JP5307357B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a guide image correctly indicating an actual anatomical location and orientation of an ultrasonic tomographic image, even if a region of interest itself is moved or deformed when observing the ultrasonic tomographic image of the region of interest such as an internal organ, an organ and tissue. <P>SOLUTION: A reference image storage section 55 stores reference image data of normal pancreas and reference image data after rotating or moving the pancreas, and a control circuit 63 determines which one out of the reference image data is used. An interpolation circuit 56 rereads the reference image data by a command from the control circuit 63, and voxel spaces of an interpolation memory and a composite memory are filled with the reference image data read corresponding to a combination of keys. The three-dimensional human body image data and the guide image are thus changed over instantaneously by the key operation by an operator so as to display the guide image correctly indicating the actual anatomical location and orientation of the ultrasonic tomographic image. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、生体内へ超音波を送受して超音波断層像を取得する超音波診断装置に関する。   The present invention relates to an ultrasound diagnostic apparatus that acquires ultrasound tomographic images by transmitting and receiving ultrasound into a living body.

従来より、消化管、胆膵管、血管等の体腔内へ超音波プローブを挿入して、超音波断層像を取得する超音波診断装置が周知である。   2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic diagnostic apparatus that acquires an ultrasonic tomographic image by inserting an ultrasonic probe into a body cavity such as a digestive tract, a bile pancreatic duct, or a blood vessel is well known.

例えば、特許文献1(特開2006−149481号公報)や特許文献2(国際出願WO2006/057296号公報)には、超音波断層像の位置や配向を検出し、この位置や配向を用いて、予め保持しておいた3D−CTデータ等の参照画像データに基づき、超音波断層像の解剖学的な位置や配向のガイド画像を表示する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置では、超音波プローブの例として超音波内視鏡を採用している。   For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-149481) and Patent Document 2 (International Application WO2006 / 057296), the position and orientation of an ultrasonic tomographic image are detected, and this position and orientation are used. An ultrasonic diagnostic apparatus that displays a guide image of an anatomical position and orientation of an ultrasonic tomographic image based on reference image data such as 3D-CT data held in advance is disclosed. This ultrasonic diagnostic apparatus employs an ultrasonic endoscope as an example of an ultrasonic probe.

また、特許文献3(特開2002−263101号公報)には、生体内部の組織に対して超音波を送受波し、これにより受信信号を出力する超音波探触子と、前記受信信号に基づいて前記組織の超音波画像を形成する超音波画像形成手段と、生体内部を模式的に表す複数のイラストイメージを格納したイメージデータベースと、前記イメージデータベースから前記組織に対応したイラストイメージを選択するイメージ選択手段と、前記超音波画像とともに、前記選択されたイラストイメージを表示する表示手段とを含む超音波診断装置が開示されている。   Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263101) discloses an ultrasonic probe that transmits / receives ultrasonic waves to / from tissue inside a living body and outputs a reception signal thereby, and based on the reception signal. An ultrasonic image forming means for forming an ultrasonic image of the tissue, an image database storing a plurality of illustration images schematically representing the inside of the living body, and an image for selecting an illustration image corresponding to the tissue from the image database An ultrasonic diagnostic apparatus including a selection unit and a display unit that displays the selected illustration image together with the ultrasonic image is disclosed.

この特許文献3におけるイメージデータは、段落[0045]に記載されているように、科目及びタイプによって区分され、各イメージデータ毎に座標情報が関連付けられている。例えば、科目として「腹部」が指定され、タイプとして「全体」が指定された場合には、それらによって特定されるファイル名をもったイメージデータが検索され、当該イメージデータが表示処理部へ出力される。
特開2006−149481号公報 国際出願WO2006/057296号公報 特開2002−263101号公報
As described in paragraph [0045], the image data in Patent Document 3 is classified by subject and type, and coordinate information is associated with each image data. For example, when “abdomen” is specified as the subject and “whole” is specified as the type, image data having the file name specified by them is searched, and the image data is output to the display processing unit. The
JP 2006-149481 A International application WO2006 / 057296 JP 2002-263101 A

ところで、生体の臓器・器官・組織等の関心領域に接近したり、関心領域全体を漏れなく観察する際には、リアルタイムの超音波断層像を観察しながら、超音波プローブを移動させたり変形させたり向きを変えたりすることが通例である。   By the way, when approaching a region of interest such as a living organ, organ, or tissue or observing the entire region of interest without omission, the ultrasonic probe is moved or deformed while observing a real-time ultrasonic tomogram. It is customary to change the direction.

しかしながら、この超音波プローブの移動、変形、向きの変化が、臓器等の観察部位自体の移動や変形を引き起こすことがあり、前述の特許文献1〜3の技術では、このような問題に対処することは困難である。   However, the movement, deformation, and change in orientation of the ultrasonic probe may cause movement and deformation of the observation site itself such as an organ. The techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 deal with such a problem. It is difficult.

すなわち、特許文献1(特開2006−149481号公報)及び特許文献2(国際出願WO2006/057296号公報)で開示されている超音波診断装置では、参照画像データ中の臓器と、超音波プローブで走査中の臓器との間で位置や形状が異なってしまい、ガイド画像が超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向を示せない虞がある。   That is, in the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-149481) and Patent Document 2 (International Application WO2006 / 057296), an organ in the reference image data and an ultrasonic probe are used. There is a possibility that the position and shape differ from the organ being scanned, and the guide image cannot show the actual anatomical position and orientation of the ultrasonic tomographic image.

また、特許文献3(特開2002−263101号公報)で開示されている超音波診断装置は、前述したように、「腹部」のような「科目」や、「全体」のような「タイプ」についての表現形態を選択することはできるが、臓器もしくは器官もしくは組織の自身の状態を選択することはできない。   In addition, as described above, the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-263101) has a “subject” such as “abdomen” and a “type” such as “whole”. It is possible to select the expression form for but not the organ or organ or tissue's own state.

従って、前述の超音波プローブの移動、変形、向きの変化が、観察部位例えば臓器自体の移動や変形を引き起こすことにより、参照画像データ中の臓器と、超音波プローブで走査中の臓器との間で位置や形状が異なってしまい、ガイド画像が超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向を示せないという課題は、依然として未解決のままである。   Therefore, the movement, deformation, and change in orientation of the ultrasonic probe described above cause movement and deformation of the observation site, for example, the organ itself, so that the organ in the reference image data and the organ that is being scanned by the ultrasonic probe are between. However, the problem that the position and shape are different and the guide image cannot show the actual anatomical position and orientation of the ultrasonic tomographic image remains unsolved.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、臓器・器官・組織等の関心領域の超音波断層像を観察する際に、関心領域自体が移動したり変形したりしても、超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向を正しく示すガイド画像を表示することのできる超音波診断装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances. When observing an ultrasonic tomographic image of a region of interest such as an organ, an organ, or a tissue, the ultrasonic tomography may be detected even if the region of interest itself moves or deforms. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of displaying a guide image that correctly indicates the actual anatomical position and orientation of an image.

