following sections.
3.5.10.1 信頼度及び取得位置を用いない3Dモデル再構築
図10に、本発明の好ましい実施形態が記載されている。
本実施形態では、スキャン面の位置と向きを取得する手段を用いずに、超音波プローブを用いて短軸像及び長軸像を取得する。輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度を算出しない。
3.5.10.1 3D Model Reconstruction without Reliability and Acquisition Location FIG. 10 describes a preferred embodiment of the present invention.
In this embodiment, a short axis image and a long axis image are acquired using an ultrasonic probe without using a means for acquiring the position and orientation of the scan plane. Reliability is not calculated for contours and contour vertices.
短軸像及び長軸像の走査
本実施形態において、3Dモデルの再構築前に短軸像及び長軸像を同時に取得してもよい。
Scanning of short-axis image and long-axis image In this embodiment, the short-axis image and the long-axis image may be simultaneously acquired before the 3D model is reconstructed.
1つの短軸スキャン像に応じた短軸像の1セットがあってもよい。中心線に垂直に配置した超音波プローブを、管状構造の一端から他端へ移動させることにより、そのような短軸像を取得してもよい。 There may be one set of short axis images corresponding to one short axis scan image. Such a short axis image may be acquired by moving an ultrasonic probe arranged perpendicular to the center line from one end of the tubular structure to the other end.
1つ又は複数の長軸スキャン像に応じた1つ又は複数の長軸像セットがあってもよい。中心線に対して平行に配置した超音波プローブを特定の位置及びスキャン角度に固定することにより、又は、中心線に対して平行に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような長軸像を取得してもよい。 There may be one or more long-axis image sets corresponding to one or more long-axis scan images. The ultrasonic probe arranged in parallel to the center line is fixed at a specific position and scanning angle, or the ultrasonic probe arranged in parallel to the center line is scanned from one end to the other end of the tubular structure. Thus, such a long axis image may be acquired.
長軸スキャン像が管状構造の最大の断面領域を通るように、また、2つ以上の角度から長軸スキャン像を取得してもよいように、最適な位置及び向きを選択してもよい。例えば、長軸スキャン像を取得するための対象面として、2つの直交する長軸像を選択してもよい。 The optimal position and orientation may be selected so that the long axis scan image passes through the largest cross-sectional area of the tubular structure and the long axis scan image may be acquired from more than one angle. For example, two orthogonal long axis images may be selected as a target plane for acquiring a long axis scan image.
超音波プローブが管状構造に沿って走査する一方で、管状構造の位置は撮影画像中で同じ位置に保たれるように、スキャンビューを取得してもよい。上記の撮影を確実に行うため、画像撮影中にリアルタイムで超音波スキャナー上のBモード画像を確認してもよい。 While the ultrasound probe scans along the tubular structure, the scan view may be acquired so that the position of the tubular structure is kept at the same position in the captured image. In order to surely perform the above photographing, a B-mode image on the ultrasonic scanner may be confirmed in real time during image photographing.
管状構造及びその境界がスキャン画像に鮮明に映るように、スキャンビューを取得してもよい。上記の撮影を確実に行うため、画像撮影中にリアルタイムで超音波スキャナー上でライブのBモード画像を確認してもよい。 A scan view may be acquired so that the tubular structure and its boundaries are clearly visible in the scanned image. In order to reliably perform the above photographing, a live B-mode image may be confirmed on an ultrasonic scanner in real time during image photographing.
信頼度値を算出しないため、確実に、輪郭を抽出するのに十分な撮影画像の画質にする必要があるかもしれない。また、画質の指標は、内腔領域が周辺領域よりも著しく暗いという条件であってもよい。 Since the reliability value is not calculated, it may be necessary to ensure that the image quality of the captured image is sufficient to extract the contour. The image quality index may be a condition that the lumen region is significantly darker than the surrounding region.
図7に、良い短軸スキャン像と長軸スキャン像の例が示される。 FIG. 7 shows examples of good short-axis scan images and long-axis scan images.
短軸像及び長軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、短軸スキャン像及び長軸スキャン像のスキャン画像から、短軸輪郭及び長軸輪郭を抽出してもよい。本実施形態では、輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度値を算出していない。したがって、全ての輪郭及び輪郭頂点が同じ信頼度値1を有することとする。
Contour Extraction from Short Axis Image and Long Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, the short axis contour and the long axis contour may be extracted from the scan images of the short axis scan image and the long axis scan image. In the present embodiment, reliability values are not calculated for the contour and the contour vertex. Therefore, all contours and contour vertices have the same reliability value 1.
個々の輪郭の3D位置算出
走査長、走査時間、及び、撮影フレームレートなどに基づいて、短軸スキャン像中の個々の輪郭の3D位置を推定してもよい。直線に沿ってプローブを移動させることを想定してもよい。
Calculation of 3D position of individual contour The 3D position of each contour in the short-axis scan image may be estimated based on the scanning length, the scanning time, the imaging frame rate, and the like. It may be assumed that the probe is moved along a straight line.
管状構造の最大の断面領域で長軸像を取得するという想定で、長軸スキャン像中の個々の輪郭の3D位置を推定してもよい。短軸スキャン像と長軸スキャン像間で自動又は半自動のパターンマッチングを行い、3D空間でスキャンビューを並べてもよい。 Assuming that the long axis image is acquired in the largest cross-sectional area of the tubular structure, the 3D position of each contour in the long axis scan image may be estimated. Automatic or semi-automatic pattern matching may be performed between the short-axis scan image and the long-axis scan image, and the scan views may be arranged in 3D space.
