JP2004121834A - Movement tracing method for biological tissue, image diagnosing system using the tracing method, and movement tracing program for biological tissue - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断画像、磁気共鳴画像又はX線CT画像に適用される生体組織の動きの追跡方法、その追跡方法を用いた画像診断装置及びそのプログラムの技術に属する。 The present invention belongs to a technique for tracking movement of a living tissue applied to an ultrasonic diagnostic image, a magnetic resonance image, or an X-ray CT image, an image diagnostic apparatus using the tracking method, and a program technology thereof.
超音波診断装置、磁気共鳴イメージング(MRI)装置、及びX線CT装置等の画像診断装置は、いずれも被検体の検査部位に係る断層像などをモニタに表示して診断に供するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系及びその他の動きのある臓器の場合、それらを構成する生体組織(以下、組織と総称する)の動きを断層像により観察して、それら臓器等の機能を診断することが行なわれている。 (2) Image diagnostic apparatuses such as an ultrasonic diagnostic apparatus, a magnetic resonance imaging (MRI) apparatus, and an X-ray CT apparatus all display on a monitor a tomographic image or the like of an examination part of a subject and provide the diagnosis. For example, in the case of a circulatory system and other moving organs such as the heart and blood vessels, the movements of living tissues (hereinafter, collectively referred to as “tissues”) constituting the organs are observed with a tomographic image, and the functions of the organs and the like are evaluated. Diagnosis is being performed.
特に、心臓などの機能を定量的に評価できれば、診断の精度が一層向上することが期待されている。例えば、従来、超音波診断装置により得られた画像から心壁の輪郭を抽出し、その心壁輪郭に基づいて心室等の面積、体積、それらの変化率等から心機能(心臓ポンプ機能)を評価したり、局所の壁運動を評価して診断することが試みられている(特許文献1)。また、ドプラ信号等の計測信号に基づいて組織の変位を計測して、例えば局所的収縮又は弛緩の分布を撮像し、これに基づいて心室の運動が活性化している場所を正確に決定したり、あるいは収縮期の心臓壁の厚さを計測する等、定量的に測定する方法が提案されている(特許文献2)。さらに、時々刻々変化する心房や心室の輪郭を抽出して、その輪郭を画像に重ねて表示するとともに、これに基づいて心室等の容量を求める技術が提案されている(特許文献3)。 Especially, if functions such as the heart can be quantitatively evaluated, the accuracy of diagnosis is expected to be further improved. For example, in the related art, a contour of a heart wall is extracted from an image obtained by an ultrasonic diagnostic apparatus, and a heart function (heart pump function) is determined based on an area, a volume, a change rate, and the like of a ventricle based on the heart wall contour. Attempts have been made to evaluate and evaluate local wall motion for diagnosis (Patent Document 1). In addition, by measuring the displacement of the tissue based on a measurement signal such as a Doppler signal, for example, imaging the distribution of local contraction or relaxation, based on this, to accurately determine the location where ventricular movement is activated or Alternatively, a method of quantitatively measuring the thickness of the heart wall during the systole has been proposed (Patent Document 2). Furthermore, a technique has been proposed in which the contours of the atria and ventricles that change every moment are extracted, the contours are superimposed on the image and displayed, and the capacity of the ventricles and the like is obtained based on the contours (Patent Document 3).
しかしながら、上記の従来技術は、いずれも心臓の全体的な機能を評価するための手法にとどまり、心筋などの各組織の動きである組織動態を計測することについては配慮されていない。特に、心壁の輪郭を画像処理により抽出し、その輪郭に基づいて心壁の厚みなどを計測する従来技術は、必ずしも十分な精度を得るまでには至っていない。 However, none of the above prior arts is a method for evaluating the overall function of the heart, and no consideration is given to measuring the tissue dynamics, which is the movement of each tissue such as the myocardium. In particular, the prior art which extracts the contour of the heart wall by image processing and measures the thickness of the heart wall based on the contour has not always achieved sufficient accuracy.
一般に、例えば、血栓等によって心筋に血が通わなくなると、心筋の動きが低下する等の因果関係があるといわれている。したがって、心室を構成する心筋の動きや厚みの変化など、心臓の各組織の動態を定量的に計測できれば、治療法などを決定する際の有効な診断情報を提供できる。例えば、虚血の程度がわかれば、冠動脈再生術などの心臓の治療法選択及び治療部位を特定する指標として有効である。また、弁輪部の動態を定量的に計測できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つとして研究がなされている。 Generally, it is said that, for example, when blood does not pass through the myocardium due to a thrombus or the like, there is a causal relationship such as a decrease in myocardial movement. Therefore, if the dynamics of each tissue of the heart, such as the movement and thickness of the myocardium constituting the ventricle, can be quantitatively measured, it is possible to provide effective diagnostic information for determining a treatment method and the like. For example, if the degree of ischemia is known, it is effective as an index for selecting a treatment method for the heart such as coronary artery regeneration and specifying a treatment site. In addition, research has been conducted on the ability to quantitatively measure the dynamics of the annulus, which is useful for evaluating the overall cardiac function in heart diseases such as hypertensive cardiac hypertrophy.
このような組織動態を定量的に計測したい対象は、心臓に限らず、血管についても要望されている。つまり、頚動脈などの大血管壁の脈波を定量的に計測できれば、動脈硬化の診断に有効であるとされている。 対 象 The target for quantitatively measuring such tissue dynamics is not limited to the heart, but also to blood vessels. In other words, it is considered that the ability to quantitatively measure the pulse wave on the wall of a large blood vessel such as the carotid artery is effective in diagnosing arteriosclerosis.
そこで、本発明は、断層像を用いて組織の動きを定量的に計測することを第1の課題とする。 Therefore, a first object of the present invention is to quantitatively measure the movement of a tissue using a tomographic image.
