JP4356841B2 - 生体内部動作解析処理装置、生体内部動作解析処理プログラムおよび生体内部動作解析処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、断層像を用いて生体内部の動作を解析する生体内部動作解析処理装置、生体内部動作解析処理プログラムおよび生体内部動作解析処理方法に関する。

超音波診断装置は、観察の対象となる生体の表面上に置かれた探触子（プローブ）を視点として対象となる生体の内部を断層像により映像化するものである。例えば、心臓や血管等の循環器系およ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の動きを断層像により観察して、それらの臓器の機能を診断する。

ところで、近年では、この超音波診断装置により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、特許文献１には、被検体の断層像を撮像し、この断層像の追跡したい部位をマークにより指定し、マークで指定した部位に対応する断層像を抽出し、断層像の動きをマークにより追跡する画像診断装置が提案されている。

特開２００４−１２１８３４号公報

ところで、生体局部の動きは、近接する生体局部の動きのみならず、遠隔にある生体局部の動きに影響を受けている。なぜなら、生体局部はそれぞれ連結し関係し合い、全体を構成しているからである。上記特許文献１の画像診断装置は、被検体の断層像全体の中での指定した部位の動きを追跡するだけであり、指定した部位について近接する部位や遠隔にある部位の動きの影響を排除した診断を行うことができない。

そこで、本発明においては、断層像を用いて生体内部の動作を解析するに際し、任意の場所に視点を移して相対的な生体内部の動作を解析することが可能な生体内部動作解析処理装置、生体内部動作解析処理プログラムおよび生体内部動作解析処理方法を提供することを目的とする。

本発明の生体内部動作解析処理装置は、被検体の断層像を撮像する断層撮像手段と、この断層撮像手段により得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定手段と、この点指定手段により指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換する視点変換手段と、この視点変換手段により得られたデータを出力するデータ出力手段とを有するものである。

また、本発明の生体内部動作解析処理プログラムは、被検体の断層像を撮像する断層撮像手段が接続されるコンピュータを、この断層撮像手段により得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定手段と、この点指定手段により指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換する視点変換手段と、この視点変換手段により得られたデータを出力するデータ出力手段として機能させるためのものである。

また、本発明の生体内部動作解析処理方法は、被検体の断層像を撮像する断層撮像ステップと、この断層撮像ステップにより得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定ステップと、この点指定ステップにより指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換する視点変換ステップと、この視点変換ステップにより得られたデータを出力するデータ出力ステップとを含むことを特徴とする。

これらの発明によれば、被検体の断層像上の任意の観察点が任意の視点を基準とする点の動きに変換され、データ出力される。これにより、任意の場所に視点を移した観察点の動きのデータが得られる。

ここで、データ出力は、変換後の観察点の動きの軌跡のデータを出力することが望ましい。これにより、被検体の断層像上の任意の観察点の動きが、任意の視点を基準とする点の動きの軌跡のデータとして得られる。

あるいは、データ出力は、変換後の複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力するものとすることが望ましい。これにより、任意の場所に視点を移した各観察点の動きが、これらの各観察点を線分で連結した多節リンクの動きのデータとして得られる。

このとき、データ出力は、多節リンクの動きをこの多節リンクの１つを基準とした動きのデータとして出力することが望ましい。これにより、任意の場所に視点を移した各観察点を線分で連結した多節リンクの動きが、１つの多節リンクを基準とした動きのデータとして得られる。

（１）被検体の断層像を撮像し、得られた断層像上の任意の点を複数個指定し、指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換し、得られたデータを出力する構成により、任意の場所に視点を移した観察点の動きのデータが得られ、この視点から相対的な生体内部の動作を解析することができるので、生体内部の指定した生体局部の部位について近接する生体局部や遠隔にある生体局部の動きの影響を排除した診断を行うことが可能となる。また、この視点変換によって、生体局部を動かす外力である近接する生体局部や遠隔にある生体局部の動き（他動）と、指定した生体局部の動き（自動）とに分けて比較し、診断を行うことができる。

（２）変換後の観察点の動きの軌跡のデータを出力する構成により、被検体の断層像上の任意の観察点の動きが、任意の視点を基準とする点の動きの軌跡のデータとして得られるので、この軌跡のデータから相対的な生体内部の動作を解析することが可能となる。

