超声波诊断装置、超声波诊断装置的图像处理方法
超声波诊断装置、超声波诊断装置的图像处理方法
【专利摘要】提供一种在拍摄了关节部位的超声波图像中，不进行图案匹配就能够高精度地检测骨表面和关节腔区域的超声波诊断装置。超声波诊断装置的特征在于，包括：构成要素确定部，在超声波图像中，将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方向、将与第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中将所述第二方向的像素位置为N(N为1以上的整数)的第一确定像素和所述第二方向的像素位置为N+1的第二确定像素以第二确定像素的亮度大且第一确定像素和第二确定像素接近的方式建立关联，从而从超声波图像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在第一方向上的顺序来确定特征线中的哪个特征线表示构成要素间的边界，确定表示各构成要素的边界的图像部分。
【专利说明】超声波诊断装置、超声波诊断装置的图像处理方法
[0001] 在2013年8月19日申请的日本专利申请2013-169527号、在2013年8月21 日申请的日本专利申请2013-171033号以及在2014年8月6日申请的日本专利申请 2014-160638号中包含的权利要求书、说明书、附图以及摘要的公开内容全部援用到本申请 中。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及将进行超声波的发送接收的超声波探头抵接到被检者的体表面、尤其 是四肢关节，从而进行超声波诊断的超声波诊断装置、超声波图像分析方法及其程序。
【背景技术】
[0003] 近年来，在以关节风湿为首的关节炎的疾病活动性的评价中使用超声波诊断装置 越来越平常。在疾病活动性的评价中主要使用B模式图像和能量多普勒图像，在B模式图 像中能够观察滑膜肥厚或滑膜液积存、骨糜烂，在能量多普勒图像中能够观察滑膜的炎症。
[0004] 除此之外，提出了使用超声波图像而按等级来判定疾病活动性的方法。在使用能 量多普勒图像将炎症的程度进行等级化的情况下，根据所观测的血流信号在肥厚的滑膜区 域中占据多少比例来判定等级。
[0005] 为了根据超声波图像的观察结果而将疾病活动性客观地进行量化，最好尽可能排 除包括检查者的主观的用户操作，按照一定的基准进行量化。例如，在非专利文献1中，提 出了如下技术：在超声波图像上徒手描画包括肥厚的滑膜的关节腔，并将血流信号在该描 画的区域中占据的占有率计算作为定量评价值。但是，若使检查者徒手描画关节腔，则即使 根据同一个超声波图像来描画关节腔，也根据检查者不同而在描画结果中产生偏差，此外， 即使是同一个检查者，也根据描画的时间不同而在描画结果中产生偏差。作为结果，在进行 了量化的血流信号的占有率中产生由检查者的主观所引起的偏差。
[0006] 为了解决上述课题，例如在专利文献1中，提出了如下方法：确定骨表面之后切出 关节腔区域，并对关节腔区域进行分析，从而客观地对疾病活动性进行量化。根据这个方 法，排除检查者的主观的同时，除了血流信号之外，还能够对由骨皮质的破坏、软骨的损伤 所引起的关节的狭小化、伴随滑膜肥厚的关节囊的伸展等的图像观察结果进行定量评价。
[0007] 【现有技术文献】
[0008] 【专利文献】
[0009] 【专利文献1】（日本）特开2013-056156号公报 [0010]【非专利文献】
[0011] 【非专利文献1】小池隆夫、「超音波检査法全用^亡関節U7 ^ 〇新^ ^診療」、 P40-43、J r < 力，I 卜匕二一社、2010 年 3 月 10 日
[0012] 但是，为了更加客观地对疾病活动性进行量化，提高骨表面、关节腔区域等关节部 位的构成要素的检测精度是比较重要的。以往，在这样的构成要素的边界的检测中，使用对 亮度设定阈值的、对亮度在与构成要素的边界大致正交的方向上使用了微分或二次微分的 边缘检测技术。但是，在这样的方法中，由于在如关节部位那样存在多个构成要素的部位， 多个边界作为成为一体的单一线条而取得，所以为了确定各构成要素，需要进行图案匹配 等，判断各边缘对应于哪个构成要素的边界。因此，有可能会发生不一定存在适当的图案， 不能确定构成要素的情况，或者构成要素与其他构成要素的边界位置的误识别等。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于，提供一种能够准确地确定构成关节部位的各构成要素的超声 波诊断装置。
[0014] 本发明的一个方式的超声波诊断装置是从拍摄了关节部位的超声波图像中确定 表示所述关节部位的构成要素的图像部分的超声波诊断装置，其特征在于，包括取得超声 波图像而确定所述图像部分的图像处理电路，所述图像处理电路包括：超声波图像取得部， 取得超声波图像；以及构成要素确定部，在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直 的被检体的深度方向设为第一方向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通 过在第二方向的全部像素位置中，进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第 二确定像素接近的情况下将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而 从所述超声波图像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确 定所述特征线中的哪个特征线表示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界 的图像部分，其中，所述第一确定像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确 定像素是所述第二方向的像素位置为N+1的像素,并且N为1以上的整数。
[0015] 根据上述结构，由于能够以分别独立的形式检测表示构成要素的边界的特征线， 所以不需要用于将多个特征线的集合对应于各构成要素的边界的图案匹配。因此，能够与 构成要素的边界线对应于哪个特征线和特征线的形状无关，准确地检测构成要素与其他构 成要素的边界。此外，即使假设表示关节部位的图像部分的形状与一般的表示关节部位的 图像的形状大不相同，也因深度方向上的各构成要素的顺序不变，所以能够准确地确定各 构成要素而不会弄错构成要素。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是实施方式的超声波诊断装置的框图。
[0017] 图2是表不了关节概略的图。
[0018] 图3 (a)是表不拍摄了关节的超声波图像的一例的图，图3 (b)是表不拍摄了患上 风湿的关节的超声波图像的一例的图。
[0019] 图4是表示实施方式的超声波诊断装置的动作的流程图。
[0020] 图5是表示实施方式的超声波诊断装置中的构成要素的确定动作的流程图。
[0021] 图6 (a)是表不拍摄了关节的超声波图像中的骨表面的图，图6 (b)是表不拍摄了 关节的超声波图像中边缘的分类的图。
[0022] 图7是表示使用了实施方式的动态规划法（動的計画法）的边缘检测的动作的流 程图。
[0023] 图8(a)是表示在拍摄了关节的超声波图像中检测到的边缘的图，图8(b)是表示 使用了实施方式的动态规划法的边缘检测的一例的图，图8(c)是使用了实施方式的动态 规划法的边缘检测中的Value值的例，图8 (d)是表示使用了实施方式的动态规划法的边缘 检测的一例的图，图8(e)是使用了实施方式的动态规划法的边缘检测中的Value值的例。
[0024] 图9是表示实施方式的边缘的分类动作的流程图。
[0025] 图10(a)是表示实施方式的滑膜的确定的一例的图，图10(b)是表示实施方式的 滑膜的确定的一例的图。
[0026] 图11是表示在超声波图像中骨表面的边缘的图。
[0027] 图12(a)是表示实施方式的关节的确定的一例的图，图12(b)是表示实施方式的 关节的确定的一例的图。
[0028] 图13是表示实施方式的关节囊的确定的一例的图。
[0029] 图14是表示实施方式的超声波诊断装置中的疾病活动性的量化动作的流程图。
[0030] 图15是表示拍摄了关节的超声波图像中的骨糜烂的图。
[0031] 图16(a)是表示实施方式的骨糜烂的检测的图，图16(b)是用于骨糜烂的检测的 一阶差分的概念图，图16(c)是表示骨糜烂的检测的动作的图。
[0032] 图17 (a)是表不实施方式的骨表面的量化的图，图17 (b)是表不实施方式的骨表 面的量化的图。
[0033] 图18 (a)是表不实施方式的骨表面的量化的图，图18 (b)是表不实施方式的骨糜 烂的量化的图。