本実施形態において、短軸スキャン像を参照ビューとして、長軸スキャン像を非参照ビューとして選択してもよい。長軸輪郭と短軸のスキャン面との交差頂点を抽出し3モデル調整ステップに用いてもよい。 In this embodiment, the short-axis scan image may be selected as a reference view, and the long-axis scan image may be selected as a non-reference view. An intersection vertex between the long axis contour and the short axis scan plane may be extracted and used in the three model adjustment step.
長軸輪郭を参照することによる、短軸輪郭の3D位置の修正
短軸スキャン面それぞれに対して、3.5.7の3D輪郭調整に記載されるようなコスト関数を最小化することにより、最適化輪郭を算出してもよい。
Correction of the 3D position of the short axis contour by referencing the long axis contour For each short axis scan plane, by minimizing the cost function as described in 35.7 3D contour adjustment, An optimized contour may be calculated.
輪郭頂点を3D空間で再現することにより、短軸スキャン面の最適化輪郭で管状構造の最適化3Dモデルを形成してもよい。 By reproducing the contour vertices in 3D space, an optimized 3D model of the tubular structure may be formed with the optimized contour of the short-axis scan plane.
3.5.10.2 信頼度を用い、取得位置を用いない3Dモデルの再構築
図11に、本発明の好ましい実施形態が記載されている。本実施形態では、スキャン面の位置及び向きを取得する手段を用いずに、超音波プローブを用いて短軸像及び長軸像を取得する。輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度を算出する。
3.5.10.2 Reconstruction of 3D model with confidence and without acquisition position FIG. 11 describes a preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, a short-axis image and a long-axis image are acquired using an ultrasonic probe without using a means for acquiring the position and orientation of the scan plane. The reliability is calculated for the contour and the contour vertex.
短軸像及び長軸像の走査
本実施形態では、3Dモデルの再構築前に短軸像及び長軸像を同時に取得してもよい。
Scanning the short axis image and the long axis image In the present embodiment, the short axis image and the long axis image may be simultaneously acquired before the reconstruction of the 3D model.
1つの短軸スキャン像に応じた短軸像1セットがあってもよい。中心線に比較的垂直に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような短軸像を取得してもよい。 There may be one set of short-axis images corresponding to one short-axis scan image. Such a short axis image may be acquired by scanning an ultrasonic probe arranged relatively perpendicular to the center line from one end of the tubular structure to the other end.
1つ又は複数の長軸スキャン像に応じた1つ又は複数の長軸像セットがあってもよい。中心線に対して平行に配置した超音波プローブを特定の位置及びスキャン角度に固定することにより、又は、中心線に対して比較的平行に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような長軸像を取得してもよい。 There may be one or more long-axis image sets corresponding to one or more long-axis scan images. By fixing the ultrasonic probe arranged parallel to the center line at a specific position and scan angle, or from one end of the tubular structure to the other end of the ultrasonic probe arranged relatively parallel to the center line Such a long axis image may be obtained by scanning.
長軸スキャン像が管状構造の最大の断面領域を通るように、また、2つ以上の角度から長軸スキャン像を取得してもよいように、最適な位置及び向きを選択してもよい。例えば、長軸スキャン像を取得するための対象面として、2つの直交する長軸像を選択してもよい。 The optimal position and orientation may be selected so that the long axis scan image passes through the largest cross-sectional area of the tubular structure and the long axis scan image may be acquired from more than one angle. For example, two orthogonal long axis images may be selected as a target plane for acquiring a long axis scan image.
超音波プローブが管状構造に沿って走査する一方で、撮影画像中の管状構造の位置が同じ位置に保たれるように、スキャンビューを取得してもよい。上記の撮影を確実に行うため、画像撮影中に超音波スキャナー上のBモード画像をリアルタイムで確認してもよい。 While the ultrasonic probe scans along the tubular structure, the scan view may be acquired so that the position of the tubular structure in the captured image is kept at the same position. In order to reliably perform the above photographing, the B mode image on the ultrasonic scanner may be confirmed in real time during image photographing.
短軸像及び長軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、短軸スキャン像及び長軸スキャン像のスキャン画像から、短軸輪郭及び長軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Short Axis Image and Long Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, the short axis contour and the long axis contour may be extracted from the scan images of the short axis scan image and the long axis scan image.
個々の輪郭の3D位置算出
走査長、走査時間、及び、撮影フレームレートの想定により、短軸スキャン像中の個々の輪郭の3D位置を推定してもよい。直線に沿ってプローブを移動させることを想定してもよい。
Calculation of 3D position of each contour The 3D position of each contour in the short-axis scan image may be estimated based on the assumption of the scan length, scan time, and imaging frame rate. It may be assumed that the probe is moved along a straight line.
管状構造の最大の断面領域で長軸像を取得するという想定で、長軸スキャン像中の個々の輪郭の3D位置を推定してもよい。短軸スキャン像と長軸スキャン像間で自動又は半自動のパターンマッチングを行い、3D空間でスキャンビューを並べてもよい。 Assuming that the long axis image is acquired in the largest cross-sectional area of the tubular structure, the 3D position of each contour in the long axis scan image may be estimated. Automatic or semi-automatic pattern matching may be performed between the short-axis scan image and the long-axis scan image, and the scan views may be arranged in 3D space.
本実施形態において、短軸スキャン像を参照ビューとして、長軸スキャン像を非参照ビューとして選択してもよい。長軸輪郭と短軸のスキャン面との交差頂点を抽出し3モデル調整ステップに用いてもよい。 In this embodiment, the short-axis scan image may be selected as a reference view, and the long-axis scan image may be selected as a non-reference view. An intersection vertex between the long axis contour and the short axis scan plane may be extracted and used in the three model adjustment step.