また、本発明は、組織の動きに関する種々の情報を定量的に計測することを第2の課題とする。 The second object of the present invention is to quantitatively measure various kinds of information on the movement of the tissue.
また、本発明は、組織の動きの軌跡を画像上に表示することを第3の課題とする。 The third object of the present invention is to display the trajectory of the movement of the tissue on an image.
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。 The present invention solves the above-mentioned problems by means described below.
本発明の画像診断装置は、被検体の断層像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られる動画像を表示する表示部とを備えた画像診断装置において、前記断層像の追跡したい部位をマークにより指定する操作部と、前記マークで指定した部位に対応する前記断層像を抽出し、前記断層像の動きを前記マークにより追跡する追跡手段を備えることを特徴とする。この場合、撮像手段を別に設ける構成としてもよい。また、追跡手段は、マークにより指定された画像部位の動きを追跡して、マークの表示位置を移動させる表示制御手段を備えてもよい。 An image diagnostic apparatus of the present invention is an image diagnostic apparatus that includes an imaging unit that captures a tomographic image of a subject and a display unit that displays a moving image obtained by the imaging unit. An operation unit designated by a mark and a tracking unit for extracting the tomographic image corresponding to the part designated by the mark and tracking the movement of the tomographic image by the mark are provided. In this case, a configuration in which an imaging unit is separately provided may be adopted. The tracking unit may include a display control unit that tracks the movement of the image part specified by the mark and moves the display position of the mark.
また、本発明の生体組織の動き追跡方法は、被検体の断層像を撮影してなる動画像の一のフレーム画像を表示する第1ステップと、該表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に、目印を重畳表示させる指令を入力して前記指定部位を設定する第2ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記一のフレーム画像に設定する第3ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第4ステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第5ステップとを含んでなることを特徴とする。 Further, the motion tracking method of the living tissue of the present invention includes a first step of displaying one frame image of a moving image obtained by capturing a tomographic image of the subject, and a motion in the displayed one frame image. A second step of inputting a command to superimpose and display a mark on a specified part of the living tissue to be tracked to set the specified part, and a third step of setting a cut-out image including the specified part in the one frame image A fourth step of retrieving another frame image of the moving image to extract a local image of the same size having the highest matching degree between the cut-out image and the image; and a local image having the highest matching degree and the cut-out state. Obtaining a destination coordinate of the designated part based on a coordinate difference between the images.
すなわち、動きを追跡したい生体組織の指定部位を動画像の一のフレーム画像(静止画像)上に、指定点などの目印を重ねて表示させることにより指定する。そして、その目印に対応した指定部位を含む領域を、予め定めたサイズの切出し画像として自動で設定するか、又はその静止画像上において切出し画像の領域枠を入力設定する。次に、設定された切出し画像が続くフレーム画像のどこに移動したかを、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を検索する、いわゆるブロックマッチング法等の画像相関処理によって追跡する。これによって、画像の一致度が最も高い局所画像の位置を、切出し画像の移動先として追跡できる。そして、移動前後の切出し画像の座標差が、指定部位の移動前後の座標差に相当する。 Specifically, the designated portion of the living tissue whose movement is to be tracked is designated by superimposing a mark such as a designated point on one frame image (still image) of the moving image. Then, an area including the designated portion corresponding to the mark is automatically set as a clipped image of a predetermined size, or an area frame of the clipped image is input and set on the still image. Next, the position where the set cutout image has moved in the subsequent frame image is tracked by image correlation processing such as a so-called block matching method that searches for a local image of the same size having the highest matching degree between the cutout image and the image. . Thus, the position of the local image having the highest image matching degree can be tracked as the destination of the cut-out image. Then, the coordinate difference between the cut-out images before and after the movement corresponds to the coordinate difference before and after the movement of the designated part.
したがって、移動前後の切出し画像の座標差に基づいて、指定部位の移動方向及び移動量を計測することができるから、指定部位の動きを定量的に計測することができる。例えば、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。さらに、これらの計測情報の変化を線図で表示部に表示させることにより、観者は、指定部位の動きを容易に観察することができる。 Therefore, the moving direction and the moving amount of the designated part can be measured based on the coordinate difference between the cut-out images before and after the movement, so that the movement of the designated part can be quantitatively measured. For example, it is possible to quantitatively obtain measurement information, which is a physical quantity relating to a movement such as a moving amount, a moving speed, and a moving direction of a designated portion. Further, by displaying the change of the measurement information on the display unit in a diagram, the viewer can easily observe the movement of the designated part.
このような追跡処理を、検索により抽出された画像の一致度が最も高い局所画像局所画像を新たな切出し画像として、動画像のさらに他のフレーム画像に対して画像相関法を適用することにより、指定部位の移動先座標を順次求めることができる。そして、指定部位の移動先座標を記憶しておき、その移動先の座標位置に目印を動画像に重ねて表示することにより、指定部位の移動軌跡を表示することができる。これにより、指定部位の動きを観察することが容易になる。 Such a tracking process is performed by applying the image correlation method to still another frame image of the moving image, using the local image having the highest matching degree of the image extracted by the search as a new cutout image, The destination coordinates of the designated part can be sequentially obtained. Then, the movement coordinates of the designated part can be displayed by storing the destination coordinates of the designated part and superimposing the mark on the moving image at the coordinate position of the movement destination. This makes it easy to observe the movement of the designated part.