上記目的を達成するため、本発明による一態様の超音波診断装置は、生体の体腔内へ挿入し、超音波を走査して超音波断層像を作成するための超音波信号を得る細長の超音波プローブと、前記超音波信号に基づき超音波断層像を作成する超音波断層像作成部と、前記超音波断層像の位置および/または配向を検出する検出部と、前記超音波プローブの生体内における走査情報を選択する超音波プローブ情報選択部と、臓器、器官または組織を関心領域として、当該関心領域が通常の状態である第1の状態にあるときの当該関心領域に係る複数の状態の各々に対応した第1の複数の画像データ群と、当該関心領域が、臓器が変形または移動された第2の状態にあるときの当該関心領域に係る複数の状態の各々に対応した第2の複数の画像データ群と、により構成される参照データを保持する参照データ保持部と、前記位置および/または配向を用いて、前記参照データに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置および/または配向のガイド画像を作成するガイド画像作成部と、前記ガイド画像を表示する表示部と、前記超音波プローブ情報選択部で選択した前記超音波プローブの生体内における走査情報に基づき、当該超音波プローブにより影響を受ける関心領域が前記第1の状態または前記第2の状態にあるかを判定すると共に当該関心領域が前記複数の状態のうちいずれの状態にあるかを選択する状態選択部と、を具備し、前記ガイド画像作成部は、前記状態選択部により選択された前記関心領域の状態に対応した画像データを前記第1の複数の画像データ群または前記第2の複数の画像データ群から取得し、当該取得した画像データに基づいて前記ガイド画像を作成する。 In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to an aspect of the present invention is an elongated ultrasonic wave that is inserted into a body cavity of a living body and obtains an ultrasonic signal for creating an ultrasonic tomographic image by scanning the ultrasonic wave. An ultrasonic probe, an ultrasonic tomographic image creation unit that creates an ultrasonic tomographic image based on the ultrasonic signal, a detection unit that detects a position and / or orientation of the ultrasonic tomographic image, and an in vivo body of the ultrasonic probe And a plurality of states related to the region of interest when the region of interest is in a first state, which is a normal state, with an organ, organ or tissue as a region of interest. A first plurality of image data groups corresponding to each and a second region corresponding to each of a plurality of states related to the region of interest when the region of interest is in a second state where the organ is deformed or moved Multiple image data And a reference data holding unit for holding reference data constituted by, and a guide for anatomical position and / or orientation of the ultrasonic tomogram based on the reference data using the position and / or orientation A guide image creation unit that creates an image, a display unit that displays the guide image, and scanning information in the living body of the ultrasound probe selected by the ultrasound probe information selection unit. A state selection unit that determines whether a region of interest is in the first state or the second state and selects which state of the region of interest is one of the plurality of states; The guide image creation unit converts the image data corresponding to the state of the region of interest selected by the state selection unit into the first plurality of image data groups or the second image data group. Obtained from a plurality of image data groups, to create the guide image based on the acquired image data.

本発明によれば、臓器・器官・組織等の関心領域の超音波断層像を観察する際に、超音波プローブの移動、変形、向きの変化等により、関心領域自体が移動したり変形したりしても、超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向を正しく示すガイド画像を表示することができる。   According to the present invention, when observing an ultrasonic tomographic image of a region of interest such as an organ, an organ, or a tissue, the region of interest itself moves or deforms due to movement, deformation, orientation change, or the like of the ultrasonic probe. Even so, it is possible to display a guide image that correctly indicates the actual anatomical position and orientation of the ultrasonic tomographic image.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1〜図23は本発明の第1の実施の形態に係り、図1は超音波診断装置の構成を示すブロック図、図2は体表検出用コイルを使用例で模式的に示す説明図、図3は体腔内接触プローブを示す側面図、図4は画像処理装置の構成を示すブロック図、図5は参照画像記憶部内に記憶される参照画像データを示す説明図、図6はボクセル空間を示す説明図、図7はキーボードのキー配列を示す説明図、図8は位置・配向データを表すために送信アンテナ上に原点を設定した直交基底を示す説明図、図9は被検体側の体腔内特徴点をボクセル空間へ写像する様子等を示す説明図、図10は画像指標作成回路により画像指標データが作成される様子を示す説明図、図11は挿入形状作成回路により作成される挿入形状データが作成される様子を示す説明図、図12は3次元人体画像データを示す説明図、図13は合成回路により画像指標データと挿入形状データとが合成メモリ内のボクセル空間に埋められていく様子を示す説明図、図14は被検体の腹側から観察した場合の3次元ガイド画像データを示す説明図、図15は超音波断層像と同じ向きから観察した場合の3次元ガイド画像データを示す説明図、図16は表示装置に表示される3次元ガイド画像及び超音波断層像を示す図、図17は全体的な処理内容を示すフローチャート、図18は図17における参照画像上での体表特徴点、体腔内特徴点指定処理の具体的な処理内容を示すフローチャート、図19は図17における補正値算出処理の具体的な処理内容を示すフローチャート、図20は図19における処理の説明図、図21は図17における超音波断層像・3次元ガイド画像作成/表示処理の具体的な処理内容を示すフローチャート、図22は3次元人体画像データの回転・移動を示す説明図、図23はキーの組み合わせと参照画像データとの対応を示す説明図である。
[First Embodiment]
1 to 23 relate to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a body surface detection coil in a use example. 3 is a side view showing the body cavity contact probe, FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus, FIG. 5 is an explanatory view showing reference image data stored in the reference image storage unit, and FIG. 6 is a voxel space. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a keyboard key arrangement, FIG. 8 is an explanatory diagram showing an orthogonal base in which an origin is set on a transmission antenna to represent position / orientation data, and FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing how image feature data is created by the image index creation circuit, and FIG. 11 is an insertion created by the insertion shape creation circuit. An explanation of how shape data is created FIG. 12, FIG. 12 is an explanatory diagram showing three-dimensional human body image data, FIG. 13 is an explanatory diagram showing how image index data and insertion shape data are embedded in the voxel space in the synthesis memory by the synthesis circuit, and FIG. FIG. 15 is an explanatory diagram showing three-dimensional guide image data when observed from the same direction as the ultrasonic tomographic image, and FIG. 16 is a display device. FIG. 17 is a flowchart showing the entire processing content, FIG. 18 is a body surface feature point and body cavity feature point designation on the reference image in FIG. FIG. 19 is a flowchart showing the specific processing content of the correction value calculation processing in FIG. 17, FIG. 20 is an explanatory diagram of the processing in FIG. 19, and FIG. 17 is a flowchart showing specific processing contents of ultrasonic tomographic image / three-dimensional guide image creation / display processing in FIG. 17, FIG. 22 is an explanatory diagram showing rotation / movement of three-dimensional human body image data, and FIG. 23 is a combination of keys and reference. It is explanatory drawing which shows a response | compatibility with image data.