個々の輪郭の信頼度算出
3.5.6の輪郭信頼度算出及び3.5.8のモデル頂点信頼度算出に基づいて、輪郭又は輪郭頂点の信頼度を算出してもよい。閾値を設定することにより、算出された信頼度値を用いて、抽出された低質の輪郭又は輪郭頂点の部分を除いてもよい。閾値よりも低い信頼度値の輪郭又は輪郭頂点を3Dモデル再構築ステップから除いてもよい。
Calculation of reliability of individual contours The reliability of contours or contour vertices may be calculated based on the contour reliability calculation of 3.5.6 and the model vertex reliability calculation of 3.5.8. By setting the threshold value, the extracted low-quality contour or contour vertex portion may be removed using the calculated reliability value. Contours or contour vertices with confidence values below the threshold may be removed from the 3D model reconstruction step.
長軸輪郭を参照することによる、短軸輪郭の3D位置の修正
短軸スキャン面それぞれに対して、3.5.7の3D輪郭調整に記載されるようなコスト関数を最小化することにより、最適化輪郭を算出してもよい。輪郭頂点を3D空間で再現することにより、短軸スキャン面の最適化輪郭で管状構造の最適化3Dモデルを形成してもよい。
Correction of the 3D position of the short axis contour by referencing the long axis contour For each short axis scan plane, by minimizing the cost function as described in 35.7 3D contour adjustment, An optimized contour may be calculated. By reproducing the contour vertices in 3D space, an optimized 3D model of the tubular structure may be formed with the optimized contour of the short-axis scan plane.
3.5.10.3 信頼度及び取得位置を用いた3Dモデル再構築
図12に、本発明の好ましい実施形態が記載されている。本実施形態では、スキャン面の位置および向きを取得する手段を用い、超音波プローブを用いて短軸像及び長軸像を取得する。輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度を算出する。
3.5.10.3 3D Model Reconstruction Using Reliability and Acquisition Location FIG. 12 describes a preferred embodiment of the present invention. In the present embodiment, a short axis image and a long axis image are acquired using an ultrasonic probe using means for acquiring the position and orientation of the scan plane. The reliability is calculated for the contour and the contour vertex.
位置情報を有する短軸像及び長軸像の走査
本実施形態において、3Dモデルの再構築前に短軸像及び長軸像を同時に取得してもよい。
Scanning of short-axis image and long-axis image having position information In this embodiment, a short-axis image and a long-axis image may be simultaneously acquired before reconstructing the 3D model.
1つの短軸スキャン像に応じた短軸像1セットがあってもよい。中心線に比較的垂直に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような短軸像を取得してもよい。 There may be one set of short-axis images corresponding to one short-axis scan image. Such a short axis image may be acquired by scanning an ultrasonic probe arranged relatively perpendicular to the center line from one end of the tubular structure to the other end.
1つ又は複数の長軸スキャン像に応じた1つ又は複数の長軸像セットがあってもよい。中心線に対して比較的平行に配置した超音波プローブを特定の位置及びスキャン角度に固定することにより、又は、中心線に対して比較的平行に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような長軸像を取得してもよい。 There may be one or more long-axis image sets corresponding to one or more long-axis scan images. Fix the ultrasonic probe placed relatively parallel to the center line at a specific position and scan angle, or change the ultrasonic probe placed parallel to the center line from one end of the tubular structure to the other. Such a long axis image may be acquired by scanning to the end.
長軸スキャン像が管状構造の最大の断面領域を通るように、また、2つ以上の角度から長軸スキャン像を取得してもよいように、最適な位置及び向きを選択してもよい。例えば、長軸スキャン像を取得するための対象面として、2つの直交する長軸像を選択してもよい。 The optimal position and orientation may be selected so that the long axis scan image passes through the largest cross-sectional area of the tubular structure and the long axis scan image may be acquired from more than one angle. For example, two orthogonal long axis images may be selected as a target plane for acquiring a long axis scan image.
3.5.3の位置情報取得に基づき、スキャン画像の取得と同時に、スキャン面の位置情報及び向き情報を取得してもよい。 Based on the acquisition of position information in 3.5.3, the position information and orientation information of the scan plane may be acquired simultaneously with the acquisition of the scan image.
短軸像及び長軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、短軸スキャン像及び長軸スキャン像のスキャン画像から、短軸輪郭及び長軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Short Axis Image and Long Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, the short axis contour and the long axis contour may be extracted from the scan images of the short axis scan image and the long axis scan image.
個々の輪郭の3D位置算出
スキャン面の3D位置情報が利用可能であるため、3.5.5の個々の3D位置算出に基づき、個々の輪郭及び輪郭頂点の3D位置情報を算出してもよい。本実施形態において、短軸スキャン像を参照ビューとして、長軸スキャン像を非参照ビューとして選択してもよい。長軸輪郭と短軸のスキャン面との交差頂点を抽出し3Dモデル調整ステップに用いてもよい。
3D position calculation of individual contours Since 3D position information of the scan plane is available, 3D position information of individual contours and contour vertices may be calculated based on the individual 3D position calculation of 3.5.5. . In this embodiment, the short-axis scan image may be selected as a reference view, and the long-axis scan image may be selected as a non-reference view. An intersection vertex between the long axis contour and the short axis scan plane may be extracted and used in the 3D model adjustment step.