[0034] 图19(a)是表示实施方式的关节囊的量化的一例的图，图19(b)是表示实施方式 的关节囊的量化的一例的图。
[0035] 图20 (a)是表不变形例的关节腔区域的确定的一例的图，图20 (b)是表不变形例 的关节腔区域的确定的一例的图，图20(c)是表示变形例的关节腔区域的确定的一例的 图。
[0036] 图21 (a)是表示实施方式的关节腔区域的量化的一例的图，图21 (b)是表示实施 方式的关节腔区域的量化的一例的图。
[0037] 图22是表示实施方式的关节腔区域的量化的一例的图。
[0038] 标号说明
[0039] 11超声波探头
[0040] 20超声波诊断装置
[0041] 21超声波发送接收部
[0042] 22超声波图像生成部
[0043] 23存储部
[0044] 24边缘检测部
[0045] 25构成要素确定部
[0046] 26病状分析部
[0047] 27控制部
[0048] 28画面生成部
[0049] 31输入部
[0050] 32显示部
[0051] 111、121 骨
[0052] 112、122 软骨
[0053] 130 滑膜
[0054] 140、205、394 关节囊
[0055] 201、202、301、302 骨表面
[0056] 203 皮肤
[0057] 206关节腔区域
[0058] 208血流信号
[0059] 303皮肤段
[0060] 3〇4肌腱段
[0061] 305 骨段
[0062] 3〇8、3〇9 骨端部
【具体实施方式】
[0063] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0064] (实施方式1)
[0065] 图1是表示本实施方式的超声波诊断装置20的结构的框图。超声波诊断装置20 包括超声波发送接收部21、超声波图像生成部22、存储部23、边缘检测部24、构成要素确定 部25、病状分析部26、控制部27、画面生成部28。作为图像处理电路，超声波图像生成部 22、存储部23、边缘检测部24、构成要素确定部25由一个块的电路构成。另外，超声波发送 接收部21、病状分析部26、控制部27、画面生成部28作为不同于图像处理电路的电路构成。 这些也可以根据需要而构成为图像处理电路的内部结构。超声波探头11、输入部31、显示 部32是从外部连接到超声波诊断装置20的结构。这些也可以根据需要而构成为包含在超 声波诊断装置20中。
[0066] 超声波探头11是具有例如由PZT (锆钛酸铅）等构成的振动元件配置为一列的振 动元件阵列的线型探头。超声波探头11将在超声波发送接收部21中生成的超声波发送信 号变换为发送超声波并送到被检体。被送出的发送超声波在作为被检体的生物体内的、存 在关节部位的构成要素间的声阻抗之差的部分被反射。此时，声阻抗之差越显著则反射的 超声波的能量也越大。
[0067] 被反射的反射超声波在超声波探头11中接收。在超声波探头11中接收到的超声 波作为超声波接收信号而输入到超声波发送接收部21。超声波发送接收部21进行基于整 相相加的波束成形，并将整相相加后的超声波接收信号作为声线信号，以超声波的一次发 送接收的扫描线为单位输出到超声波图像生成部22。
[0068] 超声波图像生成部22将从超声波发送接收部21输入的声线信号进行合计，并进 行包络线检波、对数压缩等而变换为亮度数据，且将扫描线的位置和深度变换为正交坐标， 生成超声波图像。在超声波图像生成部22中生成的超声波图像暂时存储在存储部23中。
[0069] 存储部23是暂时存储超声波图像、后述的构成要素的确定信息、疾病活动性的存 储装置，例如由RAM、闪存、硬盘驱动器等构成。
[0070] 输入部31是用于检查者输入检查者名、患者名、超声波诊断装置的设定信息的结 构，例如由键盘、轨迹球、手写平板等的输入设备构成。此外，例如，也可以是与后述的显示 部32-体的触摸面板等。
[0071] 边缘检测部24读出在存储部23中存储的超声波图像，检测图像内的边缘。检测 到的边缘用于从超声波图像中确定表示关节部位的构成要素的图像部分（以下，简单记载 为"构成要素"）。
[0072] 构成要素确定部25使用边缘检测部24检测到的边缘，确定超声波图像内的各构 成要素。具体而言，从拍摄了关节部的超声波图像中，确定分别表示骨表面、关节位置、关节 腔区域、滑膜的图像部分（以下，分别简单记载为"骨表面"、"关节位置"、"关节腔区域"、"滑 膜"）。
[0073] 病状分析部26对构成要素确定部25确定的超声波图像的各构成要素进行分析， 定量地评价风湿的病状的疾病活动性。
[0074] 控制部27将用户经由输入部31输入的设定信息与在存储部23中存储的超声波 图像建立对应而保持。此外，分别取得构成要素确定部25确定的超声波图像的各构成要 素、病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并与设定信息一同通知到画面生成部28。
[0075] 画面生成部28读出在存储部23中存储的超声波图像。此外，画面生成部28从控 制部27接受从输入部31输入的检查者名、患者名、时间信息、超声波诊断装置的设定信息 以及病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并重叠到所读出的超声波图像上，输出到显 示部32。
[0076] 显示部32是对检查者提示画面生成部28生成的图像的监视器，例如是液晶显示 器。
[0077] 超声波发送接收部21、超声波图像生成部22、边缘检测部24、构成要素确定部 25、病状分析部26、控制部27、画面生成部28分别通过例如存储器和CPU(中央处理器）、 GPU (图形处理单元）等的可编程设备和软件、或者FPGA (现场可编程门阵列）、ASIC (专用 集成电路）等的硬件实现。
[0078] <测定对象>
[0079] 本实施方式中的主要的被检体的测定对象是关节。作为关节的一例，图2表示手 指关节的概略。如图2所示，关节由骨111、骨121、软骨112、软骨122、滑膜130、关节囊140 构成。骨111和骨121的前端部分上分别附带了软骨112和软骨122,且滑膜130以包围软 骨112和软骨122的方式存在。此外，关节囊140以包围滑膜130的方式附着到骨111和 骨 121。
[0080] 例如，若关节风湿进展，则能够确认滑膜130的肥厚或滑膜130内的关节液的积 存、由骨皮质的破坏所引起的骨糜烂。此外，因软骨112、软骨122的破坏导致关节的间隙变 窄，关节强直。此外，在多数病例中，确认了在滑膜130内部中增生新的血管。
[0081] 使用图3(a)、图3(b)，说明拍摄了关节的超声波图像和关节风湿的病状。
[0082] 图3(a)是拍摄了没有患上关节风湿的关节的超声波图像。在超声波图像中，描画 了骨表面201、骨表面202、皮肤203、肌腱204、关节囊205。由于骨表面201、骨表面202和 皮肤203是比较硬的构成要素，所以在超声波图像上也描画为高亮度。由骨表面201、骨表 面202、关节囊205包围的区域是关节腔区域206。
[0083] 由于到达骨111、骨112的超声波的大部分被骨表面反射，所以骨的内部基本上未 被描画，只有骨表面描画为高亮度。与骨表面201、骨表面202、皮肤203相比，肌腱204和 关节囊205描画为低亮度。此外，与肌腱204和关节囊205相比，滑膜130是更低的亮度， 软骨112、软骨122基本上不具有亮度值。因此，在拍摄了关节部位的超声波图像中，除了皮 肤203、骨表面201、骨表面202之外，肌腱204、关节囊205描画为比较高的亮度。
[0084] 另一方面，图3(b)是拍摄了患上关节风湿的关节的超声波图像。由于滑膜130随 着风湿疾病的活动性进展而肥厚，所以包围滑膜130的关节囊140也肥大。因此，超声波图 像中，确认了关节囊205的肥大。此外，骨皮质的破坏作为骨糜烂207而出现在超声波图像 观察结果中。进一步，在关节腔区域206的内部中，观测到由血管增生所引起的血流信号 208。
[0085] < 动作 >
[0086] 说明实施方式1的超声波诊断装置20的动作。图4是表示超声波诊断装置20的 整体的动作的流程图。
[0087] 首先，取得超声波图像（步骤S101)。具体而言，超声波发送接收部21对超声波探 头11送出超声波发送信号，超声波探头11将超声波发送信号变换为发送超声波而送到被 检体。超声波探头11将从被检体反射的反射超声波变换为超声波接收信号而送到超声波 发送接收部21。超声波发送接收部21对超声波接收信号进行基于整相相加的波束成形，并 将声线信号输出到超声波图像生成部22。超声波图像生成部22对声线信号进行包络线检 波、对数压缩等而变换为亮度数据，且将扫描线的位置和深度变换为正交坐标，生成超声波 图像。以下，设为超声波图像是B模式图像，但超声波图像并不限定于B模式图像，也可以 是M图案图像、能量多普勒图像等使用超声波而生成的任意的图像。在超声波图像生成部 22中生成的超声波图像存储在存储部23中。