例えば、生体組織に指定部位を2ヶ所設定すれば、例えば心筋を挟んで少なくとも2つの指定部位を設定すれば、2つの指定部位の距離と、その距離の変化と、その距離の変化速度と、その距離の変化率、つまり心筋の厚み、厚み変化、厚み変化速度等を定量的に計測できる。この場合において、それらの心臓に係る計測値の線図と心電波形とを時間軸を関連させて表示することにより、一層診断の精度を向上できる。つまり、心筋動態の追跡や心筋厚の変化を定量的に追跡できることから、虚血性心疾患において虚血部位を特定することが可能になる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位特定の指標にできる。さらに、弁輪部の動きを追跡できれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つ可能性がある。 For example, if two designated sites are set in the living tissue, for example, if at least two designated sites are set across the myocardium, a distance between the two designated sites, a change in the distance, a change speed of the distance, The rate of change of the distance, that is, the thickness of the myocardium, the thickness change, the thickness change speed, and the like can be quantitatively measured. In this case, the accuracy of the diagnosis can be further improved by displaying the diagram of the measured values related to the heart and the electrocardiographic waveform in association with the time axis. That is, since tracking of myocardial dynamics and changes in myocardial thickness can be quantitatively tracked, it becomes possible to specify an ischemic site in ischemic heart disease. In addition, since the myocardial dynamics can be quantified, the degree of ischemia can be known, and it can be used as an index for selecting a treatment method such as coronary artery regeneration and specifying a treatment site. Furthermore, tracking the movement of the annulus may help to assess overall cardiac function in heart diseases such as hypertensive cardiac hypertrophy.
また、指定部位を心筋に沿って複数設定し、各指定部位の移動方向を求め、心筋の移動方向の基準点を重心とし、該重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画像表示することができる。これによれば、心臓のポンプ機能を画像表示により容易に把握することができる。この場合、移動速度に応じて輝度変調をかけることができる。さらに、指定部位を心室の内壁に沿って複数指定し、複数の指定部位を結ぶ直線又は該直線の近似曲線に基づいて心室の容積及び該容積の変化を求めることができる。これによれば、心室の容積変化などの動態情報(動きの情報)を定量的に、かつ精度よく計測することができる。 In addition, a plurality of designated portions are set along the myocardium, the moving direction of each designated portion is determined, the reference point of the moving direction of the myocardium is set as the center of gravity, and the direction toward the center of gravity and the color in the opposite direction are changed, and the time is changed. The change can be displayed as an image. According to this, the pump function of the heart can be easily grasped by image display. In this case, luminance modulation can be performed according to the moving speed. Further, a plurality of designated sites can be designated along the inner wall of the ventricle, and the volume of the ventricle and a change in the volume can be obtained based on a straight line connecting the plurality of designated sites or an approximate curve of the straight line. According to this, dynamic information (information of movement) such as a change in volume of the ventricle can be quantitatively and accurately measured.
また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、頚動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。例えば、血管壁の長手方向に複数の指定部位を設定し、それらの指定部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬化の程度がわかる。 The present invention is not limited to measuring the motion of each part of the heart, but can be applied to pulse wave measurement of a large blood vessel wall such as a carotid artery. For example, the degree of arteriosclerosis can be determined by setting a plurality of designated portions in the longitudinal direction of the blood vessel wall, quantitatively measuring the movement amounts of these designated portions, and comparing the measured amounts.
ここで、画像の追跡処理の精度をさらに向上させるため、動画像が超音波撮影法により撮影したものである場合は、動画像に対応するRF信号を記憶しておいて、RF信号による補正を加えることができる。この場合、上述した一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求め、この移動先座標の周辺に対応する複数の前記RF信号を抽出し、該抽出した複数のRF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正する。 Here, in order to further improve the accuracy of the image tracking process, when the moving image is captured by an ultrasonic imaging method, an RF signal corresponding to the moving image is stored, and correction using the RF signal is performed. Can be added. In this case, the destination coordinates of the designated part are obtained based on the coordinate difference between the local image having the highest matching degree and the cut-out image, and a plurality of the RF signals corresponding to the periphery of the destination coordinates are extracted. The cross-correlation of the plurality of RF signals thus obtained is obtained, and the destination coordinates are corrected according to the position of the maximum value of the cross-correlation.
さらに、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する処理時間を短縮するため、その検索範囲を切出し画像よりも設定画素数(例えば、上下左右に例えば3~10画素)大きい領域に設定することが好ましい。すなわち、生体組織の動きの範囲は、一般に、狭い領域に限られるからである。 Furthermore, in order to reduce the processing time for extracting a local image of the same size having the highest degree of coincidence between the cut image and the image, the search range is set to a set number of pixels (for example, 3 to 10 pixels vertically, horizontally, and so on) more than the cut image. It is preferable to set a large area. That is, the range of movement of the living tissue is generally limited to a narrow area.
一方、上述の場合において、切出し画像のサイズは、指定部位の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。切出し画像のサイズが小さすぎると一致する局所画像が多く出現し、真の移動先を特定できない場合が生じたり、逆に大きすぎると動画像の画像領域からはみ出して計測できない場合が生ずるからである。 On the other hand, in the above-described case, it is preferable that the size of the cut-out image is set to an area having a size including a living tissue different from the living tissue of the designated portion. If the size of the cut-out image is too small, many matching local images appear, and a true destination may not be specified. Conversely, if the size of the cut-out image is too large, it may run out of the image area of the moving image and cannot be measured. .