（３）変換後の複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力する構成により、任意の場所に視点を移した各観察点の動きが、これらの各観察点を線分で連結した多節リンクの動きのデータとして得られるので、任意の場所に視点を移した各観察点の動きだけではなく、各観察点の相対位置（角度）の動き（例えば、角速度、角加速度、角ストレイン、角ストレインレート）を解析することが可能となる。

（４）多節リンクの動きをこの多節リンクの１つを基準とした動きのデータとして出力する構成により、任意の場所に視点を移した各観察点を線分で連結した多節リンクの動きが、１つの多節リンクを基準とした動きのデータとして得られるので、各観察点の基準位置に対する相対位置（角度）の動きを解析することが可能となる。また、視点変換を繰り返すことによって得られる多節リンクのそれぞれの面積、移動方向、移動速度の差を比較することによって多節リンク全体内での動きの中心と動きの軸を求めることができる。この動きの中心と軸のずれを検討することで動作の評価を行うことが可能となる。さらに、正常な動きの中心軸や中心点が明らかにされることによって、これら正常例をテンプレートとし装置内に保存し、異常例の診断に際して呼び出し、正常例の中心軸、中心点を基準とし、異常例と照合することで自動診断が可能となる。

図１は本発明の実施の形態における生体内部動作解析処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の実施の形態における生体内部動作解析処理装置は、観察の対象となる被検体の断層像を撮像する断層撮像装置１と、断層撮像装置１が接続され、この断層撮像装置１により得られた断層像から動作解析処理を行う動作解析装置２と、動作解析装置２に接続され、この動作解析装置２により出力されたデータを表示する表示装置３とから構成される。

本実施形態における断層撮像装置１は、被検体の表面に密着させた探触子から超音波を発信し、反射した超音波を捉えて電気的に増幅、画像変換することにより被検体の断層像を得る公知の超音波断層撮像装置である。なお、断層撮像装置１としては、この超音波断層撮像装置の他、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置やＸ線コンピュータ断層映像（ＣＴ）装置等を用いることができる。

動作解析装置２は、断層撮像装置１により得られた断層像の画像を画像処理する画像処理手段４と、画像処理手段４による画像処理後の断層像上の任意の点を複数個指定する点指定手段５と、この点指定手段５により指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換する視点変換手段６と、この視点変換手段６により得られたデータを出力するデータ出力手段７とを有する。なお、動作解析装置２は、生体内部動作解析処理プログラムをコンピュータ上で動作させることにより実現される。

画像処理手段４は、断層撮像装置１により得られた断層像の画像について、適宜リフォーム、フレーム分割、最適化、強調処理や背景処理等の画像処理を行う。断層撮像装置１から入力される画像がアナログデータの場合、画像処理手段４はこのアナログデータをデジタルデータに変換してから各種画像処理を行う。一方、デジタルデータの場合、画像処理手段４はそのまま画像処理を行う。

点指定手段５は、断層像上で観察点とする点および視点とする点を、この動作解析装置２に備えるキーボードやポインティングデバイス等（図示せず。）により任意に指定するものである。ここで、観察点とする点および視点とする点は、それぞれ別々に指定することも、まとめて指定して後に観察点または視点として選択することも可能である。図３Ａは観察点として生体（心室中隔部心筋）上の１２個の点１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ、１１ｊ、１１ｋ、１１ｌを指定した例を示している。

視点変換手段６は、点指定手段５により指定された複数個の点のうち、観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換する。例えば、図４Ａに示す点１１ｂを視点とし、この点１１ｂに近接する点１１ａ，１１ｃを観察点とした場合、視点変換手段６は、点（観察点）１１ａ，１１ｃの動きを、点１１ｂを視点とする動きに変換する（図４Ｂ参照。）。すなわち、視点変換手段６は、視点１１ｂの動きを固定して、この視点１１ｂに対する観察点１１ａ，１１ｃの相対的な動きを演算する。