先ず、本実施の形態における超音波診断装置の構成について説明する。図1に示すように、本実施の形態の超音波診断装置1は、超音波プローブとしての電子ラジアル走査型の超音波内視鏡2と、光学観察装置3と、超音波内視鏡2からの超音波信号に基づき超音波断層像を作成する超音波断層像作成部としての超音波観測装置4と、超音波断層像の位置及び/又は配向を検出する検出部としての位置配向算出装置5と、送信アンテナ6と、体表検出用コイル7と、体腔内接触プローブ8と、A/Dユニット部9と、画像処理装置11と、マウス12と、キーボード13と、表示部としての表示装置14とを備え、これらは信号線で接続されている。   First, the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 of the present embodiment includes an electronic radial scanning type ultrasonic endoscope 2 as an ultrasonic probe, an optical observation apparatus 3, and an ultrasonic endoscope 2. An ultrasonic observation device 4 as an ultrasonic tomographic image creation unit for creating an ultrasonic tomographic image based on the ultrasonic signal of the position, and a position / orientation calculation device 5 as a detection unit for detecting the position and / or orientation of the ultrasonic tomographic image. A transmission antenna 6, a body surface detection coil 7, an intra-body cavity contact probe 8, an A / D unit 9, an image processing device 11, a mouse 12, a keyboard 13, and a display device as a display unit 14 and these are connected by a signal line.

超音波診断装置1の外部には、X線3次元ヘリカルCT装置(X-ray 3 dimentional computer tomography system)15、3次元MRI装置(3 dimentional magnetic resonance imaging system)16、それらを接続した光通信やADSL等の高速のネットワーク17がある。X線3次元ヘリカルCT装置15と3次元MRI装置16とは、ネットワーク17経由で本超音波診断装置1の画像処理装置11と接続している。   Outside the ultrasonic diagnostic apparatus 1, an X-ray three-dimensional helical CT apparatus (X-ray 3 dimentional computer tomography system) 15, a three-dimensional MRI apparatus (3 dimentional magnetic resonance imaging system) 16, optical communication using them, There is a high-speed network 17 such as ADSL. The X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 are connected to the image processing apparatus 11 of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 via the network 17.

超音波内視鏡2は、食道、胃、十二指腸などの体腔に挿入されて用いられるよう、先端のステンレス等の硬質な材料で構成された硬性部21と、硬性部21より後端側に可撓性のある材料で構成された長尺の可撓部22と、可撓部22より後端側に硬質な材料で構成された操作部23とからなる。尚、硬性部21と可撓部22は、体腔内に挿入される挿入部を形成する。   The ultrasonic endoscope 2 includes a rigid portion 21 made of a hard material such as stainless steel at the tip and a rear end side of the rigid portion 21 so as to be used by being inserted into a body cavity such as the esophagus, stomach, or duodenum. It consists of a long flexible portion 22 made of a flexible material and an operation portion 23 made of a hard material on the rear end side of the flexible portion 22. The rigid portion 21 and the flexible portion 22 form an insertion portion that is inserted into the body cavity.

硬性部21には、カバーガラスで形成された光学観察窓24が設けてあり、この光学観察窓24の内側に光学像を結ぶ対物レンズ25と、その結像位置に配置された撮像素子として、例えばCCD(charge coupled device)26とが設けてある。また、この光学観察窓24に隣接して、体腔内に照明光を照射する図示しない照明光照射窓(照明窓)が設けられている。   The rigid portion 21 is provided with an optical observation window 24 formed of a cover glass, and an objective lens 25 that connects an optical image inside the optical observation window 24 and an image pickup device disposed at the image formation position thereof. For example, a CCD (charge coupled device) 26 is provided. An illumination light irradiation window (illumination window) (not shown) that irradiates illumination light into the body cavity is provided adjacent to the optical observation window 24.

CCD26は、光学観察装置3と信号線27で接続されている。図示しない照明光照射窓は照明光を照射し、体腔内を照明するよう構成されている。体腔表面の像は、光学観察窓24から対物レンズ25を経由してCCD26に結像され、CCD26からのCCD信号は、信号線27を経由して光学観察装置3へ出力される。   The CCD 26 is connected to the optical observation device 3 by a signal line 27. An illumination light irradiation window (not shown) is configured to irradiate illumination light and illuminate the body cavity. The image of the body cavity surface is formed on the CCD 26 from the optical observation window 24 via the objective lens 25, and the CCD signal from the CCD 26 is output to the optical observation device 3 via the signal line 27.

硬性部21は、例えば円柱状の先端部分が短冊状に細かく切断され、挿入軸の周囲に環状でアレイ状に配列させた超音波振動子群が設けてあり、この超音波振動子群で超音波振動子アレイ29が形成されている。超音波振動子アレイ29を構成する各超音波振動子29aは、それぞれ信号線30を介して操作部23経由で超音波観測装置4と接続されている。超音波振動子アレイ29の環の中心は、後述するラジアル走査による超音波ビームの旋回中心である。   The rigid portion 21 is provided with an ultrasonic transducer group in which, for example, a cylindrical tip portion is finely cut into a strip shape, and arranged in an annular array around the insertion axis. A sound wave transducer array 29 is formed. Each ultrasonic transducer 29 a constituting the ultrasonic transducer array 29 is connected to the ultrasonic observation apparatus 4 via the operation unit 23 via the signal line 30. The center of the ring of the ultrasonic transducer array 29 is the turning center of the ultrasonic beam by radial scanning described later.

ここで、硬性部21に固定した正規直交基底(各方向の単位ベクトル)V、V3、V12を図1のように定義する。Vは硬性部21の長手方向(挿入軸方向)と平行なベクトルであり、後述するように、超音波断層像の法線方向ベクトルとなる。このベクトルVに直交するV3は3時方向ベクトル、V12は12時方向ベクトルである。 Here, orthonormal bases (unit vectors in each direction) V, V 3 and V 12 fixed to the rigid portion 21 are defined as shown in FIG. V is a vector parallel to the longitudinal direction (insertion axis direction) of the rigid portion 21, and is a normal direction vector of the ultrasonic tomographic image, as will be described later. V 3 orthogonal to the vector V is a 3 o'clock direction vector, and V 12 is a 12 o'clock direction vector.

硬性部21内には、超音波振動子アレイ29に対する画像位置配向検出用素子としての画像位置配向検出用コイル31が超音波振動子アレイ29の環の中心のごく近傍に固定して設けてある。画像位置配向検出用コイル31は、ベクトルV及びV3の2つの方向(軸)を指向するように、2軸方向に巻かれたコイルが一体に形成され、ベクトルV及びV3の両方向を検出できるように設定されている。 In the rigid portion 21, an image position / orientation detection coil 31 as an image position / orientation detection element for the ultrasonic transducer array 29 is fixed in the very vicinity of the center of the ring of the ultrasonic transducer array 29. . The image position / orientation detection coil 31 is formed integrally with a coil wound in two axial directions so that the two directions (axis) of the vectors V and V 3 are directed, and detects both directions of the vectors V and V 3. It is set to be possible.