本発明の画像診断装置は、被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される記憶部と、前記動画像を表示可能な表示部と、指令を入力する操作部と、前記表示部に表示される前記動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部と、前記記憶部と前記表示部と前記操作部と前記自動追跡部とを接続してなる信号伝送路とを有してなり、前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像の一のフレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令とを入力する手段を備え、前記自動追跡部は、前記表示部に表示された前記一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する前記指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段とを備えて構成することができる。 The image diagnostic apparatus of the present invention includes a storage unit that stores a moving image obtained by capturing a tomographic image of a subject, a display unit that can display the moving image, an operation unit that inputs a command, and the display unit. An automatic tracking unit that tracks the movement of the living tissue of the moving image displayed on the moving image, and a signal transmission path that connects the storage unit, the display unit, the operation unit, and the automatic tracking unit. The operation unit wants to track a motion in the command to display one frame image of the moving image stored in the storage unit on the display unit and the one frame image displayed in response to the command. Means for inputting a command to superimpose and display a mark on a designated portion of the living tissue, wherein the automatic tracking section sets the designated portion corresponding to the position of the mark in the one frame image displayed on the display section. Set the cropped image of the included size A cut-out image setting unit, a cut-out image tracking unit that reads another frame image of the moving image from the storage unit, and extracts a local image of the same size having the highest degree of matching between the cut-out image and the image, The movement amount calculating means for calculating the coordinate difference between the local image having the highest value and the cut-out image, and the movement tracking means for calculating the destination coordinates of the specified part based on the coordinate difference can be configured.
また、本発明の生体組織の動き追跡プログラムは、操作卓からの指令に応じて記憶部から被検体の断層像を撮影してなる動画像の一のフレーム画像を読み出して表示部に表示させる第1ステップと、該表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令入力を要求する第2ステップと、該要求に応じて操作卓から入力設定された前記目印に対応する生体組織の指定部位の座標を求める第3ステップと、前記指定部位を含むサイズの切出し画像を前記一のフレーム画像に設定する第4ステップと、前記動画像の他のフレーム画像を検索して前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する第5ステップと、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める第6ステップとを含んでなることを特徴とする。 Further, the movement tracking program of the living tissue of the present invention reads out one frame image of a moving image obtained by capturing a tomographic image of the subject from the storage unit in response to a command from the console, and displays the frame image on the display unit. One step, a second step of requesting a command input for superimposing and displaying a mark on a designated portion of a living tissue whose motion is to be tracked in the displayed one frame image, and input setting from an operation console according to the request. A third step of obtaining coordinates of a designated portion of the living tissue corresponding to the mark, a fourth step of setting a cutout image having a size including the designated portion as the one frame image, and another frame of the moving image. A fifth step of retrieving an image and extracting a local image of the same size having the highest degree of coincidence between the cut image and the image; Characterized in that it comprises a sixth step of determining the destination coordinates of the designated region based on the difference.
本発明によれば、断層像を用いて組織の動きを定量的に計測することができる。また、他の発明によれば、組織の動きに関する種々の情報を定量的に計測することができる。さらに他の発明によれば、組織の動きの軌跡を画像上に表示することができる。 According to the present invention, the movement of the tissue can be quantitatively measured using the tomographic image. Further, according to another invention, it is possible to quantitatively measure various kinds of information relating to the movement of the tissue. According to still another aspect, the trajectory of the movement of the tissue can be displayed on the image.
(実施の形態1)