ここで、視点変換手段６は、上記視点変換を行うに際し、点指定手段５により指定された各点１１ａ〜１１ｌの動きを追跡するが、この追跡は自動識別または手動識別により行う。図３Ｂは各点１１ａ〜１１ｌの追跡の様子を示している。自動識別の場合、視点変換手段６は、画像の色、濃淡、形や分布等に基づいて各フレームの画像の各点１１ａ〜１１ｌの一致度の高い点を追跡すること（一致法（マッチング法））により識別を行う。あるいは、視点変換手段６は、各点１１ａ〜１１ｌの直前の軌道から移動位置を予測し、この予測位置を中心に検索することにより各点１１ａ〜１１ｌの識別を行う。このとき、直前の動きが停止あるいは緩徐で予測位置に該当点が見つからない場合、急激な運動変化が起こっている可能性があるので範囲を拡大して検索する。なお、上記画像の色、濃淡、形や分布等に基づく識別と予測検索による識別とを組み合わせたり、組み合わせる際の識別方法の優先順位を選択したりすることも可能である。

また、自動識別した結果、確実性が高い場合は“○”、不確実な場合は“？”、検索不能の場合は“×”を表示し、利用者に目視確認させる。また、目視確認を容易とするために、画像の各フレームおよび軌跡を半透明化してレイヤ表示（半透明重畳画像表示）したり、残像などのアニメーション効果を利用して表示したりすることも可能である。これにより、利用者は、確認訂正を行うか、手動識別へ切り替えることができる。なお、検索不能が連続した場合には、自動識別を停止する。ここで使用する半透明重畳画像は、位相差を判別しやすくする表示手段であるとともに、撮影時に撮影条件を一定に保つ撮影手段でもある。例えば、手術前と手術後、投薬前と投薬後や、不整脈発作時と非発作時等を比較したい場合、新たに検査を行い撮影する画像に、前に撮影した画像を半透明画像として重畳し、撮影の際の基準とすることによって、前後の撮影条件を極力同一に保ち、比較をより正確に行うための画像を撮影することができる。

なお、３次元的に移動する観察点を２次元平面にて追跡する際、平面に対して垂直方向の動きにより、画面から観察点が消える場合がある。この場合、動画の単位時間（例えば、一秒）当たりのフレーム数を増やすだけでは対応することができない。これを解決する方法として、近接する新たな観察点を設定することで、追跡を続行するリレー式（乗り換え式）追跡法を採用する。図５に示すように、点Ａ，Ｂのうち、点Ａを観察点として指定しての追尾中、フレーム３で予測検索点（×）に点Ａが出現せず、解析不能の場合、点Ａと近接する点Ｂが点Ａとの位置関係に変動がないことを確認したうえで、点Ａに変わって点Ｂを指定し、追跡する。これによって、フレーム１から５までの点Ａ，Ｂ領域の動作解析を完遂することが可能となる。

データ出力手段７は、視点変換手段６により得られたデータを出力するものである。データ出力手段７は、視点変換手段６により得られた生のデータを出力する他、このデータから生成した画像データや解析データ等を出力することが可能である。なお、データ出力手段７の出力先としては表示装置３の他、印刷装置やデータ記録媒体等が選択できる。

例えば、データ出力手段７は、前述のように、視点変換手段６によって点（観察点）１１ａ，１１ｃの動きが点１１ｂを視点とする動きに変換されたものについて、図４Ｂの表示例に示すように視点となる点１１ｂの位置を固定し、この点１１ｂに対する観察点１１ａ，１１ｃの配置のみ変化するデータを出力する。

また、データ出力手段７は、視点変換手段６により得られた変換後の観察点の動きの軌跡のデータを出力することができる。例えば、点指定手段５により、図６に示すように生体（左室流出路２０）の２点（心室中隔側大動脈弁輪部２１・左心房側大動脈弁輪部２２）を指定した場合、視点変換手段６によって視点変換を行わずにデータ出力手段７によって２点２１，２２の動きの軌跡のデータを出力すると、表示装置３には図７に示すように表示される（収縮期を白丸で、拡張期を黒丸で示している。）。図７の例では、２点２１，２２は時計回りに動いている。

しかし、視点変換手段６によって左心房側大動脈弁輪部の点２２を視点とし、心室中隔側大動脈弁輪部の点２１を観察点として視点変換手段６により視点変換を行い、データ出力手段７によってこの変換後の観察点２１の動きの軌跡のデータを出力すると、表示装置３には図８に示すように表示される。なお、図８の例では、視点とした左心房側大動脈弁輪部の点２２を原点としてＸ軸およびＹ軸を表示している。