[0088] 接着，从超声波图像中确定构成要素（步骤S200)。通过这个动作，从超声波图像 中，确定骨表面、滑膜，以及从这些确定骨端部、关节位置、关节囊、关节腔区域。被确定的各 构成要素的信息存储在存储部23中。细节在后面叙述。
[0089] 接着，对疾病活动性进行量化（步骤S300)。疾病活动性是表示有无患上关节风湿 等的关节疾病或在患上的情况下的进展程度的指标，例如是滑膜或关节囊的肥厚度、骨表 面的平滑程度、关节的形状、关节腔区域中的血流的有无以及其范围等。通过对疾病活动性 进行量化，能够客观地评价有无患上关节疾病或进展程度的判断、规定期间中的疾病的进 展状况等，进行对于被检者的可靠的调养等。通过这个动作，被确定的骨表面、滑膜、关节、 关节囊、关节腔区域中的关节风湿的疾病活动性进行量化。被量化的各疾病活动性的信息 存储在存储部23中。细节在后面叙述。
[0090] 最后，生成图像并输出到显示部32 (步骤S102)。具体而言，对存储在存储部23中 的超声波图像重叠从输入部31输入的检查者名、患者名、时间信息、超声波诊断装置的设 定信息、病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并输出到显示部32。
[0091] <构成要素的确定>
[0092] 详细说明上述的步骤S200中的构成要素的确定。图5是表示构成要素的确定动 作的流程图。
[0093] 另外，在本实施方式的超声波图像中，设为深度方向是y轴，与y轴正交的方向、即 与皮肤大致平行的方向是X轴。此外，设为超声波图像的左上端是原点，X轴是坐标值从超 声波图像的左侧向右侧增加的轴，y轴是坐标值从超声波图像的上侧向下侧增加的轴。艮P， 接近皮肤的一侧成为上，远离皮肤的一侧成为下。以下，有时将深的一侧标记为下，将浅的 一侧标记为上，但实体上指同一个。
[0094] 如上所述，被检体中的构成要素间的声阻抗之差越大则反射超声波的能量越大。 因此，在超声波图像中亮度高的线状的区域表示构成要素的边界的可能性高。此外，如上所 述，由于骨表面描画为高亮度，比骨表面深的区域（骨内部）基本不具有亮度，所以在检测 到构成要素的边界的候选之后，首先确定骨表面，进一步在浅的一侧检索其他的构成要素 的边界是有效率的。图6(a)是从拍摄了关节区域的图像中提取了亮度高的线状的区域的 图，从骨表面301、骨表面302依次进行确定。另外，在图6(a)中，用虚线表示骨表面301、 302以外的边缘。
[0095] 首先，边缘检测部24进行边缘的增强处理（步骤S201)。具体而言，对超声波图 像、这里对B模式图像进行边缘的提取，并将提取到的边缘图像和原来的B模式图像进行合 成。这样，即使进行构成要素的边界之一作为独立的两个边缘而被提取等不完全的边缘提 取，也因原来的B模式图像进行插补，所以在后述的边缘检测中检测到的边缘（特征线）不 会被打断。这里使用的边缘的提取方法，举出索贝尔滤波器、二次微分法、将事先设定的骨 表面的亮度值的代表值或者检查者经由输入部31而输入的值作为阈值进行二值化处理的 方法、使用索贝尔算子、拉普拉斯滤波器等而从微分图像中取出优势的边缘的方法、提取连 续的边缘的Canny法等。例如，在使用索贝尔算子而生成一次微分图像的情况下，如在以下 的式[数1]中表示的Ly那样设定算子的微分系数，使得对超声波图像在水平方向上具有 强度的边缘被增强。式[数1]的Ly是用于增强图像的从上到下的方向的亮度变化的微分 系数，能够提取沿着图像的水平方向伸展的边缘。
[0096]【数1】
【权利要求】
1. 一种超声波诊断装置，从拍摄了关节部位的超声波图像中确定表示所述关节部位的 构成要素的图像部分，其特征在于，包括： 图像处理电路，取得超声波图像并确定所述图像部分， 所述图像处理电路包括： 超声波图像取得部，取得超声波图像；以及 构成要素确定部，在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度 方向设为第一方向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的 全部像素位置中，进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近 的情况下将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图 像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中 的哪个特征线表示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其 中，所述第一确定像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述 第二方向的像素位置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
2. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部从在所述第一方向上深的所述特征线中确定骨表面作为所述构 成要素间的边界，进一步，从深度比所述骨表面浅且没有检测出所述特征线的区域中，基于 所述第一方向上的亮度的变化来确定表示滑膜的图像部分。
3. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述第一方向与y轴平行且所述第二方向与x轴平行， 第一确定像素是下列像素中的任一个：在x坐标为N的多个像素中，在所述第一方向上 亮度成为极大的像素，或者在N为2以上的情况下作为第二确定像素与x坐标为N-1的第 一确定像素建立关联的像素， 在将所述第一确定像素的坐标设为（N，yN)，将x坐标为N+1的任意的像素的亮度设为 L(N+1，y)，将该像素的坐标设为（N+l，y)的情况下，所述第二确定像素是，在x坐标为N+1 的像素中由下式表示的值Value成为最小的像素： Value = m ? L(N+1, y)+n ? y-yN其中，m、n为满足n > 0 > m的实数。
4. 如权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述图像处理电路还包括边缘增强部， 所述构成要素确定部通过根据所述边缘增强部进行了所述超声波图像的边缘增强的 结果，将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联，从而检测所述特征线。
5. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部通过重复进行从所述超声波图像中检测一个所述特征线的动作， 从而检测多个所述特征线， 在检测新的特征线时，从所述超声波图像中排除所检测出的所述特征线之后，进行特 征线的检测。
6. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部在确定表示各构成要素的边界的图像部分时， 在所述多个特征线中，将深度浅的特征线分类为皮肤段，将深度深的特征线分类为骨 段， 从分类为所述皮肤段的特征线中确定表示皮肤的图像部分，从分类为所述骨段的特征 线中确定表示骨表面的图像部分。
7. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步将两端接近所述骨表面且在所述第一方向上位于比骨表 面浅的一侧的特征线确定为表示关节囊的图像部分。
8. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步在所述骨表面中存在断裂部分且所述骨表面的断裂部分 在第一方向上比所述骨表面的其他部分深的情况下，将所述断裂部分的中心确定为表示所 述第二方向上的关节位置的中心。
9. 如权利要求7所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步将所述关节囊与所述骨表面之间的区域确定为表示关节 腔区域的图像部分。
10. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，还包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述骨表面的图像部分，进行所述 骨表面中的疾病活动性的量化。
11. 如权利要求10所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将所述骨表面的平滑程度进行量化。