本発明の生体組織の動き追跡方法を適用してなる一実施の形態の画像診断装置について、図1〜図4を用いて説明する。図1は本実施形態の生体組織の動き追跡方法の手順を示し、図2は図1の生体組織の動き追跡方法を適用してなる画像診断装置のブロック構成図である。図2に示すように、画像診断装置は、被検体の断層像を撮影してなる動画像が格納される画像記憶部1と、動画像を表示可能な表示部2と、指令を入力する操作卓3と、表示部2に表示される動画像の生体組織の動きを追跡する自動追跡部4と、自動追跡部4の追跡結果に基づいて各種の計測情報を算出する動態情報算出部5と、これらを接続してなる信号伝送路6を含んで構成されている。画像記憶部1には、破線で示した診断画像撮像装置7から被検体の断層像を撮影してなる動画像がオンライン又はオフラインで格納されるようになっている。診断画像撮像装置7としては、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング(MRI)装置及びX線CT装置等の診断装置が適用可能である。
(Embodiment 1)
An image diagnostic apparatus according to an embodiment to which the movement tracking method of a biological tissue according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a procedure of a living tissue movement tracking method of the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram of an image diagnostic apparatus to which the living tissue movement tracking method of FIG. 1 is applied. As shown in FIG. 2, the image diagnostic apparatus includes an
操作卓3は、画像記憶部1に格納された動画像の一のフレーム画像を表示部2に表示させる指令を入力可能に形成されている。また、その指令に応じて表示された一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令を入力可能に形成されている。
The
自動追跡部4は、画像診断装置全体を制御する制御手段8と、表示部2に表示された一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段9と、画像記憶部1から動画像の他のフレーム画像を読み出して、切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段10と、一致度が最も高い局所画像と切出し画像の座標差を求める移動量演算手段11と、その座標差に基づいて指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段12とを備えて構成されている。また、動態情報算出部5は、自動追跡部4で求められた指定部位の移動先座標に基づいて、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めるとともに、これらの計測情報の変化を線図で表示部2に表示させる機能を有して構成されている。
The
次に、本実施形態の画像診断装置の詳細な機能構成について、図1に示した処理手順に従って動作とともに説明する。まず、生体組織の動き追跡動作は、操作卓3から組織の動き追跡モードを選択する指令が入力されることによって開始する(S1)。自動追跡部4の制御手段8は、画像記憶部1から動画像の最初のフレーム画像ft(t=0)を読み出して表示部2に表示させる(S2)。例えば、最初のフレーム画像f0として図3に示す心臓の心室21の断層像が表示されたものとする。図3において、操作者が動きを追跡したい生体組織の指定部位として、心筋22の特定の部位を選択したい場合、操作者は操作部3のマウスなどを操作してフレーム画像f0に重ねて目印である指定点23を表示させる。そして、その指定点23を移動操作して所望の指定部位に重畳表示させて指定部位を入力設定する。なお、図3において、符号24は僧帽弁である。
Next, a detailed functional configuration of the diagnostic imaging apparatus according to the present embodiment will be described along with an operation according to the processing procedure illustrated in FIG. First, the movement tracking operation of the living tissue starts when a command to select the movement tracking mode of the tissue is input from the console 3 (S1). The control means 8 of the
指定点23が入力設定されると、制御手段8はフレーム画像f0上の指定点23の座標を取込み、切出し画像設定手段9に送る(S3)。切出し画像設定手段9は、図4(a)に示す様に、指定点23の画像を中心として、縦横2(A+1)画素(但しAは自然数)のサイズの矩形領域を切出し画像25として設定する(S4)。ここで、切出し画像25のサイズは、指定点23の生体組織とは異なる生体組織を含む大きさの領域に設定することが好ましい。例えば、図3に示す様に、心筋22の境界を越える大きさの領域に設定する。これは、切出し画像25のサイズが小さすぎると一致する局所画像が多く出現し、真の移動先を特定できない場合が生じたり、逆に大きすぎるとフレーム画像f0の画像領域からはみ出して計測できない場合が生ずるからである。
When the designated
切出し画像追跡手段10は、画像記憶部1から動画像の次のフレーム画像f1を読み出し、切出し画像25と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する(S5)。この抽出処理は、いわゆるブロックマッチング法と称される画像相関法を適用する。この抽出処理をフレーム画像f1の全領域について行なうと、処理時間がかかり過ぎる。そこで、抽出処理時間を短縮するため、本実施形態では、フレーム画像f1よりも十分に小さい、図4(b)に示す検索領域26について行なうようにしている。つまり、検索領域26は、切出し画像25に対して上下左右に一定の振り幅の画素数Bを付加した矩形領域とする。この画素数Bは、指定部位に係る組織の移動量よりも大きく、例えば3〜10画素に設定する。これは、心臓などの循環器系の動く範囲は、通常の視野において、狭い領域に限られるからである。このようにして、検索領域26内の同一サイズの局所画像27を順次ずらして切出し画像25との画像の一致度を求める。
The cut-out image tracking means 10 reads the next frame image f1 of the moving image from the
次に、検索した複数の局所画像27の内で画像の一致度が最も高い局所画像27maxを抽出し、局所画像27maxを切出し画像25の移動先とし、局所画像27maxの座標を求める(S6)。これらの画像の座標は、中心画素の座標、あるいは矩形領域の何れかの角の座標で代表する。そして、局所画像27maxと切出し画像25の座標差を求め、これに基づいて指定点23の移動先座標を求めて記憶するとともに、表示部2のフレーム画像f1に重ねて表示する(S7)。なお、局所画像27maxと切出し画像25における指定点23の相対位置は変化しないものとして扱っている。
Next, a local image 27max having the highest degree of image matching is extracted from the plurality of searched
動態情報算出部5は、S7で求められた指定点23の移動先座標をに基づいて、指定点23の動き、つまり指定部位の組織の動きに関する各種の計測情報を算出する(S8)。すなわち、移動前後の指定部位の座標に基づいて、移動方向及び移動量を定量的に計測することができる。また、指定部位の移動量、移動速度、移動方向等の動きに関する物理量である計測情報を定量的に求めることができる。
The dynamic information calculation unit 5 calculates various types of measurement information relating to the movement of the designated
このようにして求めた計測情報に基づいて、さらに動態情報算出部5は、指定点23の移動に関する各種の計測情報、及びその変化をグラフで表示部に表示させる(S9)。これにより、観者は、指定部位の動きを容易に観察することができる。
Based on the measurement information thus obtained, the dynamic information calculation unit 5 further displays various measurement information relating to the movement of the designated
次に、ステップS10に進み、動画像の全てのフレーム画像について指定点23の追跡が終了したか否か判断し、未処理のフレーム画像があれば、ステップS5に戻ってS5~S10の処理を繰り返す。全てのフレーム画像について指定点23の追跡が終了した場合は、追跡処理動作を終了する。
Next, the process proceeds to step S10, where it is determined whether or not the tracking of the designated