このデータ出力手段７により出力された図８に基づいて動きを評価する場合、動きを２成分に分けて解析する必要がある。動きは自らの動き（自動）と外力による動き（他動）によって構成されている。あるいは、局所の動きと全体の動きや、局部の動きと周辺部の動きと言い換えることもできる。また、自動という動きを評価し、比較する指標として、次の自動能、他動能という概念で表すこともできる。
自動能＝自動／（自動＋他動）
他動能＝他動／（自動＋他動）
なお、自動、他動の程度は、移動領域の面積、距離や速度等の数値で表される。

図８において点２２は自動能のない部位であると判断した場合、図７に示される点２２の軌跡Ｍ₂₂は、点２２に対して外部から加えられた力のみによる動き、すなわち他動を表していることになる。一方、図８に示される点２１の軌跡Ｍ_21-22を点２１の自動能による動きと判断した場合、図７に示される点２１の軌跡Ｍ₂₁から図８に示される点２１の軌跡Ｍ_21-22を差し引いた軌跡Ｍ_21-(21-22)が点２１に働く外力による他動を示すことになる。

これにより、点２１における動きを自動と他動とに分けることができ、軌跡の比Ｍ_21-22／Ｍ₂₁（例えば、移動距離や移動面積の比）を求めることにより、自動能、他動能という概念で局所の動きを評価することができる（例えば、０％のときは自動能なし、５０％のときは自動能と他動能とが１：１、１００％のときは自動能のみ等）。また、各部位における自動能、他動能を比較することもできる。例えば、点２１、点２２における自動能の比較は、軌跡の比Ｍ_22-21／Ｍ₂₁対０で表され、他動能の比較では、軌跡の比Ｍ_21-(21-22)／Ｍ₂₁対Ｍ₂₂／Ｍ₂₂で表される。

また、データ出力手段７は、複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力することができる（図３Ｃ参照。）。例えば、点指定手段５により、図１１Ａに示すように生体（左室流出路２０）の３点（心室中隔側大動脈弁輪部２１・左心房側大動脈弁輪部２２・左室流出路前部２３）を指定し、各観察点２１，２２，２３を線分で連結して多節リンク２４，２５を形成し、この多節リンク２４，２５の動きのデータを出力する。これにより、表示装置３には、図１１Ｂに示すように観察点２１，２２，２３で構成される多節リンク２４，２５の動きが表示される。

また、データ出力手段７は、この形成した多節リンクの動きを、視点変換手段６により、多節リンクの１つを基準とした動きのデータとして出力することができる（図３Ｄ参照。）。例えば、図１１Ｂの観察点２１を視点２１として視点変換手段６により視点変換し、この変換後の各観察点２２，２３と視点２１とから構成される多節リンク２４，２５を、図１２Ａに示すように視点２１を原点として、Ｘ軸、Ｙ軸方向へ平行移動し、表示する。あるいは、視点２１を原点とし、視点２１と観察点２２がＸ軸と平行となるように多節リンク２４，２５の動きのデータを回転する。これにより、表示装置３には、図１２Ｂに示すように多節リンク２４（大動脈弁輪部）を基準として、これと左室流出路前部の点２３（多節リンク２５）が作る角度が表示される。また、データ出力手段７は、この角度を図１３に示すようなグラフのデータとして出力することも可能である。なお、図１３において角度のデータは黒線で示されており、グレー線はその補間関数を示している。

動作には、動きの中心と軸が存在し、人体では四肢の関節や脊柱等が動きの中心や軸となることにより、歩行やスポーツ時の動きが成り立っている。動作の解析においては、これらの動作中心、動作軸を求め、これを基準として動作解析することが必要である。また、心臓の動きの中にも、動きの中心点と軸が存在しており、上記視点変換手段６による視点変換によって、これら中心点と軸を検出し、評価することが可能である。

図９Ａは拡張末期と収縮末期において、心室中隔部心筋の一部における複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力した例を示す図、図９Ｂは図９Ａの位相差のある領域をグレー表示した例を示す図である。図１０Ａは図９Ａの点１１ｂを視点として視点変換した後の画像を示す図、図１０Ｂは図１０Ａの位相差のある領域をグレー表示した例を示す図である。