12. 如权利要求11所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将规定的函数与表示所述骨表面的图像部分进行拟合，并将表示所述 骨表面的图像部分与所述规定的函数的误差量化作为所述骨表面的平滑程度。
13. 如权利要求10所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将所述骨表面上的骨糜烂进行量化。
14. 如权利要求13所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部算出表示所述骨表面的图像部分中的所述第一方向或者所述第二方 向的一阶差分，并基于算出的一阶差分的变动来确定表示所述骨糜烂的图像部分，将规定 的函数与表示所述骨糜烂的图像部分进行拟合，将表示所述骨糜烂的图像部分与所述规定 的函数的误差量化作为所述骨表面的平滑程度。
15. 如权利要求8所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述骨表面的图像部分，进行所述 关节中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将所述骨表面的断裂部分的直线距离或者水平距离进行量化。
16. 如权利要求7所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述关节囊的图像部分，进行所述 关节囊中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将所述关节囊的厚度、所述关节囊的宽度、所述关节囊的长度、所述关 节囊的面积中的至少一个以上进行量化。
17. 如权利要求16所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节囊的图像部分的所述第一方向上的坐标成为最大值 的坐标与表示所述关节囊的图像部分的端点的所述第一方向上的坐标之差，或者表示所述 关节囊的图像部分的所述第一方向上的坐标成为最大值的坐标离开将表示所述关节囊的 图像部分的两端连接的直线的距离，量化作为所述关节囊的厚度， 将成为表示所述关节囊的图像部分的两端的两个坐标沿着所述第二方向的坐标差，量 化作为所述关节囊的宽度， 将表示所述关节囊的所述特征线中的、从表示所述关节囊的图像部分的一端到另一端 的长度，量化作为所述关节囊的长度， 将由表示所述关节囊的所述特征线和连接表示所述关节囊的图像部分的两端的直线 包围的面积，量化作为所述关节囊的面积。
18. 如权利要求9所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述关节腔区域的图像部分，进行 所述关节腔区域中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将关节腔区域的高度、所述关节腔区域的宽度、所述关节腔区域的面 积、所述关节腔区域的形状中的至少一个以上进行量化。
19. 如权利要求18所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的、所述第一方向的坐标的最大 值与最小值之差，量化作为所述关节腔区域的高度， 将表示所述关节腔区域的图像部分中的、所述第二方向的坐标的最大值与最小值之 差，量化作为所述关节腔区域的宽度， 将表示骨表面的图像部分的断裂部的中心与表示关节囊的图像部分的两端分别连接 的直线所构成的角，量化作为所述关节腔区域的形状。
20. 如权利要求18所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述 关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积与表示所述关节腔区域的图像部分的面积 之比、表示所述关节腔区域的图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一 个以上进行量化。
21. 如权利要求20所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述 关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积与表示所述关节腔区域的图像部分的面积 之比、表示所述关节腔区域的图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一 个以上，和表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的位置进行组合并量化。
22. 如权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述滑膜的图像部分，进行所述滑 膜中的疾病活动性的量化。
23. 如权利要求22所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部基于表示所述滑膜的图像部分是否超过连接表示骨骼端部的图像部 分的直线以及是否伸展到表示骨骼部的图像部分，从而进行量化。
24. 如权利要求22所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述滑膜的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述滑膜的 图像部分中的血流信号的总面积与表示所述滑膜的图像部分的面积之比、表示所述滑膜的 图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一个以上进行量化。
25. 如权利要求24所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述滑膜的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述滑膜的 图像部分中的血流信号的总面积与表示所述滑膜的图像部分的面积之比、表示所述滑膜的 图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一个以上，和表示所述滑膜的图 像部分中的血流信号的位置进行组合并量化。
26. -种超声波诊断装置的图像处理方法，所述超声波诊断装置从拍摄了关节部位的 超声波图像中确定表示所述关节部位的构成要素的图像部分，其特征在于， 取得超声波图像， 在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方 向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中， 进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近的情况下将所述 第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图像中检测一个以 上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中的哪个特征线表 示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其中，所述第一确定 像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述第二方向的像素位 置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
27. -种计算机能够读取的非暂时性的记录介质，记录有使在超声波诊断装置中使用 的处理器进行图像处理的程序，所述超声波诊断装置从拍摄了关节部位的超声波图像中确 定表示所述关节部位的构成要素的图像部分，其特征在于， 所述图像处理中， 取得超声波图像， 在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方 向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中， 进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近的情况下将所述 第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图像中检测一个以 上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中的哪个特征线表 示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其中，所述第一确定 像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述第二方向的像素位 置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