上述したように、本実施形態によれば、画像相関法を適用することにより、指定点23の移動先の座標を順次求めることができるから、指定部位の動きを定量的に、かつ精度よく簡単に計測することができるから、診断の情報を的確に提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, the coordinates of the movement destination of the designated
ここで、上記実施形態を用いて、生体組織の指定部位の動きを計測してなる具体例について図5〜図9を用いて説明する。図5は、図3に示した指定点23の動きに関する計測情報を表示部2に表示した画像例であり、同図(a)は指定点23の移動軌跡を破線で動画像に重ねて表示する例である。同図(b)、(c)は、それぞれ指定点23の移動量の時間変化と移動速度が表示されている。また、同図(d)、(e)は、指定点23の移動軌跡を動画像に重ねて表示する別の例であり、同図(d)は直前の数フレーム画像分の軌跡を、同図(e)は移動軌跡を実線で表示している。
Here, a specific example of measuring the movement of the designated portion of the living tissue using the above embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an example of an image in which measurement information relating to the movement of the designated
一方、図6は、心筋22の心壁を挟んで2つの指定点23を設定し、2つの指定点23間の距離と、その距離の変化を計測し、それらをグラフにして表示部2に表示した例である。これにより、心筋の厚み及び厚み変化を定量的に把握することができる。また、心筋の厚みの変化率を算出して表示することもできる。この変化率は、変化前の心筋の厚みに対する変化前後の心筋の厚みの変化量を、百分率で表すことができる。これらの場合において、それらの心臓に係る計測値のグラフと、ECG波形、心音波形、などの情報を表示部2に時間軸を関連させて表示することにより、一層診断の精度を向上できる。つまり、心筋動態の追跡や心筋厚の変化を定量的に追跡できることから、虚血性心疾患において虚血部位を特定することが可能になる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位特定の指標にできる。さらに、弁輪部24に指定点23を設定して、その動きを追跡すれば、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つことが期待できる。
On the other hand, FIG. 6 sets two designated
図7は、心筋22の壁部に複数(図示例は、9点)の指定点23a〜23iを設定し、それらの動きを追跡し、その移動情報に基づいて同図(a)〜(f)の表示を行なった例である。同図(a)は、各指定点23a〜23iの移動方向を求め、心壁の移動方向の基準点を重心とし、その重心に向かう方向とその反対方向の色を代えて、その時間変化を画像表示した例である。これによれば、心筋の動きを画像表示により容易に把握することができる。この場合、移動速度に応じて輝度変調をかけることができる。同図(b)は、各指定点23a〜23iの移動量に応じて、それらの点を結ぶ線の太さを変えて表示した例である。同図(c)は、数フレーム画像前からの各指定点23a〜23iの移動軌跡を表示した例である。同図(d)は、各指定点23a〜23iを線で結ぶとともに、それらの点の移動量を強調して表示した例である。同図(e)は、同図(c)に示すように各指定点23a〜23iで囲まれたそれぞれの4辺形の面積の変化を表示した例であり、同図(f)はその合計面積の時間変化をグラフにして表示した例である。
FIG. 7 shows a case where a plurality of (in the illustrated example, nine) designated points 23a to 23i are set on the wall portion of the
図8は、心筋22の内部の全体に渡って複数の指定点23を設定した例であり、同図(a)は心筋22の厚み方向の変位合計をグラフ化したものである。同図(b)は、心筋の長さ方向の変位合計をグラフ化したものである。同図(c)は、心筋22の長さ方向に縮むのをプラスとし、厚み方向に膨れる方向をプラスとして変位合計をグラフ化して表示した例である。同図(d)は、複数の指定点23で囲まれた領域の面積変化の合計をグラフ化した例である。
FIG. 8 is an example in which a plurality of designated
図9は、心筋22の内壁に沿って複数の指定点23を設定し、同図(a)は、各指定点23が、各指定点により囲まれた領域(心室内)の重心に向かう方向を例えば「赤」で表示し、離れる方向を例えば「青」で表示し、その移動速度によって輝度変調して表示した例である。また、同図(b)は、指定点23で囲まれた領域の面積の時間変化をグラフ化したものである。これによれば、心室の容積変化などの動態情報(動きの情報)を定量的に、かつ精度よく計測することができる。
(実施形態2)
図1の実施形態では、1つのフレーム画像についての指定点の追跡が終了する度に(S7)、その指定点の移動に基づいて組織の動きに関する各種情報を算出するとともに(S8)、それらの情報を表示部に表示する(S9)ようにした例を説明した。本発明はこれに限らず、図10に示すように、図1のステップS10をステップS7の後に配置し、全てのフレーム画像についての指定点の追跡が終了した後に、ステップS8、9の処理を実行するようにしてもよい。
FIG. 9 sets a plurality of designated
(Embodiment 2)
In the embodiment of FIG. 1, every time tracking of a designated point for one frame image is completed (S7), various kinds of information on the movement of the tissue are calculated based on the movement of the designated point (S8), and the information is calculated. The example in which the information is displayed on the display unit (S9) has been described. The present invention is not limited to this. As shown in FIG. 10, after the step S10 of FIG. 1 is arranged after the step S7 and the tracking of the designated points for all the frame images is completed, the processes of the steps S8 and 9 are performed. It may be executed.
ここで、画像相関法による画像追跡処理の具体例を、図11を用いて説明する。図示例は、説明を簡単にするために、切出し画像25のサイズを矩形の9画素領域とし、検索領域26についても矩形の25画素領域として説明する。つまり、同図(a)に示す切出し画像25は、指定点23の画素を中心としてA=1画素に設定した例であり、同図(b)に示す検索領域26はB=1画素に設定した例である。これによれば、同図(b)に示す様に、9個の局所領域27について相関値を求め、相関が最も大きい位置が移動先座標に相当することになる。
(実施形態3)
本実施形態は、超音波撮影法により撮影して得られる動画像による生体組織の追跡処理に適用できるものである。特に、動画像に対応するRF信号を記憶しておき、画像相関法により求めた画像の一致度が最も高い局所画像の位置を、RF信号を用いて補正することにより、生体組織の動きを追跡して得られる計測値の変化を滑らかなものとすることにある。
Here, a specific example of the image tracking processing by the image correlation method will be described with reference to FIG. In the illustrated example, for simplicity of description, the size of the cut-out
(Embodiment 3)
The present embodiment can be applied to tracking processing of a living tissue using a moving image obtained by imaging by an ultrasonic imaging method. In particular, the movement of a living tissue is tracked by storing the RF signal corresponding to the moving image and correcting the position of the local image having the highest matching degree of the image obtained by the image correlation method using the RF signal. The purpose of the present invention is to make the change in the measured value obtained through the smoothing.