これらの図から分かるように、視点変換を行うことによって、図９Ｂにおいてグレーで表示された位相差のある領域ｄが図１０Ｂでは減少している。また、各点１１ａ〜点１１ｌをそれぞれ視点として順次視点変換を実施し、各々の領域ｄの面積を比較した結果、視点を点１１ｂにおいた場合が領域ｄの面積が最小であり、次に小さいのが点１１ｆの場合であれば、線分で囲まれた心筋の動作軸は点１１ｂ，１１ｆを結ぶ線分１１ｍ上にあると判断され、動作中心はこの線分上の点１１ｂ寄りにあると考えられる。また、線１１ｂ，１１ｆを結ぶ線分１１ｍよりも右側の部分は上方に、左側の部分は下方に移動していることが分かる。このような方法により、動作中心、動作軸の判定が可能である。また、視点変換を行った場合の領域ｂの個々の面積の比較以外にも、領域ｓで示す拡張末期と収縮末期との重なりの面積の比較や、白抜き矢印で示す個々の点の移動ベクトルの総和の比較でも、動作中心、動作軸の決定は可能である。

さらに、データ出力手段７は、各点および多節リンクの移動方向と移動速度（距離）を色表示することも可能である。色表示を行う場合、色覚異常者が使用することを考慮して、赤および緑の使用を控えた配色を選択し、色覚に応じたバリヤーフリーカラーを使用する。例えば、図１４Ａに示すように、移動方向が０から１８０度までを橙色から黄色のグラデーション２６で、１８０から３６０度までを青色から水色のグラデーション２７で表示し、移動速度が低速であるほど色相を淡く、高速であるほど濃く表せば、色相の違いと濃淡で移動方向と速度を同時に色表示することができる。これにより、視覚的に簡単に動きの全体像を認識することが可能となる。図１４Ｂは、観察点１１ａから１１ｌで構成される線分で囲まれた心筋の点１１ｂを視点としたときの動きを図１４Ａに示す色パレットで示す色によって、移動方向と移動速度を同時に表示した例を示している。

上記構成の生体内部動作解析処理装置による生体内部動作解析処理について、図２のフロー図に沿って説明する。

（Ｓ１０１）断層撮像装置１によって、被検体としての生体の内部の断層像を得る。
（Ｓ１０２）画像処理手段４によって、断層撮像装置１により得られた断層像の画像を必要に応じて画像処理する。
（Ｓ１０３）点指定手段５によって、画像処理後の断層像上で観察点および視点とする任意の点を複数個指定する（図１１Ａの心室中隔側大動脈弁輪部の点２１、左心房側大動脈弁輪部の点２２、左室流出路前部の点２３参照。）。
（Ｓ１０４）視点変換手段６によって、点指定手段５により指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きを、この観察点以外の点を視点とする動きに変換する（例えば、図１１Ａの左心房側大動脈弁輪部の点２２および左室流出路前部の点２３を観察点とし、これらの観察点の動きを心室中隔側大動脈弁輪部の点２１を視点とする動きに変換する。）。
（Ｓ１０５）データ出力手段７によって、視点変換手段６により得られたデータを出力する。なお、データ出力手段７により出力されるデータを、再度視点変換手段６に入力し、別の点を視点とする各観察点の視点変換を行うことも可能である。

以上のように、本実施形態における生体内部動作解析処理装置では、被検体の断層像を撮像し、得られた断層像上の任意の点を複数個指定し、指定された複数個の点のうち観察点とする点の動きをこの観察点以外の点を視点とする動きに変換し、得られたデータを出力する構成により、任意の場所に視点を移した観察点の動きのデータが得られる。これにより、任意の視点から相対的な生体内部の動作を解析することが可能となるので、生体内部の指定した生体局部の部位について近接する生体局部や遠隔にある生体局部の動きの影響を排除した診断を行うことが可能となる。

また、本実施形態における生体内部動作解析処理装置では、変換後の観察点の動きの軌跡のデータを出力することが可能である。これにより、被検体の断層像上の任意の観察点の動きが、任意の視点を基準とする点の動きの軌跡のデータとして得られるので、この軌跡のデータから相対的な生体内部の動作を解析することが可能となる。

また、本実施形態における生体内部動作解析処理装置では、変換後の複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力することが可能である。これにより、任意の場所に視点を移した各観察点の動きが、これらの各観察点を線分で連結した多節リンクの動きのデータとして得られるので、任意の場所に視点を移した各観察点の動きだけではなく、各観察点の相対位置（角度）の動きを解析することが可能となる。