可撓部22内には、超音波内視鏡2における挿入部を構成する可撓部22の挿入形状を検出するため、挿入軸に沿って、例えば一定間隔で複数の挿入形状検出用コイル32が設けてある。図1に示すように、挿入形状検出用コイル32は、1軸方向に巻かれたコイルで、その巻線軸方向が可撓部22の挿入軸方向と一致するよう可撓部22内部に固定されている。   In order to detect the insertion shape of the flexible portion 22 constituting the insertion portion of the ultrasonic endoscope 2 in the flexible portion 22, a plurality of insertion shape detection coils 32 are arranged along the insertion axis at regular intervals, for example. Is provided. As shown in FIG. 1, the insertion shape detection coil 32 is a coil wound in one axial direction, and is fixed inside the flexible portion 22 so that the winding axis direction coincides with the insertion axis direction of the flexible portion 22. ing.

尚、硬性部21の位置と配向とは、画像位置配向検出用コイル31の位置から検出できる。また、可撓部22の先端付近には、湾曲自在の湾曲部が設けられることが多く、この湾曲部付近のみに複数の挿入形状検出用コイル32を設け、超音波内視鏡2の挿入部の先端側部分の挿入形状を検出するようにしても良い。   The position and orientation of the rigid portion 21 can be detected from the position of the image position / orientation detection coil 31. Further, in many cases, a bendable bending portion is provided near the distal end of the flexible portion 22, and a plurality of insertion shape detection coils 32 are provided only in the vicinity of the bending portion, and the insertion portion of the ultrasonic endoscope 2 is provided. Alternatively, the insertion shape of the tip side portion may be detected.

本実施の形態においては、複数の挿入形状検出用コイル32を採用することにより、磁場を利用して挿入形状の検出を行う。これにより、挿入形状検出のために、術者及び患者(被検体)が放射線被曝を受けないようにできる。   In the present embodiment, the insertion shape is detected using a magnetic field by employing a plurality of insertion shape detection coils 32. Thereby, it is possible to prevent the operator and the patient (subject) from being exposed to radiation for detecting the insertion shape.

位置配向算出装置5は、画像位置配向検出用コイル31の位置及び配向及び複数の挿入形状検出用コイル32の位置等を検出するものであり、送信アンテナ6と、複数のA/Dユニット9a,9b,9cを有するA/Dユニット9と、画像処理装置11と信号線で接続されている。このうち、位置配向算出装置5と画像処理装置11とは、例えばRS−232C規格のケーブル33で接続されている。   The position / orientation calculation device 5 detects the position and orientation of the image position / orientation detection coil 31, the positions of the plurality of insertion shape detection coils 32, and the like, and includes the transmission antenna 6, the plurality of A / D units 9 a, The A / D unit 9 having 9b and 9c is connected to the image processing apparatus 11 through signal lines. Among these, the position / orientation calculation device 5 and the image processing device 11 are connected by, for example, an RS-232C standard cable 33.

送信アンテナ6は、巻線軸の配向の異なる複数の図示しない送信コイルにより構成され、これらの送信コイルは、例えば直方体の筐体の中に一体に収納されている。複数の送信コイルは、それぞれ位置配向算出装置5に接続されている。   The transmission antenna 6 is composed of a plurality of transmission coils (not shown) having different winding axis orientations, and these transmission coils are housed integrally in, for example, a rectangular parallelepiped housing. The plurality of transmission coils are each connected to the position / orientation calculation device 5.

A/Dユニット9a,9b,9cの各々は、入力されるアナログ信号を増幅する図示しないアンプと、増幅された信号をサンプリングしてデジタルデータへ変換する図示しないアナログデジタル変換回路とを備えている。A/Dユニット9aは、画像位置配向検出用コイル31と、複数の挿入形状検出用コイル32の各々と、個別に信号線34で接続されている。A/Dユニット9bは、長尺の体腔内接触プローブ8と信号線35で接続されている。A/Dユニット9cは、複数の体表検出用コイル7の各々と個別に信号線36で接続されている。   Each of the A / D units 9a, 9b, and 9c includes an amplifier (not shown) that amplifies an input analog signal and an analog / digital conversion circuit (not shown) that samples the amplified signal and converts it into digital data. . The A / D unit 9a is connected to the image position / orientation detection coil 31 and each of the plurality of insertion shape detection coils 32 via signal lines 34 individually. The A / D unit 9 b is connected to the long body cavity contact probe 8 through a signal line 35. The A / D unit 9 c is individually connected to each of the plurality of body surface detection coils 7 by a signal line 36.

図2に示すように、体表検出用コイル7は、各々1軸方向に巻かれた4個のコイルからなり、各々のコイルがテープ、ベルト、バンドなどで、被検体37の体表、具体的には腹部体表の特徴のある点(以下、単に体表特徴点)に着脱可能に固定され、その体表特徴点の磁場を用いた位置検出に利用される。通常の上部内視鏡検査では、被検体37は左側を下にしてベッド38上で横になるいわゆる左側臥位の姿勢をとって、内視鏡を口から挿入されるので、図2もその姿勢で描いている。   As shown in FIG. 2, the body surface detection coil 7 is composed of four coils wound in one axial direction, each of which is a tape, a belt, a band, etc. Specifically, it is detachably fixed to a characteristic point on the abdominal body surface (hereinafter simply referred to as a body surface feature point) and used for position detection using the magnetic field of the body surface feature point. In normal upper endoscopy, the subject 37 takes a so-called left-side-down position lying on the bed 38 with the left side down, and the endoscope is inserted through the mouth. I draw with a posture.

本実施の形態では、体表特徴点を、骨格上の特徴のある箇所「剣状突起」(xiphoid process)、骨盤(pelvis)の左側の「左上前腸骨棘」(left anterior superior iliac spine)、骨盤の右側の「右上前腸骨棘」(right anterior superior iliac spine)、左右の上前腸骨棘の中間で脊椎上の「腰椎椎体棘突起」(spinous process of vertebral body)の4点にとって説明する。この4点は術者が触診で位置を特定できる。また、この4点は同一平面状になく、剣状突起を原点として他の特徴点へ向かう3本のベクトルを基本ベクトルとする斜交座標系(un-orthogonal reference frame)を形成する。この斜交座標系を図2に太線で示す。   In the present embodiment, the body surface feature points are skeleton features (xiphoid process), left upper front iliac spine (left anterior superior iliac spine) on the left side of the pelvis (pelvis) 4 points: right anterior superior iliac spine on the right side of the pelvis and spinous process of vertebral body on the spine between the left and right upper iliac spines I will explain to you. These four points can be identified by the operator through palpation. Further, these four points are not in the same plane, but form an oblique coordinate system (un-orthogonal reference frame) having three vectors from the sword-like projection as an origin to other feature points as basic vectors. This oblique coordinate system is indicated by a bold line in FIG.