個々の輪郭の信頼度算出
3.5.6の輪郭信頼度算出及び3.5.8のモデル頂点信頼度算出に基づき、輪郭及び輪郭頂点の信頼度を算出してもよい。閾値を設定することにより、算出された信頼度値を用いて、抽出された低質の輪郭又は輪郭頂点の部分を除いてもよい。閾値よりも低い信頼度値の輪郭又は輪郭頂点を3Dモデル再構築ステップから除いてもよい。
Calculation of reliability of individual contours The reliability of contours and contour vertices may be calculated based on the contour reliability calculation in 3.5.6 and the model vertex reliability calculation in 3.5.8. By setting the threshold value, the extracted low-quality contour or contour vertex portion may be removed using the calculated reliability value. Contours or contour vertices with confidence values below the threshold may be removed from the 3D model reconstruction step.
長軸輪郭を参照することによる、短軸輪郭の3D位置の修正
短軸スキャン面それぞれに対して、3.5.7の3D輪郭調整に記載されるようなコスト関数を最小化することにより、最適化輪郭を算出してもよい。輪郭頂点を3D空間で再現することにより、短軸スキャン面の最適化輪郭で管状構造の最適化3Dモデルを形成してもよい。
Correction of the 3D position of the short axis contour by referencing the long axis contour For each short axis scan plane, by minimizing the cost function as described in 35.7 3D contour adjustment, An optimized contour may be calculated. By reproducing the contour vertices in 3D space, an optimized 3D model of the tubular structure may be formed with the optimized contour of the short-axis scan plane.
3.5.10.4 信頼度、取得位置、及び、ナビゲーションを用いた3Dモデルの再構築
図13に、本発明の好ましい実施形態が記載されている。本実施形態では、スキャン面の位置および向きを取得する手段を用い、超音波プローブを用いて短軸像及び長軸像を取得する。輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度を算出する。ナビゲーションステップは、管状構造の仮3Dモデルの表示と、さらなる取得データを得ることを目的とした、仮3Dモデルに対する超音波プローブの3D位置の表示を含む。
3.5.10.4 Reconstruction of 3D model using reliability, acquisition position and navigation FIG. 13 describes a preferred embodiment of the present invention. In the present embodiment, a short axis image and a long axis image are acquired using an ultrasonic probe using means for acquiring the position and orientation of the scan plane. The reliability is calculated for the contour and the contour vertex. The navigation step includes displaying a temporary 3D model of the tubular structure and displaying the 3D position of the ultrasound probe relative to the temporary 3D model for the purpose of obtaining further acquired data.
位置情報を有する短軸像の走査
本実施形態では、最初に短軸像を取得してもよい。1つの短軸スキャン像に応じた短軸像1セットがあってもよい。中心線に比較的垂直に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような短軸像を取得してもよい。3.5.3の位置情報取得に基づいて、スキャン画像の取得と同時に、スキャン面の位置情報及び向き情報を取得してもよい。
Scanning a short axis image having position information In this embodiment, a short axis image may be acquired first. There may be one set of short-axis images corresponding to one short-axis scan image. Such a short axis image may be acquired by scanning an ultrasonic probe arranged relatively perpendicular to the center line from one end of the tubular structure to the other end. Based on the acquisition of position information in 3.5.3, the position information and orientation information of the scan plane may be acquired simultaneously with the acquisition of the scan image.
短軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、短軸スキャン像のスキャン画像から、短軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Short Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, a short axis contour may be extracted from a scan image of a short axis scan image.
短軸像から抽出した血管輪郭の3Dボリュームの作成
利用可能な短軸輪郭又は輪郭頂点とそれらの位置情報及び向き情報を用いて、3.5.5の個別3D位置算出に基づき、管状構造の仮3Dモデルを作成してもよい。ナビゲーションの目的で仮3Dモデルを表示してもよい。
Creation of 3D volume of blood vessel contour extracted from short axis image Using available short axis contours or contour vertices and their position information and orientation information, based on individual 3D position calculation of 3.5.5, A temporary 3D model may be created. A temporary 3D model may be displayed for navigation purposes.
長軸像を走査するための対象位置及び角度の決定
管状構造の仮3Dモデルを用いて、長軸スキャン像などのスキャンビューをさらに撮影するための最適な位置及び向きを決定してもよい。長軸スキャン像が管状構造の最大の断面領域を通るように、また、2つ以上の角度から長軸スキャン像を取得してもよいように、そのような最適な位置及び向きを選択してもよい。例えば、長軸スキャン像を取得するための対象面として、2つの直交する長軸像を選択してもよい。
Determination of target position and angle for scanning a long axis image A temporary 3D model of a tubular structure may be used to determine the optimal position and orientation for further taking a scan view such as a long axis scan image. Such an optimal position and orientation can be selected so that the long-axis scan image passes through the largest cross-sectional area of the tubular structure, and the long-axis scan image may be acquired from more than one angle. Also good. For example, two orthogonal long axis images may be selected as a target plane for acquiring a long axis scan image.
また、上述したような最適なスキャン面を選択する方法を、ナビゲーションステップを行わない実施形態に適用してもよい。 Further, the method for selecting the optimal scan plane as described above may be applied to an embodiment in which the navigation step is not performed.
重ね合わせた対象走査面を用いた3Dボリュームの表示
3.5.3の位置情報取得により、スキャン面の位置及び向きをリアルタイムで取得してもよい。そのような情報を用いてスキャン面を仮3Dモデルに重畳することにより、選択した位置及び角度を確認してもよい。このステップをナビゲーションステップと呼んでもよい。
Display of 3D volume using superimposed target scan plane The position and orientation of the scan plane may be acquired in real time by acquiring the position information of 3.5.3. The selected position and angle may be confirmed by superimposing the scan plane on the temporary 3D model using such information. This step may be called a navigation step.