また、本実施形態における生体内部動作解析処理装置では、多節リンクの動きをこの多節リンクの１つを基準とした動きのデータとして出力することが可能である。これにより、任意の場所に視点を移した各観察点を線分で連結した多節リンクの動きが、１つの多節リンクを基準とした動きのデータとして得られるので、各観察点の基準位置に対する相対位置（角度）の動きを解析することが可能となる。

また、本実施形態における生体内部動作解析処理装置は、カラードプラ法によって得られたカラー画像について適用することが可能である。この場合、大動脈弁逆流（拡張早期３０から拡張末期３３まで）の各フレームのカラー画像に対して、色識別を行い、大動脈弁逆流の逆流流域をフレームごとに同定する。同時に、心室中隔側大動脈弁輪部２１、左心房側大動脈弁輪部２２と逆流噴出口３４を点指定し、その移動を重畳表示する（図１５参照。）。そして、視点変換手段６によって心室中隔側大動脈弁輪部の点２１を原点とし、２点２１，２２を結ぶ線分を軸とした逆流噴出口の点３４の動きを表示する（図１６参照。）。これにより、大動脈弁逆流流域の拡張期におけるその面積、方向、および大動脈弁輪部との位置関係の変化が明らかとなり、大動脈弁逆流のより詳細で正確な定量、定性的評価を行うことが可能となる。

また、本実施形態における生体内部動作解析処理装置では、前述のように視点変換を行うに際して各点の動きを一致法（マッチング法）により自動追跡するが、単位時間当たり（フレーム間）の動きが非常に大きい対象物を、この一致法を用いて最も一致度の高い点のみで追跡することは困難である。この場合は、逆に、最も一致度の低い点（不一致度）にて追跡する必要がある。あるいは、一致度（不一致度）の程度に応じた識別追跡（位相差追跡法）が必要である。例えば、弁の動きは心筋に比べて非常に速く、腱索の断裂、弁の逸脱による、弁の病的な動きを追跡することはさらに困難である。

この解決策として、フレーム画像を半透明重畳表示し、フレーム間での位相差を検出し、この位相の程度に応じて追跡したい領域を指定し、領域間の属性（グループ属性、順列、位置）情報を与えて追跡する。さらにフレーム数を上げ、追跡結果から予測される移動領域を中心に検索追跡を実施する。例えば、図１７Ａと図１７Ｂは大動脈弁部４０の連続するフレームを表しているが、これらの図に示すように、連続するフレームで大動脈弁４１の閉鎖から開口までの瞬間が捉えられており、他の領域に比べて非常に動きが速い。したがって、このフレーム間においては、大動脈弁部４０は、一致度法による一致度の高い領域を検索するだけでは追跡することが困難である。この場合、一致度とは逆の不一致度を用いて追跡する必要がある。

図１７Ｃは図１７Ａと図１７Ｂの半透明重畳画像であり、この図から明らかであるように大動脈弁部４０は開口によって元の位置から大きく変位している。図１７Ｄは図１７Ｃの半透明重畳画面から位相差の大きい領域を識別したものである。図１７Ｄでは位相差の大きい領域を濃いグレーの領域で表示している。図１７Ｅは図１７Ｃの半透明重畳画面よりも位相差の大きい領域（濃いグレーで示す領域）ｄ１〜ｄ８と、位相差のない（重なり合った）領域（薄いグレーで示す領域）ｓ１，ｓ２とに分割表示したものである。この図１７Ｅにおいて、開口前の大動脈右冠尖部は領域ｄ１，ｓ１，ｄ７、開口後の大動脈右冠尖部は領域ｄ８，ｓ１，ｄ２に相当し、開口前の大動脈弁無冠尖部は領域ｄ４，ｓ２，ｄ３、開口後の大動脈弁無冠尖部は領域ｄ５，ｓ２，ｄ３に相当している。そこで、それぞれの領域が、連結された順列に変動のない対応する領域であるという領域間の属性情報を追加（関連付け処理）することにより、図１７Ａおよび図１７Ｂで示された大動脈弁４１の動きを追跡することが可能となる。