図3は体腔内接触プローブ8を示す。体腔内接触プローブ8は、可撓性のある材料で構成された外筒41を有する。この外筒41内におけるその先端には、体腔内検出用コイル42が固定して設けられ、この外筒41の後端にはコネクタ43が設けてある。   FIG. 3 shows the body cavity contact probe 8. The body cavity contact probe 8 has an outer cylinder 41 made of a flexible material. A body cavity detection coil 42 is fixedly provided at the front end of the outer cylinder 41, and a connector 43 is provided at the rear end of the outer cylinder 41.

図3に示すように、体腔内検出用コイル42は、1軸方向に巻かれたコイルで、体腔内接触プローブ8の先端に固定されている。体腔内検出用コイル42は、その巻線軸方向が体腔内接触プローブ8の挿入軸方向と一致するよう固定されている。そして、この体腔内検出用コイル42は、体腔内接触プローブ8の先端が接触された体腔内の関心部位等の位置検出に利用される。   As shown in FIG. 3, the body cavity detection coil 42 is a coil wound in one axial direction and is fixed to the distal end of the body cavity contact probe 8. The body cavity detection coil 42 is fixed so that the winding axis direction thereof coincides with the insertion axis direction of the body cavity contact probe 8. The body cavity detection coil 42 is used to detect the position of a region of interest in the body cavity with which the tip of the body cavity contact probe 8 is in contact.

図1に示すように、超音波内視鏡2は、操作部23から可撓部22を経て硬性部21にかけて、操作部23に第1の開口として、鉗子等を挿入する処置具挿入口(以下では、簡単化のため鉗子口と略記)44を備え、硬性部21に第2の開口としての突出口45を備えた、管状の処置具チャンネル46が設けてある。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic endoscope 2 is a treatment instrument insertion port for inserting forceps or the like as a first opening from the operation unit 23 through the flexible unit 22 to the rigid unit 21 (first opening). In the following, for the sake of simplicity, a tubular treatment instrument channel 46 is provided, which is provided with a forceps opening 44, and the rigid portion 21 is provided with a protruding opening 45 as a second opening.

この処置具チャンネル46は、体腔内接触プローブ8を鉗子口44から挿通し、突出口45から突出できるよう構成されている。突出口45の開口方向は、体腔内接触プローブ8が突出口45から突出したときに、体腔内接触プローブ8が光学観察窓24の光学視野範囲の内に入るよう向けられている。   The treatment instrument channel 46 is configured such that the body cavity contact probe 8 can be inserted through the forceps opening 44 and protrude from the protrusion 45. The opening direction of the protrusion 45 is directed so that the body cavity contact probe 8 falls within the optical field of view of the optical observation window 24 when the body cavity contact probe 8 protrudes from the protrusion 45.

図4に示すように、画像処理装置11は、マッチング回路51と、画像指標作成回路52と、挿入形状作成回路53と、通信回路54と、参照データを保持する参照データ保持部としての参照画像記憶部55と、補間回路56と、3次元人体画像作成回路57と、合成回路58と、回転変換回路59と、異なる2つの視線方向の3次元ガイド画像を作成するガイド画像作成部としての3次元ガイド画像作成回路60(以下、3次元ガイド画像作成回路Aと3次元ガイド画像作成回路Bと記載)と、混合回路61と、表示回路62と、制御回路63とを有している。通信回路54は、大容量で高速の通信モデムを内部に設けており、X線3次元ヘリカルCT装置15と3次元MRI装置16とネットワーク17経由で接続している。   As shown in FIG. 4, the image processing apparatus 11 includes a matching circuit 51, an image index creation circuit 52, an insertion shape creation circuit 53, a communication circuit 54, and a reference image as a reference data holding unit that holds reference data. The storage unit 55, the interpolation circuit 56, the three-dimensional human body image creation circuit 57, the synthesis circuit 58, the rotation conversion circuit 59, and 3 as a guide image creation unit that creates three-dimensional guide images in two different gaze directions. A dimension guide image creation circuit 60 (hereinafter referred to as a 3D guide image creation circuit A and a 3D guide image creation circuit B), a mixing circuit 61, a display circuit 62, and a control circuit 63 are provided. The communication circuit 54 includes a large-capacity and high-speed communication modem, and is connected to the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 via the network 17.

マッチング回路51は、位置配向算出装置5から出力される位置・配向データが入力され、後述するように、直交座標軸0-xyzにおいて算出された位置・配向データを、所定の変換式に従って写像し、直交座標軸O'-x'y'z'における新たな位置・配向データを算出する。そして、マッチング回路51は、この新たな位置・配向データを、位置・配向写像データとして、画像指標データを作成する画像指標作成回路52と、挿入形状データを作成する挿入形状作成回路53とへ出力する。   The matching circuit 51 receives the position / orientation data output from the position / orientation calculation device 5 and maps the position / orientation data calculated on the orthogonal coordinate axes 0-xyz according to a predetermined conversion formula, as will be described later. New position / orientation data in the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ is calculated. The matching circuit 51 outputs the new position / orientation data as position / orientation mapping data to an image index creating circuit 52 for creating image index data and an insertion shape creating circuit 53 for creating insertion shape data. To do.

参照画像記憶部55は、大容量のデータを保存できるハードディスクドライブ等からなる。参照画像記憶部55は、解剖学的な画像情報として、複数の参照画像データを記憶している。図5に示すように、参照画像データは、X線3次元ヘリカルCT装置15もしくは3次元MRI装置16からネットワーク17経由で得られた被検体37の断層像のデータである。   The reference image storage unit 55 includes a hard disk drive that can store a large amount of data. The reference image storage unit 55 stores a plurality of reference image data as anatomical image information. As shown in FIG. 5, the reference image data is tomographic image data of the subject 37 obtained from the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 or the three-dimensional MRI apparatus 16 via the network 17.

本実施の形態においては、説明の都合上、以下、参照画像データを、複数の被検体のうち特定の1被検体から得た、体軸(頭から足に抜ける軸)に垂直で、0.5mm〜数mmピッチ、一辺数十cmの正方形の断層像のデータとする。図5の参照画像記憶部55内の参照画像データには、説明の都合上、1番からN番までの番号が付されている。ここで、図5のように、複数の参照画像データに対して固定した直交座標軸O’-x’y’z’とその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i’,j’,k’を、原点O’を1番の参照画像データの最も左下に定義して、参照画像データ上に定義する。   In the present embodiment, for convenience of description, reference image data is obtained from a specific subject out of a plurality of subjects, and is perpendicular to the body axis (axis extending from the head to the foot), and 0. The data is a tomographic image of a square having a pitch of 5 mm to several mm and a side of several tens of centimeters. The reference image data in the reference image storage unit 55 in FIG. 5 are numbered from 1 to N for convenience of explanation. Here, as shown in FIG. 5, the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ fixed for a plurality of reference image data and their orthonormal bases (unit vectors in each axis direction) i ′, j ′, k 'Is defined on the reference image data by defining the origin O' at the bottom left of the first reference image data.