位置情報を有する長軸像の走査
ナビゲーションステップを用いて、選択した対象位置及び角度で長軸像を取得してもよい。1つ又は複数の長軸スキャン像に応じた1つ又は複数の長軸像セットがあってもよい。3.5.3の位置情報取得に基づいて、スキャン画像の取得と同時にスキャン面の位置情報及び向き情報を取得してもよい。
Scanning a long axis image with position information A long axis image may be acquired at a selected target position and angle using a navigation step. There may be one or more long-axis image sets corresponding to one or more long-axis scan images. Based on the acquisition of position information in 3.5.3, the position information and orientation information of the scan plane may be acquired simultaneously with the acquisition of the scan image.
長軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、長軸スキャン像のスキャン画像から長軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Long Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, a long axis contour may be extracted from the scan image of the long axis scan image.
個々の輪郭の3D位置算出
スキャン面の3D位置情報が利用可能であるため、3.5.5の個別3D位置算出に基づいて、個々の輪郭及び輪郭頂点の3D位置情報を算出してもよい。本実施形態において、短軸スキャン像を参照ビューとして、長軸スキャン像を非参照ビューとして選択してもよい。長軸輪郭と短軸のスキャン面との交差頂点を抽出し3Dモデル調整ステップに用いてもよい。
3D position calculation of individual contours Since 3D position information of the scan plane is available, 3D position information of individual contours and contour vertices may be calculated based on the individual 3D position calculation of 3.5.5. . In this embodiment, the short-axis scan image may be selected as a reference view, and the long-axis scan image may be selected as a non-reference view. An intersection vertex between the long axis contour and the short axis scan plane may be extracted and used in the 3D model adjustment step.
個々の輪郭の信頼度算出
3.5.6の輪郭信頼度算出及び3.5.8のモデル頂点信頼度算出に基づき、輪郭又は輪郭頂点の信頼度を算出してもよい。閾値を設定することにより、算出された信頼度値を用いて、抽出された低質の輪郭又は輪郭頂点の部分を除いてもよい。閾値よりも低い信頼度値の輪郭又は輪郭頂点を3Dモデル再構築ステップから除いてもよい。
Calculation of reliability of individual contours The reliability of contours or contour vertices may be calculated based on the contour reliability calculation in 3.5.6 and the model vertex reliability calculation in 3.5.8. By setting the threshold value, the extracted low-quality contour or contour vertex portion may be removed using the calculated reliability value. Contours or contour vertices with confidence values below the threshold may be removed from the 3D model reconstruction step.
長軸輪郭を参照することによる、短軸輪郭の3D位置の修正
短軸スキャン面それぞれに対して、3.5.7の3D輪郭調整に記載されるようなコスト関数を最小化することにより、最適化輪郭を算出してもよい。輪郭頂点を3D空間で再現することにより、短軸スキャン面の最適化輪郭で管状構造の最適化3Dモデルを形成してもよい。
Correction of the 3D position of the short axis contour by referencing the long axis contour For each short axis scan plane, by minimizing the cost function as described in 35.7 3D contour adjustment, An optimized contour may be calculated. By reproducing the contour vertices in 3D space, an optimized 3D model of the tubular structure may be formed with the optimized contour of the short-axis scan plane.
3.5.10.5 信頼度、取得位置、ナビゲーション、及び、選択輪郭を用いた3Dモデル再構築
図14に、本発明の好ましい実施形態が記載されている。
3.5.10.5 3D Model Reconstruction Using Reliability, Acquisition Location, Navigation, and Selected Contours FIG. 14 describes a preferred embodiment of the present invention.
本実施形態では、スキャン面の位置および向きを取得する手段を用い、超音波プローブを用いて短軸像及び長軸像を取得する。輪郭及び輪郭頂点に対して信頼度を算出する。ナビゲーションステップは、管状構造の仮3Dモデルの表示と、さらなる取得データを得ることを目的とした、仮3Dモデルに対する超音波プローブの3D位置の表示を含む。輪郭選択ステップは、3Dモデルの調整に用いる適切な輪郭セグメントの選択に関する。 In the present embodiment, a short axis image and a long axis image are acquired using an ultrasonic probe using means for acquiring the position and orientation of the scan plane. The reliability is calculated for the contour and the contour vertex. The navigation step includes displaying a temporary 3D model of the tubular structure and displaying the 3D position of the ultrasound probe relative to the temporary 3D model for the purpose of obtaining further acquired data. The contour selection step relates to the selection of appropriate contour segments for use in adjusting the 3D model.
例えば3.5.10.1(信頼度及び取得位置を用いない3Dモデル再構築)、3.5.10.2(信頼度を用い取得位置を用いない3Dモデル再構築)、及び、3.5.10.3(信頼度及び取得位置を用いる3Dモデル再構築)に記載される実施形態などにおいて、この選択ステップを用いてもよい。 For example, 3.5.10.1 (3D model reconstruction without reliability and acquisition position), 3.5.10.2 (3D model reconstruction without reliability and acquisition position), and 3. This selection step may be used, such as in the embodiment described in 5.10.3 (3D model reconstruction using confidence level and acquisition position).
位置情報を有する短軸像の走査
本実施形態では、最初に短軸像を取得してもよい。1つの短軸スキャン像に応じた短軸像1セットがあってもよい。中心線に比較的垂直に配置した超音波プローブを管状構造の一端から他端へ走査させることにより、そのような短軸像を取得してもよい。3.5.3の位置情報取得に基づいて、スキャン画像の取得と同時に、スキャン面の位置情報及び向き情報を取得してもよい。
Scanning a short axis image having position information In this embodiment, a short axis image may be acquired first. There may be one set of short-axis images corresponding to one short-axis scan image. Such a short axis image may be acquired by scanning an ultrasonic probe arranged relatively perpendicular to the center line from one end of the tubular structure to the other end. Based on the acquisition of position information in 3.5.3, the position information and orientation information of the scan plane may be acquired simultaneously with the acquisition of the scan image.
短軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、短軸スキャン像のスキャン画像から短軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Short Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, a short axis contour may be extracted from a scan image of a short axis scan image.
短軸像から抽出した血管輪郭の3Dボリュームの作成
利用可能な短軸輪郭又は輪郭頂点とそれらの位置情報及び向き情報を用いて、3.5.5の個別3D位置算出に基づき管状構造の仮3Dモデルを作成してもよい。ナビゲーションの目的で仮3Dモデルを表示してもよい。
Creation of 3D volume of blood vessel contour extracted from short-axis image Using available short-axis contours or contour vertices and their position information and orientation information, the temporary structure of the tubular structure is calculated based on the individual 3D position calculation of 3.5.5. A 3D model may be created. A temporary 3D model may be displayed for navigation purposes.
長軸像を走査するための対象位置及び角度の決定
管状構造の仮3Dモデルを用いて、長軸スキャン像などのスキャン画像をさらに取得するために最適な位置及び向きを決定してもよい。長軸スキャン像が管状構造の最大の断面領域を通るように、また、2つ以上の角度から長軸スキャン像を取得してもよいように、そのような最適な位置及び向きを選択してもよい。例えば、長軸スキャン像を取得するための対象面として、2つの直交する長軸像を選択してもよい。
Determination of target position and angle for scanning a long-axis image A temporary 3D model of a tubular structure may be used to determine an optimal position and orientation for further acquiring a scan image such as a long-axis scan image. Such an optimal position and orientation can be selected so that the long-axis scan image passes through the largest cross-sectional area of the tubular structure, and the long-axis scan image may be acquired from more than one angle. Also good. For example, two orthogonal long axis images may be selected as a target plane for acquiring a long axis scan image.
また、上述したような最適なスキャン面を選択する方法を、ナビゲーションステップを行わないこれらの実施形態に適用してもよい。 Further, the method for selecting the optimum scan plane as described above may be applied to these embodiments in which the navigation step is not performed.
重ね合わせた対象走査面の3Dボリュームの表示
3.5.3の位置情報取得により、スキャン面の位置情報及び向き情報をリアルタイムで取得してもよい。そのような情報を用いてスキャン面を仮3Dモデルに重畳することにより、選択した位置及び角度を確認してもよい。このステップをナビゲーションステップと称してもよい。
Display of 3D volume of superimposed target scanning plane Position information and orientation information of the scanning plane may be acquired in real time by acquiring position information of 3.5.3. The selected position and angle may be confirmed by superimposing the scan plane on the temporary 3D model using such information. This step may be referred to as a navigation step.
位置情報を有する長軸像の走査
ナビゲーションステップを用いて、選択した対象位置及び角度で長軸像を取得してもよい。1つ又は複数の長軸スキャン像に応じた1つ又は複数の長軸像セットがあってもよい。3.5.3の位置情報取得に基づき、スキャン画像の取得と同時にスキャン面の位置情報及び向き情報を取得してもよい。
Scanning a long axis image with position information A long axis image may be acquired at a selected target position and angle using a navigation step. There may be one or more long-axis image sets corresponding to one or more long-axis scan images. Based on the acquisition of position information in 3.5.3, the position information and orientation information of the scan plane may be acquired simultaneously with the acquisition of the scan image.
長軸像からの輪郭抽出
3.5.4の輪郭抽出に基づき、長軸スキャン像のスキャン画像から長軸輪郭を抽出してもよい。
Contour Extraction from Long Axis Image Based on the contour extraction in 3.5.4, a long axis contour may be extracted from the scan image of the long axis scan image.
個々の輪郭の3D位置算出
スキャン面の3D位置情報が利用可能であるため、3.5.5の個別3D位置算出に基づき、個々の輪郭及び輪郭頂点の3D位置情報を算出してもよい。本実施形態において、短軸スキャン像を参照ビューとして、長軸スキャン像を非参照ビューとして選択してもよい。長軸輪郭と短軸のスキャン面との交差頂点を抽出し3Dモデル調整ステップに用いてもよい。
Calculation of 3D position of individual contour Since 3D position information of the scan plane can be used, 3D position information of individual contours and contour vertices may be calculated based on the individual 3D position calculation of 3.5.5. In this embodiment, the short-axis scan image may be selected as a reference view, and the long-axis scan image may be selected as a non-reference view. An intersection vertex between the long axis contour and the short axis scan plane may be extracted and used in the 3D model adjustment step.
適切な輪郭セグメントの選択
3D空間の輪郭の位置が特定された後、輪郭セグメントの種類を確認してもよい。例えば、輪郭の位置及び向きに基づき、頸動脈を総頸動脈、内頚動脈、及び、外頸動脈に分類してもよい。適宜、頸動脈の当該種類を選択してもよい。
Selection of an appropriate contour segment After the position of the contour in the 3D space is specified, the type of the contour segment may be confirmed. For example, the carotid artery may be classified into a common carotid artery, an internal carotid artery, and an external carotid artery based on the position and orientation of the contour. The type of carotid artery may be selected as appropriate.
例えば3.5.10.1(信頼度及び取得位置を用いない3Dモデル再構築)、3.5.10.2(信頼度を用い取得位置を用いない3Dモデル再構築)、及び、3.5.10.3(信頼度及び取得位置を用いる3Dモデル再構築)に記載される実施形態などにおいて、この輪郭選択ステップを用いてもよい。 For example, 3.5.10.1 (3D model reconstruction without reliability and acquisition position), 3.5.10.2 (3D model reconstruction without reliability and acquisition position), and 3. This contour selection step may be used, such as in the embodiment described in 5.10.3 (3D model reconstruction using confidence level and acquisition position).