【文档编号】A61B8/00GK104414684SQ201410406234
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】松本悠希, 高木一也 申请人:柯尼卡美能达株式会社
【专利摘要】提供一种在拍摄了关节部位的超声波图像中，不进行图案匹配就能够高精度地检测骨表面和关节腔区域的超声波诊断装置。超声波诊断装置的特征在于，包括：构成要素确定部，在超声波图像中，将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方向、将与第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中将所述第二方向的像素位置为N(N为1以上的整数)的第一确定像素和所述第二方向的像素位置为N+1的第二确定像素以第二确定像素的亮度大且第一确定像素和第二确定像素接近的方式建立关联，从而从超声波图像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在第一方向上的顺序来确定特征线中的哪个特征线表示构成要素间的边界，确定表示各构成要素的边界的图像部分。
【专利说明】超声波诊断装置、超声波诊断装置的图像处理方法
[0001] 在2013年8月19日申请的日本专利申请2013-169527号、在2013年8月21 日申请的日本专利申请2013-171033号以及在2014年8月6日申请的日本专利申请 2014-160638号中包含的权利要求书、说明书、附图以及摘要的公开内容全部援用到本申请 中。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及将进行超声波的发送接收的超声波探头抵接到被检者的体表面、尤其 是四肢关节，从而进行超声波诊断的超声波诊断装置、超声波图像分析方法及其程序。
【背景技术】
[0003] 近年来，在以关节风湿为首的关节炎的疾病活动性的评价中使用超声波诊断装置 越来越平常。在疾病活动性的评价中主要使用B模式图像和能量多普勒图像，在B模式图 像中能够观察滑膜肥厚或滑膜液积存、骨糜烂，在能量多普勒图像中能够观察滑膜的炎症。
[0004] 除此之外，提出了使用超声波图像而按等级来判定疾病活动性的方法。在使用能 量多普勒图像将炎症的程度进行等级化的情况下，根据所观测的血流信号在肥厚的滑膜区 域中占据多少比例来判定等级。
[0005] 为了根据超声波图像的观察结果而将疾病活动性客观地进行量化，最好尽可能排 除包括检查者的主观的用户操作，按照一定的基准进行量化。例如，在非专利文献1中，提 出了如下技术：在超声波图像上徒手描画包括肥厚的滑膜的关节腔，并将血流信号在该描 画的区域中占据的占有率计算作为定量评价值。但是，若使检查者徒手描画关节腔，则即使 根据同一个超声波图像来描画关节腔，也根据检查者不同而在描画结果中产生偏差，此外， 即使是同一个检查者，也根据描画的时间不同而在描画结果中产生偏差。作为结果，在进行 了量化的血流信号的占有率中产生由检查者的主观所引起的偏差。
[0006] 为了解决上述课题，例如在专利文献1中，提出了如下方法：确定骨表面之后切出 关节腔区域，并对关节腔区域进行分析，从而客观地对疾病活动性进行量化。根据这个方 法，排除检查者的主观的同时，除了血流信号之外，还能够对由骨皮质的破坏、软骨的损伤 所引起的关节的狭小化、伴随滑膜肥厚的关节囊的伸展等的图像观察结果进行定量评价。
[0007] 【现有技术文献】
[0008] 【专利文献】
[0009] 【专利文献1】（日本）特开2013-056156号公报 [0010]【非专利文献】
[0011] 【非专利文献1】小池隆夫、「超音波检査法全用^亡関節U7 ^ 〇新^ ^診療」、 P40-43、J r < 力，I 卜匕二一社、2010 年 3 月 10 日
[0012] 但是，为了更加客观地对疾病活动性进行量化，提高骨表面、关节腔区域等关节部 位的构成要素的检测精度是比较重要的。以往，在这样的构成要素的边界的检测中，使用对 亮度设定阈值的、对亮度在与构成要素的边界大致正交的方向上使用了微分或二次微分的 边缘检测技术。但是，在这样的方法中，由于在如关节部位那样存在多个构成要素的部位， 多个边界作为成为一体的单一线条而取得，所以为了确定各构成要素，需要进行图案匹配 等，判断各边缘对应于哪个构成要素的边界。因此，有可能会发生不一定存在适当的图案， 不能确定构成要素的情况，或者构成要素与其他构成要素的边界位置的误识别等。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于，提供一种能够准确地确定构成关节部位的各构成要素的超声 波诊断装置。
[0014] 本发明的一个方式的超声波诊断装置是从拍摄了关节部位的超声波图像中确定 表示所述关节部位的构成要素的图像部分的超声波诊断装置，其特征在于，包括取得超声 波图像而确定所述图像部分的图像处理电路，所述图像处理电路包括：超声波图像取得部， 取得超声波图像；以及构成要素确定部，在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直 的被检体的深度方向设为第一方向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通 过在第二方向的全部像素位置中，进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第 二确定像素接近的情况下将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而 从所述超声波图像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确 定所述特征线中的哪个特征线表示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界 的图像部分，其中，所述第一确定像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确 定像素是所述第二方向的像素位置为N+1的像素,并且N为1以上的整数。
[0015] 根据上述结构，由于能够以分别独立的形式检测表示构成要素的边界的特征线， 所以不需要用于将多个特征线的集合对应于各构成要素的边界的图案匹配。因此，能够与 构成要素的边界线对应于哪个特征线和特征线的形状无关，准确地检测构成要素与其他构 成要素的边界。此外，即使假设表示关节部位的图像部分的形状与一般的表示关节部位的 图像的形状大不相同，也因深度方向上的各构成要素的顺序不变，所以能够准确地确定各 构成要素而不会弄错构成要素。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是实施方式的超声波诊断装置的框图。
[0017] 图2是表不了关节概略的图。
[0018] 图3 (a)是表不拍摄了关节的超声波图像的一例的图，图3 (b)是表不拍摄了患上 风湿的关节的超声波图像的一例的图。
[0019] 图4是表示实施方式的超声波诊断装置的动作的流程图。
[0020] 图5是表示实施方式的超声波诊断装置中的构成要素的确定动作的流程图。
[0021] 图6 (a)是表不拍摄了关节的超声波图像中的骨表面的图，图6 (b)是表不拍摄了 关节的超声波图像中边缘的分类的图。
[0022] 图7是表示使用了实施方式的动态规划法（動的計画法）的边缘检测的动作的流 程图。
[0023] 图8(a)是表示在拍摄了关节的超声波图像中检测到的边缘的图，图8(b)是表示 使用了实施方式的动态规划法的边缘检测的一例的图，图8(c)是使用了实施方式的动态 规划法的边缘检测中的Value值的例，图8 (d)是表示使用了实施方式的动态规划法的边缘 检测的一例的图，图8(e)是使用了实施方式的动态规划法的边缘检测中的Value值的例。
[0024] 图9是表示实施方式的边缘的分类动作的流程图。
[0025] 图10(a)是表示实施方式的滑膜的确定的一例的图，图10(b)是表示实施方式的 滑膜的确定的一例的图。
[0026] 图11是表示在超声波图像中骨表面的边缘的图。
[0027] 图12(a)是表示实施方式的关节的确定的一例的图，图12(b)是表示实施方式的 关节的确定的一例的图。
[0028] 图13是表示实施方式的关节囊的确定的一例的图。
[0029] 图14是表示实施方式的超声波诊断装置中的疾病活动性的量化动作的流程图。
[0030] 图15是表示拍摄了关节的超声波图像中的骨糜烂的图。