図4に示すように補間回路56と合成回路58とは、それぞれボリュームメモリVMを内蔵している。説明の都合上、以下、補間回路56に設けられたボリュームメモリVMを補間メモリ56a、合成回路58に設けられたボリュームメモリVMを合成メモリ58aと呼ぶ。   As shown in FIG. 4, the interpolation circuit 56 and the synthesis circuit 58 each have a built-in volume memory VM. For convenience of explanation, hereinafter, the volume memory VM provided in the interpolation circuit 56 is referred to as an interpolation memory 56a, and the volume memory VM provided in the synthesis circuit 58 is referred to as a synthesis memory 58a.

ボリュームメモリVMは、大容量のデータを格納することができるよう構成されている。ボリュームメモリVMの一部の記憶領域にはボクセル空間が割り当てられている。図6に示すように、ボクセル空間は、直交座標軸O’-x’y’z’に対応したアドレスを持つメモリセル(以下、ボクセル)からなっている。   The volume memory VM is configured to store a large amount of data. A voxel space is allocated to a part of the storage area of the volume memory VM. As shown in FIG. 6, the voxel space is composed of memory cells (hereinafter referred to as voxels) having addresses corresponding to the orthogonal coordinate axes O'-x'y'z '.

図4に示す3次元人体画像を作成する3次元人体画像作成回路57と回転変換を行う回転変換回路59は、輝度によるボクセルや画素の抽出、回転変換、相似変換、平行移動等の画像処理を高速に行う図示しない高速プロセッサを内蔵している。   A three-dimensional human body image creation circuit 57 that creates a three-dimensional human body image shown in FIG. 4 and a rotation conversion circuit 59 that performs rotation conversion perform image processing such as extraction of voxels and pixels by luminance, rotation conversion, similarity conversion, and parallel movement. It incorporates a high-speed processor (not shown) that performs at high speed.

表示回路62は、その入力を切り替えるスイッチ62aを有している。スイッチ62aは、入力端子αと、入力端子βと、入力端子γと、1個の出力端子を有する。入力端子αは、参照画像記憶部55と接続されている。入力端子βは、光学観察装置3の図示しない出力端子と接続されている。入力端子γは、混合回路61と接続されている。出力端子は、光学像、超音波断層像及び3次元ガイド画像等を表示する表示装置14と接続されている。   The display circuit 62 has a switch 62a for switching the input. The switch 62a has an input terminal α, an input terminal β, an input terminal γ, and one output terminal. The input terminal α is connected to the reference image storage unit 55. The input terminal β is connected to an output terminal (not shown) of the optical observation device 3. The input terminal γ is connected to the mixing circuit 61. The output terminal is connected to a display device 14 that displays an optical image, an ultrasonic tomographic image, a three-dimensional guide image, and the like.

制御回路63は、画像処理装置11内の各部、各回路に指令が出力できるよう、各部、各回路とは図示しない信号線で接続されている。制御回路63は、超音波観測装置4、マウス12、キーボード13と制御線で直接接続されている。   The control circuit 63 is connected to each unit and each circuit by a signal line (not shown) so that a command can be output to each unit and each circuit in the image processing apparatus 11. The control circuit 63 is directly connected to the ultrasound observation apparatus 4, the mouse 12, and the keyboard 13 through control lines.

図7に示すように、キーボード13は、体腔内特徴点指定キー65、走査制御キー66、表示切換キー13α、表示切換キー13β、表示切換キー13γ、超音波内視鏡走査部位キーとしての胃・十二指腸球部キー18aと十二指腸下降脚キー18b、超音波内視鏡走査情報キーとしてのPUSHキー19aとPULLキー19bを備えている。   As shown in FIG. 7, the keyboard 13 has a body cavity feature point designation key 65, a scanning control key 66, a display switching key 13α, a display switching key 13β, a display switching key 13γ, and a stomach as an ultrasonic endoscope scanning region key. A duodenal bulb key 18a, a duodenal descending leg key 18b, and a PUSH key 19a and a PULL key 19b as ultrasonic endoscope scanning information keys are provided.

表示切換キー13αもしくは13βもしくは13γが押されると、制御回路63は、表示回路62へスイッチ62aを入力端子αもしくはβもしくはγへ切り換えるよう指令を出力する。スイッチ62aは、表示切換キー13αが押されたときには入力端子αへ、表示切換キー13βが押されたときには入力端子βへ、表示切換キー13γが押されたときには入力端子γへ切り換える。   When the display switching key 13α, 13β, or 13γ is pressed, the control circuit 63 outputs a command to the display circuit 62 to switch the switch 62a to the input terminal α, β, or γ. The switch 62a switches to the input terminal α when the display switching key 13α is pressed, switches to the input terminal β when the display switching key 13β is pressed, and switches to the input terminal γ when the display switching key 13γ is pressed.

次に、以上の構成を有する本実施の形態の超音波診断装置1の機能について、図1,図4に基づいて説明する。図1及び図4の各矢印線は、以下の通りの信号・データの流れを示している。
(a)第1:点線で示す光学像に関わる信号・データの流れ
(b)第2:破線で示す超音波断層像に関わる信号・データの流れ
(c)第3:実線で示す位置に関わる信号・データや、それらを加工して作成されたデータの流れ
(d)第4:一点鎖線で示す参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れ
(e)第5:太線で示す超音波断層像データ(後述)と、3次元ガイド画像データ(後述)とを合成した最終的な表示画面に関わる信号・データの流れ
(f)第6:流曲線で示すそれ以外の制御に関わる信号・データの流れ
Next, the function of the ultrasound diagnostic apparatus 1 of the present embodiment having the above configuration will be described with reference to FIGS. Each arrow line in FIG. 1 and FIG. 4 indicates the following signal / data flow.
(A) First: signal / data flow related to optical image indicated by dotted line (b) Second: signal / data flow related to ultrasonic tomographic image indicated by broken line (c) Third: related to position indicated by solid line Signal / data and data flow created by processing them (d) 4: Reference image data indicated by alternate long and short dash lines and data flow created by processing them (e) Fifth: indicated by bold lines Signal / data flow related to the final display screen obtained by synthesizing ultrasonic tomographic image data (described later) and three-dimensional guide image data (described later). Sixth: related to other control indicated by the flow curve Signal and data flow

以下、図1,図4に示す信号・データの流れに沿って順次説明する。   Hereinafter, description will be made sequentially along the flow of signals and data shown in FIGS.

(a)光学像に関わる信号・データの流れ
硬性部21の図示しない照明光照射窓は、光学視野範囲側に照明光を照射する。CCD26は、光学視野範囲の物体を撮像し、光電変換してCCD信号を光学観察装置3に出力する。光学観察装置3は、入力されたCCD信号を基にして光学視野範囲の画像のデータを作成し、このデータを光学像データとして画像処理装置11内の表示回路62のスイッチ62aの入力端子βへ出力する。
(A) Signal / Data Flow Related to Optical Image An illumination light irradiation window (not shown) of the rigid portion 21 irradiates illumination light toward the optical visual field range side. The CCD 26 images an object in the optical field of view, photoelectrically converts it, and outputs a CCD signal to the optical observation device 3. The optical observation device 3 creates image data in the optical visual field range based on the input CCD signal, and uses this data as optical image data to the input terminal β of the switch 62a of the display circuit 62 in the image processing device 11. Output.