図12に示すように、超音波診断装置17から動画像、及びその動画像の再構成に用いたRF信号(超音波エコー信号を受信処理した信号)が、それぞれオンライン又は記録媒体を介して画像記憶部1及びRF信号記憶部18に格納されるようになっている。RF信号記憶部18は、信号伝送路6を介して自動追跡部4に接続されている。また、自動追跡部4に移動量補正部13が設けられている。
As shown in FIG. 12, a moving image from the ultrasonic diagnostic apparatus 17 and an RF signal (a signal obtained by receiving and processing an ultrasonic echo signal) used for reconstructing the moving image are imaged online or via a recording medium, respectively. It is stored in the
図13に、本実施形態の主要部の処理手順を示す。本実施形態の追跡処理の基本は、図10のステップS6で求めた切出し画像の移動先座標を取込み、指定点23の移動先座標を算出する(S21)。次に、切出し画像25の指定点23の座標と、一致度が最も高い局所画像27maxの指定点23の座標の周辺の画像に係るRF信号をRF信号記憶部18から抽出する(S22)。つまり、移動前後の指定点23の周辺画像のRF信号を抽出する。そして、移動前後のRF信号の相互相関をとり、その相関値を求める(S23)。この場合、まず、移動前後の何れかのRF信号を画像相関法で求めた移動量(画素数)に対応する分だけ時間軸をずらし、両者の相互相関(例えば、積和演算)をとりながら、移動前後の何れかのRF信号をずらす。そして、求めた相互相関値が最大値となるずれ量τが、RF信号による移動量の補正値として求められる(S24)。そして、先に画像相関法で求めた指定点の移動量に、RF信号を用いて求めた指定点の移動量の補正値を加算して、指定点の移動量を補正する(S25)。
FIG. 13 shows a processing procedure of a main part of the present embodiment. The basis of the tracking process of the present embodiment is to capture the destination coordinates of the cut-out image obtained in step S6 in FIG. 10 and calculate the destination coordinates of the designated point 23 (S21). Next, the RF signal relating to the image around the coordinates of the designated
ここで、移動前後のRF信号の相互相関値の最大値が、指定点の移動量の相関すること、及びそれにより指定点の移動量を補正することにより、位置の計測精度が向上する理由を、図14を用いて説明する。なお、図14(a)においては、移動前の指定点周辺のRF信号41と、移動後の指定点周辺のRF信号42の時間軸を、画像相関法で求めた移動量に基づいてずらした状態で示している。そして、例えば、RF信号41の時間軸を正負何れかの方向にずらしながらRF信号42との相互相関を計算すると、同図(b)に示す最大値を示す相互相関値43が得られる。このRF信号41とRF信号42のずらした位相差をτとすると、この移動量τが画像相関法の移動量に加えて補正すべき移動量に相当する。これにより、画像相関法の移動量の計測精度を向上できる。
Here, the reason that the maximum value of the cross-correlation value of the RF signal before and after the movement is correlated with the movement amount of the designated point, and that the position measurement accuracy is improved by correcting the movement amount of the designated point thereby. This will be described with reference to FIG. In FIG. 14A, the time axes of the
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、次のような効果が得られる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
まず、心臓の各部の動きを定量的に計測することができることから、例えば心筋動態追跡あるいは心筋厚の変化を定量的に計測することにより、虚血性心疾患において例えば虚血部位を特定することができる。また、心筋動態を定量化できるから、虚血の程度がわかり、冠動脈再生術などの治療法選択および治療部位を特定する際の指標にできる。 First, since the movement of each part of the heart can be quantitatively measured, for example, by tracking myocardial dynamics or quantitatively measuring changes in myocardial thickness, it is possible to specify, for example, an ischemic site in ischemic heart disease. it can. In addition, since the myocardial dynamics can be quantified, the degree of ischemia can be known, and can be used as an index for selecting a treatment method such as coronary artery regeneration and specifying a treatment site.
また、弁輪部の動きを定量的に追跡することにより、高血圧性心肥大などの心疾患において、心機能全体を評価するのに役立つ可能性がある。 定量 Quantitative tracking of the movement of the annulus may help to assess overall cardiac function in heart disease such as hypertensive cardiac hypertrophy.
また、本発明は、心臓の各部位の動きを計測することに限らず、生体組織の動きを観察したい部位であれば、どのような部位の生体組織にも適用できることは明らかである。例えば、頚動脈などの大血管壁の脈波計測に適用できる。この場合、血管壁の長手方向に複数の指定部位を設定し、それらの指定部位の移動量を定量的に計測して比較することにより、動脈硬化の程度がわかる。 Also, it is clear that the present invention is not limited to measuring the movement of each part of the heart, and can be applied to any part of the living tissue where the movement of the living tissue is desired to be observed. For example, the present invention can be applied to pulse wave measurement of a wall of a large blood vessel such as a carotid artery. In this case, the degree of arteriosclerosis can be determined by setting a plurality of designated portions in the longitudinal direction of the blood vessel wall, quantitatively measuring the movement amounts of these designated portions, and comparing them.
また、上述の実施形態は、オフラインで行なう例について説明したが、ブロックマッチング法の処理に係る速度を向上すれば、オンラインあるいはリアルタイムの動画像にも適用できる。 In the above-described embodiment, an example in which the processing is performed offline has been described. However, if the processing speed of the block matching method is improved, the present invention can be applied to online or real-time moving images.
また、上述の実施形態は、2次元の断層像を例に説明したが、3次元断層像にも適用できることはいうまでもない。 The above embodiment has been described by taking a two-dimensional tomographic image as an example, but it goes without saying that the present invention can be applied to a three-dimensional tomographic image.
