日本語/English


	画像情報を用いた超音波プローブの 3次元ナビゲーション

	1.研究背景 2.手法 3.評価試験 4.謝辞・リンク	研究業績高西研ホーム

1.研究背景

はじめに

　医用画像診断装置の中で超音波診断装置にはX線被爆が無い，侵襲性が低い，低コスト等のメリットがある一方，観察断面の厳密な位置決めを行わないため，前回診断時と同画面を見ているかが保証されない．
　これを改善する技術は，経過観察や術前術後の患部観察に有用である．

本研究の目的

　本研究では外付けセンサの不要な画像情報のみを用い，画像からの輪郭抽出が不要なテンプレートマッチの手法によりプローブの3次元位置を検出し，所望の位置に誘導するアルゴリズムを開発することを目的とした．
　対象臓器としては実質臓器（消化器のような内容物の出入りの無い）でかつサイズの大きさを考慮し，肝臓とした．

2.手法

テンプレートマッチによるプローブ自動誘導アルゴリズム

　時間を隔てた2回の診断において，1回目の診断時に目標断面（Target image）を含む周辺を平行にスキャンし，目標断面を中心に含む複数の超音波画像を3次元データ（Previous 3D data）として記録しておく．
　2回目の診断時に，現在得ている超音波画像（Current image）と1回目に記録した3次元データ間でテンプレートマッチを行い，プローブの現在位置をx,zの2軸で検出する．
　テンプレートマッチは対象物の変形に弱い性質を持つため，画面全体をテンプレートとするとうまくいかない．そこで画面を分割し小さなテンプレートを複数配置する手法を考案した．
　画像が縦横に伸縮されても，テンプレートが追従することで同じ画像と認識することが期待される．
　各軸の位置検出方法は以下の通りである．

テンプレートマッチ手法

（1）z軸方向の位置検出

　Bモード画像の奥行き方向の位置検出である．
　各テンプレートの相違度合計が最小となるフレームがプローブのz軸方向の現在位置である．
　相違度には輝度差分2乗を用いた．

Position_detection_in_zaxis

相違度D

（2）x軸方向の位置検出

上記1)にてマッチしたフレーム内各テンプレートのx軸方向の移動量の中央値をもってx軸位置とした．
中央値としたのは，まったく別の場所でマッチしてしまうテンプレートの影響を排除するためである．
検出したプローブ位置をターゲット位置のGraphic user interface(GUI)上に示し，検査者にプローブの移動方向を指示する．

Position_detection_in_xaxis

GUI

3.評価試験

（1）Intrasession(時間を空けない)試験

　まず，3Dデータを記録してから位置決めまでの時間を空けずに本アルゴリズムの有効性を評価した．
　医師1名，超音波技師2名の検査者が3名の被験者(男23-40歳)を対象に以下の手順で計18回の試験を行った．
　i）血管分岐点などの明瞭な特徴点を選定する．
　ii）選定した特徴点を含むようにz軸方向に平行にスキャンし，3Dデータを記録する．
　iii）超音波画像を見ずにGUIのみでプローブを誘導する．
　iv）誘導が終了したら診断画面を確認し，特徴点が含まれていたら「成功」とする．
　結果，18回中17回が成功であった．

パラメータ

（2）Intersession(時間を空けた)試験

　同様の試験を，3Dデータを記録してから位置決めまで最低10日間の時間を空けて計6回行った．
　おおまかなプローブの位置は，写真で記録したが，実用の際は同様の記録が超音波診断装置の画面上に表示されるプローブマーカを用いることで可能である．
　結果，6回中2回が成功であった．また，プローブの姿勢を若干変えると特徴点が確認できた場合が1回あった．

　　クリックで再生
　　GUI誘導

（3）考察

　Intrasession(時間を空けない)試験により高い有効性が確認された．
　Intersession(時間を空けた)試験においては成功率の向上が課題であった．改善の為，並進に加え姿勢の検出を今後実装する

4.謝辞・リンク

　共同研究者である東京女子医科大学の斉藤明子先生，姫路獨協大学の菅原基晃先生，東京都市大学の仁木清美先生，日立アロカメディカル株式会社の皆様に感謝いたします．
　また，3DCADソフトウェアをご提供して頂いたソリッドワークス・ジャパン(株)に感謝いたします．
　本研究は早稲田大学の人を対象とする研究等倫理審査委員会の許可を得て実験を行っています.