(b)超音波断層像に関わる信号・データの流れ
術者が走査情報を選択するための条件を入力する条件入力部としての走査制御キー66を押すと、制御回路63は後述するラジアル走査のON/OFF制御を指令するための走査制御信号を超音波観測装置4へ出力する。この走査制御信号を受けた超音波観測装置4は、超音波振動子アレイ29を構成する超音波振動子29aのうち、一部かつ複数の超音波振動子29aを選択してパルス電圧状の励起信号を送信する。この一部かつ複数の超音波振動子29aは、励起信号を受け取って媒体の疎密波である超音波に変換する。
(B) Signal / Data Flow Related to Ultrasonic Tomographic Image When the operator presses a scan control key 66 as a condition input unit for inputting conditions for selecting scan information, the control circuit 63 performs a radial scan described later. A scanning control signal for commanding ON / OFF control is output to the ultrasonic observation apparatus 4. Upon receiving this scanning control signal, the ultrasound observation apparatus 4 selects a part and a plurality of ultrasound transducers 29a from among the ultrasound transducers 29a constituting the ultrasound transducer array 29 to excite the pulse voltage. Send a signal. The partial and plural ultrasonic transducers 29a receive the excitation signal and convert it into an ultrasonic wave that is a dense wave of the medium.

この際、超音波観測装置4は、各励起信号が各超音波振動子29aに到着する時刻が異なるよう、各励起信号に遅延をかけている。この遅延は、各超音波振動子29aが励起する超音波が被検体37内で重ね合わせられたときに一本の超音波ビームを形成するようにその値(遅延量)が調整されている。   At this time, the ultrasonic observation apparatus 4 delays each excitation signal so that the time at which each excitation signal arrives at each ultrasonic transducer 29a is different. The value (delay amount) of the delay is adjusted so that one ultrasonic beam is formed when the ultrasonic waves excited by the ultrasonic transducers 29 a are superimposed in the subject 37.

超音波ビームは、超音波内視鏡2外部へと照射され、被検体37内からの反射波が超音波ビームとは逆の経路を辿って各超音波振動子29aへ戻る。各超音波振動子29aは反射波を電気的なエコー信号に変換して励起信号とは逆の経路で超音波観測装置4へ伝達する。   The ultrasonic beam is irradiated to the outside of the ultrasonic endoscope 2, and the reflected wave from the inside of the subject 37 follows the path opposite to that of the ultrasonic beam and returns to each ultrasonic transducer 29a. Each ultrasonic transducer 29a converts the reflected wave into an electrical echo signal and transmits it to the ultrasonic observation apparatus 4 through a path opposite to the excitation signal.

超音波観測装置4は、超音波ビームが、超音波振動子アレイ29の環の中心を含み、硬性部21および可撓部22に垂直な平面(以下、ラジアル走査面)内で旋回するよう、超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子29aを選択し直し、再び励起信号を送信する。このようにして超音波ビームの送信角度が変わっていく。これを反復的に繰り返すことにより、いわゆるラジアル走査が実現する。   The ultrasonic observation apparatus 4 includes a center of the ring of the ultrasonic transducer array 29 so that the ultrasonic beam swirls in a plane perpendicular to the rigid portion 21 and the flexible portion 22 (hereinafter referred to as a radial scanning plane). The plurality of ultrasonic transducers 29a involved in the formation of the ultrasonic beam are selected again, and the excitation signal is transmitted again. In this way, the transmission angle of the ultrasonic beam changes. By repeating this repeatedly, so-called radial scanning is realized.

この際、超音波観測装置4は、超音波振動子29aが反射波から変換したエコー信号から、超音波振動子アレイ29の1回のラジアル走査に対し、硬性部21の挿入軸に垂直な1枚のデジタル化した超音波断層像データを作成し、画像処理装置11の混合回路61へ出力する。この際、超音波観測装置4は、超音波断層像データを正方形に加工して作成する。   At this time, the ultrasonic observation device 4 uses the echo signal converted from the reflected wave by the ultrasonic transducer 29 a to 1 perpendicular to the insertion axis of the rigid portion 21 for one radial scan of the ultrasonic transducer array 29. One piece of digitized ultrasonic tomographic image data is created and output to the mixing circuit 61 of the image processing apparatus 11. At this time, the ultrasonic observation apparatus 4 creates ultrasonic tomographic image data by processing it into a square.

このように本実施の形態では、超音波観測装置4が超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子29aを選択し直し、再び励起信号を送信するため、正方形の超音波断層像の例えば12時方向は、超音波観測装置4が12時方向としてどの超音波振動子29aを選択して励起信号を送信するかで決定される。こうして、超音波断層像の法線方向ベクトルV、3時方向ベクトルV3、12時方向ベクトルV12が定義される。さらに、超音波観測装置4は、超音波断層像データを、法線ベクトルVの反対方向−Vから観察した方向で作成する。 As described above, in the present embodiment, since the ultrasonic observation apparatus 4 reselects the plurality of ultrasonic transducers 29a involved in the formation of the ultrasonic beam and transmits the excitation signal again, For example, the 12 o'clock direction is determined by which ultrasonic transducer 29a selects and transmits the excitation signal as the 12 o'clock direction. Thus, the normal direction vector V, 3 o'clock direction vector V 3 , and 12 o'clock direction vector V 12 of the ultrasonic tomographic image are defined. Furthermore, the ultrasonic observation apparatus 4 creates ultrasonic tomographic image data in a direction observed from a direction −V opposite to the normal vector V.

超音波振動子アレイ29によるラジアル走査と、超音波観測装置4による超音波断層像データの作成と混合回路61への出力はリアルタイムに行われる。   Radial scanning by the ultrasonic transducer array 29, generation of ultrasonic tomographic image data by the ultrasonic observation apparatus 4, and output to the mixing circuit 61 are performed in real time.

(c)位置に関わる信号・データやそれを加工して作成されたデータの流れ
位置配向算出装置5は、送信アンテナ6の図示しない送信コイルを励磁する。送信アンテナ6は、空間に交番磁場を張る。
(C) Flow of position-related signals and data and data created by processing the position / orientation calculation device 5 excites a transmission coil (not shown) of the transmission antenna 6. The transmission antenna 6 applies an alternating magnetic field in the space.