また、画像相関法は、切出し画像と局所画像の対応する画像の一致度を算出する方法であれば公知の技術を用いることができる。例えば、一般に知られている切出し画像と局所画像の対応する画素ごとに画素値の積を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする2次元相互相関法、切出し画像と局所画像の各画素値の平均値を画素ごとの画素値から引き、その積を求め、その絶対値の総和をもって相関値とする2次元正規化相互相関法、画素ごとに画素値の差の絶対値を求め、その絶対値の総和をもって相関値とするSAD法、画素ごとの画素値の差の二乗値を求め、その二乗値の総和をもって相関値とするSSD法などを適用できる。このとき、相関最大である局所画像を選ぶためには2次元相互相関法と2次元正規化相互相関法では相関値が最大の、また、SAD法、SSD法では相関値が最小の局所画像を画像の一致度が最も高い局所画像とすればよい。この相関最大(相関値が最大又は最小)である局所画像を選び出すことに画像相関法の特徴がある。 In addition, a known technique can be used for the image correlation method as long as it is a method of calculating the degree of coincidence between the cut image and the corresponding image of the local image. For example, a generally known product of a pixel value for each corresponding pixel of a cut-out image and a local image is obtained, and a two-dimensional cross-correlation method in which the sum of the absolute values is used as a correlation value, each pixel value of the cut-out image and the local image Is subtracted from the pixel value of each pixel, the product is obtained, and the two-dimensional normalized cross-correlation method, in which the sum of the absolute values is used as the correlation value, calculates the absolute value of the difference between the pixel values for each pixel, and calculates the absolute value. An SAD method in which the sum of the values is used as a correlation value, an SSD method in which a square value of a difference between pixel values of pixels is obtained, and the sum of the square values is used as a correlation value, and the like can be applied. At this time, in order to select the local image having the maximum correlation, the local image having the largest correlation value in the two-dimensional cross-correlation method and the two-dimensional normalized cross-correlation method, and the local image having the smallest correlation value in the SAD method and the SSD method. What is necessary is just to let it be the local image with the highest image matching degree. There is a feature of the image correlation method in selecting a local image having the maximum correlation (the maximum or minimum correlation value).
1 画像記憶部
2 表示部
3 操作卓
4 自動追跡部
5 動態情報演算部
6 信号伝送路
7 診断画像撮像装置
8 制御手段
9 切出し画像設定手段
10 切出し画像追跡手段
11 移動量演算手段
12 移動追跡手段
REFERENCE SIGNS
Claims (32)
前記第4ステップは、前記一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記RF信号を抽出し、該抽出した複数のRF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正することを特徴とする請求項4に記載の生体組織の動き追跡方法。 The moving image is photographed by an ultrasonic imaging method, and an RF signal corresponding to the moving image is stored,
In the fourth step, a destination coordinate of the designated part is obtained based on a coordinate difference between the local image having the highest matching degree and the cut-out image, and a plurality of RF signals corresponding to the periphery of the destination coordinate are extracted. 5. The method according to claim 4, wherein a cross-correlation of the plurality of extracted RF signals is obtained, and the destination coordinates are corrected according to a position of a maximum value of the cross-correlation. .
前記操作部は、前記記憶部に格納された前記動画像の一のフレーム画像を前記表示部に表示させる指令と、該指令に応じて表示された前記一のフレーム画像において動きを追跡したい生体組織の指定部位に目印を重畳表示させる指令とを入力する手段を備え、
前記自動追跡部は、前記表示部に表示された前記一のフレーム画像の前記目印の位置に対応する前記指定部位を含むサイズの切出し画像を設定する切出し画像設定手段と、前記記憶部から前記動画像の他のフレーム画像を読み出して、前記切出し画像と画像の一致度が最も高い同一サイズの局所画像を抽出する切出し画像追跡手段と、該一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差を求める移動量演算手段と、該座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求める移動追跡手段とを備えてなる画像診断装置。 A storage unit in which a moving image obtained by capturing a tomographic image of the subject is stored, a display unit capable of displaying the moving image, an operation unit for inputting a command, and an operation unit for displaying the moving image displayed on the display unit An automatic tracking unit that tracks the movement of the biological tissue, comprising a signal transmission path connecting the storage unit, the display unit, the operation unit, and the automatic tracking unit,
The operation unit includes a command to display one frame image of the moving image stored in the storage unit on the display unit, and a biological tissue whose movement is to be tracked in the one frame image displayed according to the command. Means for inputting a command to superimpose and display a mark on the designated part of
The automatic tracking unit includes a cutout image setting unit configured to set a cutout image of a size including the designated region corresponding to the position of the mark of the one frame image displayed on the display unit, and the moving image from the storage unit. A cut-out image tracking means for reading another frame image of the image and extracting a local image of the same size having the highest matching degree between the cut-out image and the image; and a coordinate difference between the local image having the highest matching degree and the cut-out image. An image diagnostic apparatus comprising: a movement amount calculating means for obtaining a moving distance; and a movement tracking means for obtaining a moving destination coordinate of the designated part based on the coordinate difference.
前記移動追跡手段は、前記座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記RF信号を抽出し、該抽出した複数のRF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正することを特徴とする請求項19に記載の画像診断装置。 The moving image stored in the storage unit is captured by an ultrasonic imaging method, and an RF signal corresponding to the moving image is stored in the storage unit,
The movement tracking means obtains a destination coordinate of the designated part based on the coordinate difference, extracts a plurality of RF signals corresponding to a periphery of the destination coordinate, and performs a cross-correlation of the extracted plurality of RF signals. 20. The image diagnostic apparatus according to claim 19, wherein the destination coordinates are corrected according to the position of the maximum value of the cross-correlation.
前記第5ステップは、前記一致度が最も高い局所画像と前記切出し画像の座標差に基づいて前記指定部位の移動先座標を求め、該移動先座標の周辺に対応する複数の前記RF信号を抽出し、該抽出した複数のRF信号の相互相関をとり、該相互相関の最大値の位置に応じて前記移動先座標を補正することを特徴とする請求項29に記載の生体組織の動き追跡プログラム。 The moving image is photographed by an ultrasonic imaging method and an RF signal corresponding to the moving image is stored in the storage unit,
In the fifth step, a destination coordinate of the designated portion is obtained based on a coordinate difference between the local image having the highest matching degree and the cut-out image, and a plurality of RF signals corresponding to the vicinity of the destination coordinate are extracted. 30. The biological tissue motion tracking program according to claim 29, wherein a cross-correlation of the plurality of extracted RF signals is obtained, and the movement destination coordinates are corrected according to a position of a maximum value of the cross-correlation. .
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