[0031] 图16(a)是表示实施方式的骨糜烂的检测的图，图16(b)是用于骨糜烂的检测的 一阶差分的概念图，图16(c)是表示骨糜烂的检测的动作的图。
[0032] 图17 (a)是表不实施方式的骨表面的量化的图，图17 (b)是表不实施方式的骨表 面的量化的图。
[0033] 图18 (a)是表不实施方式的骨表面的量化的图，图18 (b)是表不实施方式的骨糜 烂的量化的图。
[0034] 图19(a)是表示实施方式的关节囊的量化的一例的图，图19(b)是表示实施方式 的关节囊的量化的一例的图。
[0035] 图20 (a)是表不变形例的关节腔区域的确定的一例的图，图20 (b)是表不变形例 的关节腔区域的确定的一例的图，图20(c)是表示变形例的关节腔区域的确定的一例的 图。
[0036] 图21 (a)是表示实施方式的关节腔区域的量化的一例的图，图21 (b)是表示实施 方式的关节腔区域的量化的一例的图。
[0037] 图22是表示实施方式的关节腔区域的量化的一例的图。
[0038] 标号说明
[0039] 11超声波探头
[0040] 20超声波诊断装置
[0041] 21超声波发送接收部
[0042] 22超声波图像生成部
[0043] 23存储部
[0044] 24边缘检测部
[0045] 25构成要素确定部
[0046] 26病状分析部
[0047] 27控制部
[0048] 28画面生成部
[0049] 31输入部
[0050] 32显示部
[0051] 111、121 骨
[0052] 112、122 软骨
[0053] 130 滑膜
[0054] 140、205、394 关节囊
[0055] 201、202、301、302 骨表面
[0056] 203 皮肤
[0057] 206关节腔区域
[0058] 208血流信号
[0059] 303皮肤段
[0060] 3〇4肌腱段
[0061] 305 骨段
[0062] 3〇8、3〇9 骨端部
【具体实施方式】
[0063] 以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0064] (实施方式1)
[0065] 图1是表示本实施方式的超声波诊断装置20的结构的框图。超声波诊断装置20 包括超声波发送接收部21、超声波图像生成部22、存储部23、边缘检测部24、构成要素确定 部25、病状分析部26、控制部27、画面生成部28。作为图像处理电路，超声波图像生成部 22、存储部23、边缘检测部24、构成要素确定部25由一个块的电路构成。另外，超声波发送 接收部21、病状分析部26、控制部27、画面生成部28作为不同于图像处理电路的电路构成。 这些也可以根据需要而构成为图像处理电路的内部结构。超声波探头11、输入部31、显示 部32是从外部连接到超声波诊断装置20的结构。这些也可以根据需要而构成为包含在超 声波诊断装置20中。
[0066] 超声波探头11是具有例如由PZT (锆钛酸铅）等构成的振动元件配置为一列的振 动元件阵列的线型探头。超声波探头11将在超声波发送接收部21中生成的超声波发送信 号变换为发送超声波并送到被检体。被送出的发送超声波在作为被检体的生物体内的、存 在关节部位的构成要素间的声阻抗之差的部分被反射。此时，声阻抗之差越显著则反射的 超声波的能量也越大。
[0067] 被反射的反射超声波在超声波探头11中接收。在超声波探头11中接收到的超声 波作为超声波接收信号而输入到超声波发送接收部21。超声波发送接收部21进行基于整 相相加的波束成形，并将整相相加后的超声波接收信号作为声线信号，以超声波的一次发 送接收的扫描线为单位输出到超声波图像生成部22。
[0068] 超声波图像生成部22将从超声波发送接收部21输入的声线信号进行合计，并进 行包络线检波、对数压缩等而变换为亮度数据，且将扫描线的位置和深度变换为正交坐标， 生成超声波图像。在超声波图像生成部22中生成的超声波图像暂时存储在存储部23中。
[0069] 存储部23是暂时存储超声波图像、后述的构成要素的确定信息、疾病活动性的存 储装置，例如由RAM、闪存、硬盘驱动器等构成。
[0070] 输入部31是用于检查者输入检查者名、患者名、超声波诊断装置的设定信息的结 构，例如由键盘、轨迹球、手写平板等的输入设备构成。此外，例如，也可以是与后述的显示 部32-体的触摸面板等。
[0071] 边缘检测部24读出在存储部23中存储的超声波图像，检测图像内的边缘。检测 到的边缘用于从超声波图像中确定表示关节部位的构成要素的图像部分（以下，简单记载 为"构成要素"）。
[0072] 构成要素确定部25使用边缘检测部24检测到的边缘，确定超声波图像内的各构 成要素。具体而言，从拍摄了关节部的超声波图像中，确定分别表示骨表面、关节位置、关节 腔区域、滑膜的图像部分（以下，分别简单记载为"骨表面"、"关节位置"、"关节腔区域"、"滑 膜"）。
[0073] 病状分析部26对构成要素确定部25确定的超声波图像的各构成要素进行分析， 定量地评价风湿的病状的疾病活动性。
[0074] 控制部27将用户经由输入部31输入的设定信息与在存储部23中存储的超声波 图像建立对应而保持。此外，分别取得构成要素确定部25确定的超声波图像的各构成要 素、病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并与设定信息一同通知到画面生成部28。
[0075] 画面生成部28读出在存储部23中存储的超声波图像。此外，画面生成部28从控 制部27接受从输入部31输入的检查者名、患者名、时间信息、超声波诊断装置的设定信息 以及病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并重叠到所读出的超声波图像上，输出到显 示部32。
[0076] 显示部32是对检查者提示画面生成部28生成的图像的监视器，例如是液晶显示 器。
[0077] 超声波发送接收部21、超声波图像生成部22、边缘检测部24、构成要素确定部 25、病状分析部26、控制部27、画面生成部28分别通过例如存储器和CPU(中央处理器）、 GPU (图形处理单元）等的可编程设备和软件、或者FPGA (现场可编程门阵列）、ASIC (专用 集成电路）等的硬件实现。
[0078] <测定对象>
[0079] 本实施方式中的主要的被检体的测定对象是关节。作为关节的一例，图2表示手 指关节的概略。如图2所示，关节由骨111、骨121、软骨112、软骨122、滑膜130、关节囊140 构成。骨111和骨121的前端部分上分别附带了软骨112和软骨122,且滑膜130以包围软 骨112和软骨122的方式存在。此外，关节囊140以包围滑膜130的方式附着到骨111和 骨 121。
[0080] 例如，若关节风湿进展，则能够确认滑膜130的肥厚或滑膜130内的关节液的积 存、由骨皮质的破坏所引起的骨糜烂。此外，因软骨112、软骨122的破坏导致关节的间隙变 窄，关节强直。此外，在多数病例中，确认了在滑膜130内部中增生新的血管。
[0081] 使用图3(a)、图3(b)，说明拍摄了关节的超声波图像和关节风湿的病状。
[0082] 图3(a)是拍摄了没有患上关节风湿的关节的超声波图像。在超声波图像中，描画 了骨表面201、骨表面202、皮肤203、肌腱204、关节囊205。由于骨表面201、骨表面202和 皮肤203是比较硬的构成要素，所以在超声波图像上也描画为高亮度。由骨表面201、骨表 面202、关节囊205包围的区域是关节腔区域206。
[0083] 由于到达骨111、骨112的超声波的大部分被骨表面反射，所以骨的内部基本上未 被描画，只有骨表面描画为高亮度。与骨表面201、骨表面202、皮肤203相比，肌腱204和 关节囊205描画为低亮度。此外，与肌腱204和关节囊205相比，滑膜130是更低的亮度， 软骨112、软骨122基本上不具有亮度值。因此，在拍摄了关节部位的超声波图像中，除了皮 肤203、骨表面201、骨表面202之外，肌腱204、关节囊205描画为比较高的亮度。
[0084] 另一方面，图3(b)是拍摄了患上关节风湿的关节的超声波图像。由于滑膜130随 着风湿疾病的活动性进展而肥厚，所以包围滑膜130的关节囊140也肥大。因此，超声波图 像中，确认了关节囊205的肥大。此外，骨皮质的破坏作为骨糜烂207而出现在超声波图像 观察结果中。进一步，在关节腔区域206的内部中，观测到由血管增生所引起的血流信号 208。
[0085] < 动作 >
[0086] 说明实施方式1的超声波诊断装置20的动作。图4是表示超声波诊断装置20的 整体的动作的流程图。