図１７Ｆは関連付け処理を行った領域ｄ１，ｓ１，ｄ７の大動脈右冠尖部と領域ｄ８，ｓ１，ｄ２の半透明重畳画面である。この図において、領域ｄ１，ｓ１，ｄ７の大動脈右冠尖先端部Ａを指定すれば、領域間の関連性から領域ｄ７は領域ｄ２に対応し、領域ｄ７の先端部Ａは領域ｄ２の右方の先端部Ｂ点に対応することが容易に識別される。これにより、大動脈弁４１の開放に伴い、大動脈右冠尖先端部はＡ点から点Ｂへと移動することが判明する。なお、関連付け処理によって、領域ｄ５，ｓ２，ｄ３の大動脈弁無冠尖部分の最右端Ｃを追跡することは決して無い。さらに、時間当たりのフレーム数を上げた場合の追跡であっても、軌跡ＡＢの領域において移動していると予測されるので、軌跡ＡＢ領域に検索範囲を絞ることで大動脈右冠尖先端部は簡単に追跡することが可能である。

また、上記のように始点と終点とを決定した後、通過点を予測する後ろ向き検索法と、解析済みの連続するフレームから判定した動きから、次のフレーム上の移動位置を予測検索する前向き検索法との２つの予測検索法を利用することができる。

ところで、点指定を行いフレームごとに追跡を実施する場合、記録時の映像が低画質であったり、超音波の周波数に起因する分解能の問題があったり、心筋内部のように層状に錯綜する心筋線維によって超音波が散乱しノイズが生じたりして、斑紋状の紋様スペックルパターンがフレームごとに非連続的に出現すると追跡は非常に困難となる。このような困難な解析にあたっては、多段階多手段併用法が必要である。

例えば、図１８に示すようにＶＨＳ方式のビデオテープから入力された動画は、一般に画質が劣化しており、この解析は非常に困難である。さらに、心筋内部に於いては不連続な斑紋状画像を追跡しなければならない。この劣悪な画質を改善、およびノイズを除去するために、各フレームを最適化する。一例として、図１９に示すように、図１８の心室中隔長軸断層像を２階調化画像に変換し、初段階追跡として、まず拡張末期（濃いグレー領域）と収縮末期（薄いグレー領域）の２階調化画像半透明重畳画面から位相差追跡法によって心室中隔左室側心内部のＬ１，Ｌ２，Ｌ３の３点について、矢印で示す方向の動きを確認する。

次に、後ろ向き予測検索法に、点Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配置順列情報と、近接する３点は近似する動きをするという補足情報と、リレー式追跡法とを加えて、３点の追跡を適時、２階調化前の画像に戻って追跡する。追跡困難なフレームは間引きした後に、再々度、リレー式追跡法、後ろ向き予測検索法、前向き予測検索法にて追跡する。

図２０は同様に心室中隔右室側心内膜部の点Ｒ１および心室中隔心筋内部の点Ｉ１を追跡した結果を示している。図２１は心室中隔右室側、心室中隔心筋、心室中隔左室側のＲ１，Ｉ１，Ｌ２の３点についての軌跡を多節リンク表示したものである。図２２は図２１のＲ１を原点としＲ１−Ｌ２を軸として視点変換したときの軌跡を多節リンク表示したものである。

本発明の生体内部動作解析処理装置、生体内部動作解析処理プログラムおよび生体内部動作解析処理方法は、断層像を用いて生体内部の動作を解析する装置、プログラムおよび方法として有用である。特に、生体内部の指定した生体局部の部位について近接する生体局部や遠隔にある生体局部の動きの影響を排除した診断を行うことが可能な装置、プログラムおよび方法として好適である。