個々の輪郭の信頼度算出
3.5.6の輪郭信頼度算出及び3.5.8のモデル頂点信頼度算出に基づき、輪郭又は輪郭頂点の信頼度を算出してもよい。閾値を設定することにより、算出された信頼度値を用いて、抽出された低質の輪郭又は輪郭頂点の部分を除いてもよい。閾値よりも低い信頼度値の輪郭又は輪郭頂点を3モデル再構築ステップから除いてもよい。
Calculation of reliability of individual contours The reliability of contours or contour vertices may be calculated based on the contour reliability calculation in 3.5.6 and the model vertex reliability calculation in 3.5.8. By setting the threshold value, the extracted low-quality contour or contour vertex portion may be removed using the calculated reliability value. Contours or contour vertices with confidence values lower than the threshold may be removed from the 3 model reconstruction step.
長軸輪郭を参照することによる、短軸輪郭の3D位置の修正
短軸スキャン面それぞれに対して、3.5.7の3D輪郭調整に記載されるようなコスト関数を最小化することにより、最適化輪郭を算出してもよい。輪郭頂点を3D空間で再現することにより、短軸スキャン面の最適化輪郭で管状構造の最適化3Dモデルを形成してもよい。
Correction of the 3D position of the short axis contour by referencing the long axis contour For each short axis scan plane, by minimizing the cost function as described in 35.7 3D contour adjustment, An optimized contour may be calculated. By reproducing the contour vertices in 3D space, an optimized 3D model of the tubular structure may be formed with the optimized contour of the short-axis scan plane.
Claims (28)
a. 複数のスキャンビューの複数の2D画像から、前記被検体をスキャンして得られたデータである複数の2D画像を取得するステップと、
b. aにおいて取得された前記複数の2D画像中の前記被検体の輪郭を抽出するステップと、
c. 前記複数のスキャンビューから1つまたは複数の参照スキャンビューを選択し、
残りの前記スキャンビューを非参照スキャンビューと称するステップと、
d. スキャンビューの輪郭を3D空間で再構築するステップと、
e. 前記参照スキャンビューに対する前記非参照スキャンビューの相対位置および向きを算出するステップと、
f. 前記算出した相対位置および向きに基づいて、前記非参照スキャンビューを配置するステップと、
g. 前記参照スキャンビューの輪郭の位置を、その付近の前記非参照スキャンビューの輪郭に基づき修正するステップとを含む、
方法。 A method of reconstructing a 3D model of a subject using a plurality of 2D images,
a. A plurality of 2D images of a plurality of scan views, acquiring a plurality of 2D image is data obtained by scanning the subject,
b. extracting the contour of the subject in the plurality of 2D images acquired in a ;
c. Selecting one or more reference scan views from the plurality of scan views;
Calling the remaining scan views non-reference scan views;
d. Reconstructing the outline of the scan view in 3D space;
e. Calculating a relative position and orientation of the non-reference scan view with respect to the reference scan view;
f. Placing the non-reference scan view based on the calculated relative position and orientation;
g. Modifying the position of the contour of the reference scan view based on the contour of the non-reference scan view in the vicinity thereof.
Method.
請求項1に記載の方法。 Further comprising obtaining position information and orientation information of the 2D image,
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 The one or more scan views are short-axis images of the tubular structure;
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 One or more of the scan views is a long-axis image of a tubular structure;
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 Further comprising calculating a reliability of the contour of the scan view.
The method of claim 1.
請求項5に記載の方法。 When the tubular structure is a blood vessel, the reliability is calculated from the pulsation phase.
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 Calculating the reliability from the grayscale change of the image at the contour or contour vertex,
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 From the difference in gray scale change of the image near the contour or contour vertex, the reliability is calculated.
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 Such as the standard deviation of the gray scale transition from the consistency of the gray-scale variation for the entire contour, and calculates the reliability,
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 The reliability value of the short axis image is lower than the reliability value of the long axis image.
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 Weighted sum of multiple confidence values,
The method of claim 5.
請求項5に記載の方法。 Selecting a contour segment with the highest confidence value based on a predetermined threshold;
The method of claim 5.
b. 表示から、所望のスキャン位置および向きを選択するステップと、
c. 3D空間における超音波プローブの現在の位置および向きを前記ユーザーインターフェース上で重畳するステップと、
d. 前記所望のスキャン位置および向きにおける前記非参照スキャンビューの画像を取得するステップとを含む、
請求項1に記載の方法。 a. Displaying an outline of the reference view in 3D space on a user interface;
b. Selecting a desired scan position and orientation from the display;
c. Superimposing the current position and orientation of the ultrasound probe in 3D space on the user interface;
d. Obtaining an image of the non-reference scan view at the desired scan position and orientation.
The method of claim 1.
b. 1つまたは複数の追加ビューの前記被検体のスキャン画像を取得するステップと、
c. 前記追加ビューの前記被検体の輪郭を抽出するステップと、
d. 前記1つまたは複数の追加ビューの画像および輪郭を用いて、輪郭信頼度を算出するステップと、
e. 前記参照ビューの輪郭付近の追加ビューの輪郭に基づいて、前記参照ビューの輪郭をさらに修正するステップとをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 a. Calculating vertex reliability for all vertices of the modified contour;
b. Wherein the stearyl-up to get the object of the scanned image of the one or more additional views,
c. Extracting the contour of the subject in the additional view;
d. Calculating contour reliability using the image and contour of the one or more additional views;
e. Further modifying the reference view contour based on an additional view contour near the reference view contour;
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 The reference scan view is the short-axis scan image of a tubular structure;
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 The non-reference scan view is the long-axis scan image of a tubular structure;
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 The calculating step of calculating the relative position and orientation of the non-reference scan view with respect to the reference scan view further includes a best match (optimal combination) between the contour of the non-reference view and the shape of the 3D model of the reference view in 3D space. )
The method of claim 1.