[0087] 首先，取得超声波图像（步骤S101)。具体而言，超声波发送接收部21对超声波探 头11送出超声波发送信号，超声波探头11将超声波发送信号变换为发送超声波而送到被 检体。超声波探头11将从被检体反射的反射超声波变换为超声波接收信号而送到超声波 发送接收部21。超声波发送接收部21对超声波接收信号进行基于整相相加的波束成形，并 将声线信号输出到超声波图像生成部22。超声波图像生成部22对声线信号进行包络线检 波、对数压缩等而变换为亮度数据，且将扫描线的位置和深度变换为正交坐标，生成超声波 图像。以下，设为超声波图像是B模式图像，但超声波图像并不限定于B模式图像，也可以 是M图案图像、能量多普勒图像等使用超声波而生成的任意的图像。在超声波图像生成部 22中生成的超声波图像存储在存储部23中。
[0088] 接着，从超声波图像中确定构成要素（步骤S200)。通过这个动作，从超声波图像 中，确定骨表面、滑膜，以及从这些确定骨端部、关节位置、关节囊、关节腔区域。被确定的各 构成要素的信息存储在存储部23中。细节在后面叙述。
[0089] 接着，对疾病活动性进行量化（步骤S300)。疾病活动性是表示有无患上关节风湿 等的关节疾病或在患上的情况下的进展程度的指标，例如是滑膜或关节囊的肥厚度、骨表 面的平滑程度、关节的形状、关节腔区域中的血流的有无以及其范围等。通过对疾病活动性 进行量化，能够客观地评价有无患上关节疾病或进展程度的判断、规定期间中的疾病的进 展状况等，进行对于被检者的可靠的调养等。通过这个动作，被确定的骨表面、滑膜、关节、 关节囊、关节腔区域中的关节风湿的疾病活动性进行量化。被量化的各疾病活动性的信息 存储在存储部23中。细节在后面叙述。
[0090] 最后，生成图像并输出到显示部32 (步骤S102)。具体而言，对存储在存储部23中 的超声波图像重叠从输入部31输入的检查者名、患者名、时间信息、超声波诊断装置的设 定信息、病状分析部26对疾病活动性的评价结果，并输出到显示部32。
[0091] <构成要素的确定>
[0092] 详细说明上述的步骤S200中的构成要素的确定。图5是表示构成要素的确定动 作的流程图。
[0093] 另外，在本实施方式的超声波图像中，设为深度方向是y轴，与y轴正交的方向、即 与皮肤大致平行的方向是X轴。此外，设为超声波图像的左上端是原点，X轴是坐标值从超 声波图像的左侧向右侧增加的轴，y轴是坐标值从超声波图像的上侧向下侧增加的轴。艮P， 接近皮肤的一侧成为上，远离皮肤的一侧成为下。以下，有时将深的一侧标记为下，将浅的 一侧标记为上，但实体上指同一个。
[0094] 如上所述，被检体中的构成要素间的声阻抗之差越大则反射超声波的能量越大。 因此，在超声波图像中亮度高的线状的区域表示构成要素的边界的可能性高。此外，如上所 述，由于骨表面描画为高亮度，比骨表面深的区域（骨内部）基本不具有亮度，所以在检测 到构成要素的边界的候选之后，首先确定骨表面，进一步在浅的一侧检索其他的构成要素 的边界是有效率的。图6(a)是从拍摄了关节区域的图像中提取了亮度高的线状的区域的 图，从骨表面301、骨表面302依次进行确定。另外，在图6(a)中，用虚线表示骨表面301、 302以外的边缘。
[0095] 首先，边缘检测部24进行边缘的增强处理（步骤S201)。具体而言，对超声波图 像、这里对B模式图像进行边缘的提取，并将提取到的边缘图像和原来的B模式图像进行合 成。这样，即使进行构成要素的边界之一作为独立的两个边缘而被提取等不完全的边缘提 取，也因原来的B模式图像进行插补，所以在后述的边缘检测中检测到的边缘（特征线）不 会被打断。这里使用的边缘的提取方法，举出索贝尔滤波器、二次微分法、将事先设定的骨 表面的亮度值的代表值或者检查者经由输入部31而输入的值作为阈值进行二值化处理的 方法、使用索贝尔算子、拉普拉斯滤波器等而从微分图像中取出优势的边缘的方法、提取连 续的边缘的Canny法等。例如，在使用索贝尔算子而生成一次微分图像的情况下，如在以下 的式[数1]中表示的Ly那样设定算子的微分系数，使得对超声波图像在水平方向上具有 强度的边缘被增强。式[数1]的Ly是用于增强图像的从上到下的方向的亮度变化的微分 系数，能够提取沿着图像的水平方向伸展的边缘。
[0096]【数1】
【权利要求】
1. 一种超声波诊断装置，从拍摄了关节部位的超声波图像中确定表示所述关节部位的 构成要素的图像部分，其特征在于，包括： 图像处理电路，取得超声波图像并确定所述图像部分， 所述图像处理电路包括： 超声波图像取得部，取得超声波图像；以及 构成要素确定部，在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度 方向设为第一方向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的 全部像素位置中，进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近 的情况下将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图 像中检测一个以上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中 的哪个特征线表示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其 中，所述第一确定像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述 第二方向的像素位置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
2. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部从在所述第一方向上深的所述特征线中确定骨表面作为所述构 成要素间的边界，进一步，从深度比所述骨表面浅且没有检测出所述特征线的区域中，基于 所述第一方向上的亮度的变化来确定表示滑膜的图像部分。
3. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述第一方向与y轴平行且所述第二方向与x轴平行， 第一确定像素是下列像素中的任一个：在x坐标为N的多个像素中，在所述第一方向上 亮度成为极大的像素，或者在N为2以上的情况下作为第二确定像素与x坐标为N-1的第 一确定像素建立关联的像素， 在将所述第一确定像素的坐标设为（N，yN)，将x坐标为N+1的任意的像素的亮度设为 L(N+1，y)，将该像素的坐标设为（N+l，y)的情况下，所述第二确定像素是，在x坐标为N+1 的像素中由下式表示的值Value成为最小的像素： Value = m ? L(N+1, y)+n ? y-yN其中，m、n为满足n > 0 > m的实数。
4. 如权利要求3所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述图像处理电路还包括边缘增强部， 所述构成要素确定部通过根据所述边缘增强部进行了所述超声波图像的边缘增强的 结果，将所述第一确定像素和所述第二确定像素建立关联，从而检测所述特征线。
5. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部通过重复进行从所述超声波图像中检测一个所述特征线的动作， 从而检测多个所述特征线， 在检测新的特征线时，从所述超声波图像中排除所检测出的所述特征线之后，进行特 征线的检测。
6. 如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部在确定表示各构成要素的边界的图像部分时， 在所述多个特征线中，将深度浅的特征线分类为皮肤段，将深度深的特征线分类为骨 段， 从分类为所述皮肤段的特征线中确定表示皮肤的图像部分，从分类为所述骨段的特征 线中确定表示骨表面的图像部分。
7. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步将两端接近所述骨表面且在所述第一方向上位于比骨表 面浅的一侧的特征线确定为表示关节囊的图像部分。
8. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步在所述骨表面中存在断裂部分且所述骨表面的断裂部分 在第一方向上比所述骨表面的其他部分深的情况下，将所述断裂部分的中心确定为表示所 述第二方向上的关节位置的中心。
9. 如权利要求7所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述构成要素确定部进一步将所述关节囊与所述骨表面之间的区域确定为表示关节 腔区域的图像部分。
10. 如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，还包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述骨表面的图像部分，进行所述 骨表面中的疾病活动性的量化。