本発明の実施の形態における生体内部動作解析処理装置の構成を示すブロック図である。 生体内部動作解析処理のフロー図である。 観察点として生体（心室中隔部心筋）上の１２個の点を指定した例を示す図である。 各点の追跡の様子を示す図である。 多節リンクの動きのデータの出力例を示す図である。 多節リンクの１つを基準とした動きのデータの出力例を示す図である。 視点変換の例を示す図である。 視点変換の例を示す図である。 リレー式（乗り換え式）追跡法の説明図である。 点指定手段による点指定の例を示す図である。 ２点の動きの軌跡のデータの出力例を示す図である。 左心房側大動脈弁輪部の点を視点とし、心室中隔側大動脈弁輪部の点を観察点として視点変換を行った例を示す図である。 拡張末期と収縮末期において、心室中隔部心筋の一部における複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力した例を示す図である。 図９Ａの位相差のある領域をグレー表示した例を示す図である。 図９Ａの点１１ｂを視点として視点変換した後の画像を示す図である。 図１０Ａの位相差のある領域をグレー表示した例を示す図である。 生体の３点を指定した例を示す図である。 視点変換前の各観察点と視点とを線分で連結した多節リンクの動きのデータの出力例を示す図である。 視点を原点としてＸ軸、Ｙ軸方向へ平行移動して出力した例を示す図である。 １つの多節リンクを基準として動きのデータを回転して出力した例を示す図である。 グラフによる出力例を示す図である。 各点および多節リンクの移動方向と移動速度（距離）を色表示する際の色パレットの例を示す図である。 図１４Ａの色パレットで示す色によって移動方向と移動速度を同時に表示した例を示す図である。 ３点を指定してその移動を重畳表示した例を示す図である。 視点変換後の逆流噴出口の動きのデータの出力例を示す図である。 大動脈弁部の１フレーム画像を示す図である。 大動脈弁部の１フレーム画像を示す図である。 図１７Ａと図１７Ｂの半透明重畳画像である。 図１７Ｃの半透明重畳画面から位相差の大きい領域を識別したものである。位相差の大きい領域を濃いグレーの領域で表示している。 図１７Ｃの半透明重畳画面を元に位相差の大きい領域（濃いグレーで示す領域）ｄ１〜ｄ８と、位相差のない（重なり合った）領域（薄いグレーで示す領域）ｓ１，ｓ２とに分割表示したものである。 関連付け処理を行った領域ｄ１，ｓ１，ｄ７の大動脈右冠尖部と領域ｄ８，ｓ１，ｄ２の半透明重畳画面である。 心室中隔長軸断層像の連続したフレームを示す図である。 心室中隔長軸断層像の２階調化画像を示す図である。 追跡結果を示す図である。 心室中隔右室側、心室中隔心筋内、心室中隔左室側３点の多節リンク表示画像を示す図である。 視点変換後の心室中隔右室側、心室中隔心筋内、心室中隔左室側３点の多節リンク表示画像を示す図である。

符号の説明

１ 断層撮像装置
２ 動作解析装置
３ 表示装置
４ 画像処理手段
５ 点指定手段
６ 視点変換手段
７ データ出力手段

Claims (6)

1. 被検体の断層像を撮像する断層撮像手段と、
   この断層撮像手段により得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定手段と、
   この点指定手段により指定された複数個の点のうち観察点とする任意の点の動きを、前記指定された複数個の点のうち前記観察点以外の任意の点を視点とする動きに変換する視点変換手段と、
   この視点変換手段により得られたデータを出力するデータ出力手段と
   を有する生体内部動作解析処理装置。
2. 前記データ出力手段は、前記変換後の観察点の動きの軌跡のデータを出力するものである請求項１記載の生体内部動作解析処理装置。
3. 前記データ出力手段は、前記変換後の複数の観察点を線分で連結して多節リンクを形成し、この多節リンクの動きのデータを出力するものである請求項１記載の生体内部動作解析処理装置。
4. 前記データ出力手段は、前記多節リンクの動きをこの多節リンクの１つを基準とした動きのデータとして出力するものである請求項３記載の生体内部動作解析処理装置。
5. 被検体の断層像を撮像する断層撮像手段が接続されるコンピュータを、
   この断層撮像手段により得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定手段と、
   この点指定手段により指定された複数個の点のうち観察点とする任意の点の動きを、前記指定された複数個の点のうち前記観察点以外の任意の点を視点とする動きに変換する視点変換手段と、
   この視点変換手段により得られたデータを出力するデータ出力手段と
   して機能させるための生体内部動作解析処理プログラム。
6. 被検体の断層撮像により得られた断層像上の任意の点を複数個指定する点指定ステップと、
   この点指定ステップにより指定された複数個の点のうち観察点とする任意の点の動きを、前記指定された複数個の点のうち前記観察点以外の任意の点を視点とする動きに変換する視点変換ステップと、
   この視点変換ステップにより得られたデータを出力するデータ出力ステップと
   を含む生体内部動作解析処理方法。