請求項1に記載の方法。 The correcting step of correcting the contour position of the reference scan view adjusts the position of the contour of the reference scan view, and the position of the contour of the reference scan view and the position of the contour of the non-reference scan view nearby. Reduce the difference between
The method of claim 1.
a. 新輪郭から参照スキャンビューの輪郭までの距離、
b. 新輪郭から非参照スキャンビューの輪郭までの距離、
c. 新輪郭の隣接する輪郭点間の半径の差、
d. 新輪郭と、前記参照ビューの隣接するスキャン面の対応輪郭との距離、
e. 輪郭の新中心点と、前記参照ビューの前記隣接するスキャン面の隣接する輪郭の中心点との距離
のうち、少なくとも全てまたはサブセットを含む、請求項1に記載の方法。 The cost function is optimized to correct the position of the contour of the reference scan view, and the cost function includes the following elements:
a. The distance from the new contour to the contour of the reference scan view,
b. The distance from the new contour to the contour of the unreferenced scan view,
c. The difference in radius between adjacent contour points of the new contour,
d. The distance between the new contour and the corresponding contour of the adjacent scan plane of the reference view;
e. The method of claim 1, comprising at least all or a subset of a distance between a new center point of a contour and a center point of an adjacent contour of the adjacent scan plane of the reference view.
請求項19に記載の方法。 Multiplying each of the elements by a weight factor to determine the importance of each of the elements;
The method of claim 19.
請求項19に記載の方法。 Weight each of the elements with the confidence level of the corresponding contour of the corresponding scan view.
The method of claim 19.
請求項1に記載の方法。 Calculating the position of the modified contour by averaging the coordinates of the corresponding contour of the reference scan view and the non-reference scan view;
The method of claim 1.
請求項22に記載の方法。 Weighting the coordinates of the corresponding contour by corresponding reliability values;
The method of claim 22.
a. 複数のスキャンビューの複数の2D画像から、前記被検体をスキャンして得られたデータである複数の2D画像を取得する手段と、
b. aにおいて取得された前記複数の2D画像中の前記被検体の輪郭を抽出する手段と、
c. 前記複数のスキャンビューから1つまたは複数の参照スキャンビューを選択し、
残りの前記スキャンビューを非参照スキャンビューと称する手段と、
d. スキャンビューの輪郭を3D空間で再構築する手段と、
e. 前記参照スキャンビューに対する前記非参照スキャンビューの相対位置および向きを算出する手段と、
f. 前記算出した相対位置および向きに基づいて、前記非参照スキャンビューを配置する手段と、
g. 前記参照スキャンビューの輪郭の位置を、その付近の前記非参照スキャンビューの輪郭に基づき修正する手段とを備える
装置。 An apparatus for reconstructing a 3D model of a subject using a plurality of 2D images,
a. A plurality of 2D images of a plurality of scan views, means for obtaining a plurality of 2D image is data obtained by scanning the subject,
b. means for extracting contours of the subject in the plurality of 2D images acquired in a ;
c. Selecting one or more reference scan views from the plurality of scan views;
The remaining scan views are referred to as non-reference scan views;
d. Means for reconstructing the outline of the scan view in 3D space;
e. Means for calculating a relative position and orientation of the non-reference scan view with respect to the reference scan view;
f. Means for arranging the non-reference scan view based on the calculated relative position and orientation;
g. Means for correcting the position of the contour of the reference scan view based on the contour of the non-reference scan view in the vicinity thereof.
請求項24に記載の装置。 Means for obtaining position information and orientation information of the 2D image;
25. The device according to claim 24.
請求項24に記載の装置。 Means for calculating a reliability of the contour of the scan view;
25. The device according to claim 24.
b. 表示から、所望のスキャン位置および向きを選択する手段と、
c. 3D空間における超音波プローブの現在の位置および向きを前記ユーザーインターフェース上で重畳する手段と、
d. 前記所望のスキャン位置および向きにおける前記非参照スキャンビューの画像を取得する手段とを備える、
請求項24に記載の装置。 a. Means for displaying a contour of the reference view in 3D space on a user interface;
b. Means for selecting a desired scan position and orientation from the display;
c. Means for superimposing on the user interface the current position and orientation of the ultrasound probe in 3D space;
d. Means for acquiring an image of the non-reference scan view at the desired scan position and orientation;
25. The device according to claim 24.
b. 1つまたは複数の追加ビューの前記被検体のスキャン画像を取得する手段と、
c. 前記追加ビューの前記被検体の輪郭を抽出する手段と、
d. 前記1つまたは複数の追加ビューの画像および輪郭を用いて、輪郭信頼度を算出する手段と、
e. 前記参照ビューの輪郭付近の追加ビューの輪郭に基づいて、前記参照ビューの輪郭をさらに修正する手段とをさらに備える、
請求項24に記載の装置。 a. Means for calculating vertex reliability for all vertices of the modified contour;
b. Means for obtaining a scanned image of the subject in one or more additional views;
c. Means for extracting the contour of the subject of the additional view;
d. Means for calculating contour reliability using images and contours of the one or more additional views;
e. Means for further modifying the contour of the reference view based on the contour of the additional view near the contour of the reference view.
25. The device according to claim 24.
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