11. 如权利要求10所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将所述骨表面的平滑程度进行量化。
12. 如权利要求11所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将规定的函数与表示所述骨表面的图像部分进行拟合，并将表示所述 骨表面的图像部分与所述规定的函数的误差量化作为所述骨表面的平滑程度。
13. 如权利要求10所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将所述骨表面上的骨糜烂进行量化。
14. 如权利要求13所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部算出表示所述骨表面的图像部分中的所述第一方向或者所述第二方 向的一阶差分，并基于算出的一阶差分的变动来确定表示所述骨糜烂的图像部分，将规定 的函数与表示所述骨糜烂的图像部分进行拟合，将表示所述骨糜烂的图像部分与所述规定 的函数的误差量化作为所述骨表面的平滑程度。
15. 如权利要求8所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述骨表面的图像部分，进行所述 关节中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将所述骨表面的断裂部分的直线距离或者水平距离进行量化。
16. 如权利要求7所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述关节囊的图像部分，进行所述 关节囊中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将所述关节囊的厚度、所述关节囊的宽度、所述关节囊的长度、所述关 节囊的面积中的至少一个以上进行量化。
17. 如权利要求16所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节囊的图像部分的所述第一方向上的坐标成为最大值 的坐标与表示所述关节囊的图像部分的端点的所述第一方向上的坐标之差，或者表示所述 关节囊的图像部分的所述第一方向上的坐标成为最大值的坐标离开将表示所述关节囊的 图像部分的两端连接的直线的距离，量化作为所述关节囊的厚度， 将成为表示所述关节囊的图像部分的两端的两个坐标沿着所述第二方向的坐标差，量 化作为所述关节囊的宽度， 将表示所述关节囊的所述特征线中的、从表示所述关节囊的图像部分的一端到另一端 的长度，量化作为所述关节囊的长度， 将由表示所述关节囊的所述特征线和连接表示所述关节囊的图像部分的两端的直线 包围的面积，量化作为所述关节囊的面积。
18. 如权利要求9所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述关节腔区域的图像部分，进行 所述关节腔区域中的疾病活动性的量化， 所述病状分析部将关节腔区域的高度、所述关节腔区域的宽度、所述关节腔区域的面 积、所述关节腔区域的形状中的至少一个以上进行量化。
19. 如权利要求18所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的、所述第一方向的坐标的最大 值与最小值之差，量化作为所述关节腔区域的高度， 将表示所述关节腔区域的图像部分中的、所述第二方向的坐标的最大值与最小值之 差，量化作为所述关节腔区域的宽度， 将表示骨表面的图像部分的断裂部的中心与表示关节囊的图像部分的两端分别连接 的直线所构成的角，量化作为所述关节腔区域的形状。
20. 如权利要求18所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述 关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积与表示所述关节腔区域的图像部分的面积 之比、表示所述关节腔区域的图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一 个以上进行量化。
21. 如权利要求20所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述 关节腔区域的图像部分中的血流信号的总面积与表示所述关节腔区域的图像部分的面积 之比、表示所述关节腔区域的图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一 个以上，和表示所述关节腔区域的图像部分中的血流信号的位置进行组合并量化。
22. 如权利要求2所述的超声波诊断装置，其特征在于，包括： 病状分析部，使用所述构成要素确定部确定的表示所述滑膜的图像部分，进行所述滑 膜中的疾病活动性的量化。
23. 如权利要求22所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部基于表示所述滑膜的图像部分是否超过连接表示骨骼端部的图像部 分的直线以及是否伸展到表示骨骼部的图像部分，从而进行量化。
24. 如权利要求22所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述滑膜的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述滑膜的 图像部分中的血流信号的总面积与表示所述滑膜的图像部分的面积之比、表示所述滑膜的 图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一个以上进行量化。
25. 如权利要求24所述的超声波诊断装置，其特征在于， 所述病状分析部将表示所述滑膜的图像部分中的血流信号的总面积、表示所述滑膜的 图像部分中的血流信号的总面积与表示所述滑膜的图像部分的面积之比、表示所述滑膜的 图像部分中的作为连续的区域的血流信号的个数中的至少一个以上，和表示所述滑膜的图 像部分中的血流信号的位置进行组合并量化。
26. -种超声波诊断装置的图像处理方法，所述超声波诊断装置从拍摄了关节部位的 超声波图像中确定表示所述关节部位的构成要素的图像部分，其特征在于， 取得超声波图像， 在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方 向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中， 进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近的情况下将所述 第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图像中检测一个以 上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中的哪个特征线表 示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其中，所述第一确定 像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述第二方向的像素位 置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
27. -种计算机能够读取的非暂时性的记录介质，记录有使在超声波诊断装置中使用 的处理器进行图像处理的程序，所述超声波诊断装置从拍摄了关节部位的超声波图像中确 定表示所述关节部位的构成要素的图像部分，其特征在于， 所述图像处理中， 取得超声波图像， 在所述超声波图像中，在将与被检体表面大致垂直的被检体的深度方向设为第一方 向，并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，通过在第二方向的全部像素位置中， 进行在第二确定像素的亮度大且第一确定像素和所述第二确定像素接近的情况下将所述 第一确定像素和所述第二确定像素建立关联的处理，从而从所述超声波图像中检测一个以 上的特征线，基于该特征线在所述第一方向上的顺序来确定所述特征线中的哪个特征线表 示所述构成要素间的边界，并确定表示各构成要素的边界的图像部分，其中，所述第一确定 像素是所述第二方向的像素位置为N的像素，所述第二确定像素是所述第二方向的像素位 置为N+1的像素，并且N为1以上的整数。
【文档编号】A61B8/00GK104414684SQ201410406234
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】松本悠希, 高木一也 申请人:柯尼卡美能达株式会社
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