画像位置配向検出用コイル31を構成するベクトルVとV3との方向に巻かれた巻線軸が互いに直交する2個のコイルと、複数個の挿入形状検出用コイル32と、体腔内検出用コイル42と、体表検出用コイル7とは、それぞれ交番磁場を検出し、交番磁場を各々の位置電気信号に変換してA/Dユニット9a、9b、9cへ出力する。 Two coils whose winding axes wound in the directions of vectors V and V 3 constituting the image position / orientation detection coil 31 are orthogonal to each other, a plurality of insertion shape detection coils 32, and a body cavity detection coil 42 and the body surface detection coil 7 respectively detect an alternating magnetic field, convert the alternating magnetic field into respective position electric signals, and output the signals to the A / D units 9a, 9b, 9c.

A/Dユニット9a,9b,9cは、位置電気信号をアンプで増幅し、アナログデジタル変換回路でサンプリングしてデジタルデータへ変換し、デジタルデータを位置配向算出装置5へ出力する。   The A / D units 9 a, 9 b, 9 c amplify the position electrical signal with an amplifier, sample it with an analog-digital conversion circuit, convert it into digital data, and output the digital data to the position orientation calculation device 5.

次に、位置配向算出装置5は、A/Dユニット9aからのデジタルデータを基にして、画像位置配向検出用コイル31の位置とその直交する巻線軸の方向、つまりベクトルVとV3とを算出する。次に、位置配向算出装置5は、直交する巻線軸の方向のベクトルVとV3の外積V×V3を算出することで、残りの直交方向である12時方向のベクトルV12を算出する。このようにして、位置配向算出装置5は直交する3方向、つまりベクトルV、V3、V12を算出する。 Next, the position / orientation calculation apparatus 5 calculates the position of the image position / orientation detection coil 31 and the direction of the winding axis perpendicular thereto, that is, the vectors V and V 3 based on the digital data from the A / D unit 9a. calculate. Then, the position orientation calculation device 5, by calculating the outer product V × V 3 of the winding axis direction of the vector V and V 3 of orthogonal, to calculate the 12 o'clock direction of the vector V 12 is the remaining orthogonal direction . In this way, the position / orientation calculation apparatus 5 calculates three orthogonal directions, that is, vectors V, V 3 and V 12 .

次に、位置配向算出装置5は、A/Dユニット9a〜9cからのデジタルデータを基にして、複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置と、体表検出用コイル7の各々の位置と、体腔内検出用コイル42の位置とを算出する。そして、位置配向算出装置5は、画像位置配向検出用コイル31の位置及び配向と、複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置と、4個の体表検出用コイル7の各々の位置と、体腔内検出用コイル42の位置とを、位置・配向データとして画像処理装置11のマッチング回路51へ出力する。   Next, the position / orientation calculation device 5 uses the digital data from the A / D units 9a to 9c to determine the position of each of the plurality of insertion shape detection coils 32 and each of the body surface detection coils 7. The position and the position of the body cavity detection coil 42 are calculated. Then, the position / orientation calculation apparatus 5 includes the position and orientation of the image position / orientation detection coil 31, the positions of the plurality of insertion shape detection coils 32, and the positions of the four body surface detection coils 7. And the position of the body cavity detection coil 42 are output to the matching circuit 51 of the image processing apparatus 11 as position / orientation data.

以下、位置・配向データの詳細について述べる。
本実施の形態では、図8のように原点Oを送信アンテナ6上に定義して、術者が被検体37を検査する実際の空間上に直交座標軸O-xyzとその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i,j,kを定義する。画像位置配向検出用コイル31の位置をO"とする。画像位置配向検出用コイル31は、超音波振動子アレイ29の環の中心のごく近傍に固定されているので、位置O"は、ラジアル走査の中心かつ超音波断層像の中心に一致する。
Details of the position / orientation data will be described below.
In the present embodiment, the origin O is defined on the transmission antenna 6 as shown in FIG. 8, and the orthogonal coordinate axis O-xyz and its normal orthogonal basis (each axis are set on the actual space where the operator examines the subject 37. Define directional unit vectors i, j, and k. The position of the image position / orientation detection coil 31 is O ″. Since the image position / orientation detection coil 31 is fixed very close to the center of the ring of the ultrasonic transducer array 29, the position O ″ is radial. It coincides with the center of the scan and the center of the ultrasonic tomogram.

ここで、位置・配向データを、以下のように定義する。
直交座標軸O-xyzにおける画像位置配向検出用コイル31の位置O"の位置ベクトルOO"の各方向成分:
(x0,y0,z0)
直交座標軸O-xyzに対する画像位置配向検出用コイル31の配向を示すオイラー角(後述)の各角度成分:
(ψ,θ,φ)
直交座標軸O-xyzにおける複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置ベクトルの各方向成分:
(xi,yi,zi) (iは1から挿入形状検出用コイル32の総数までの自然数)
直交座標軸O-xyzにおける4個の体表検出用コイル7の各々の位置ベクトルの各方向成分:
(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)
直交座標軸O-xyzにおける体腔内検出用コイル42の位置ベクトルの各方向成分:
(xp,yp,zp)
Here, the position / orientation data is defined as follows.
Each direction component of the position vector OO "of the position O" of the image position / orientation detection coil 31 on the orthogonal coordinate axis O-xyz:
(x0, y0, z0)
Each angle component of Euler angles (described later) indicating the orientation of the image position orientation detection coil 31 with respect to the orthogonal coordinate axis O-xyz:
(ψ, θ, φ)
Each direction component of each position vector of the plurality of insertion shape detection coils 32 on the orthogonal coordinate axis O-xyz:
(xi, yi, zi) (i is a natural number from 1 to the total number of insertion shape detection coils 32)
Each direction component of each position vector of the four body surface detection coils 7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz:
(xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), (xd, yd, zd)
Each direction component of the position vector of the body cavity detection coil 42 on the orthogonal coordinate axis O-xyz:
(xp, yp, zp)

ここで、オイラー角とは、図8の直交座標軸O-xyzに、z軸の周りの回転、y軸の周りの回転、再びz軸の周りの回転をこの順で加えて、以下の通りに各軸の方向が一致するような角度である。
回転後のi=V3、回転後のj=V12、回転後のk=V
また、ψは、最初のz軸の周りの回転角度、θはy軸の周りの回転角度、φは再びのz軸の周りの回転角度である。
Here, the Euler angle is obtained by adding rotation around the z axis, rotation around the y axis, and rotation around the z axis again in this order to the orthogonal coordinate axis O-xyz in FIG. The angle is such that the directions of the axes coincide.
I = V 3 after rotation, j = V 12 after rotation, k = V after rotation
Ψ is the first rotation angle around the z axis, θ is the rotation angle around the y axis, and φ is the rotation angle around the z axis again.

図8のHは、位置O"からxy平面へ下ろした垂線と、xy平面との交点である。このオイラー角の各角度成分(ψ,θ,φ)が画像位置配向検出用コイル31の配向、すなわち超音波断層像データの配向に相当する。   H in FIG. 8 is an intersection of a perpendicular line from the position O ″ to the xy plane and the xy plane. Each angular component (ψ, θ, φ) of this Euler angle is the orientation of the image position orientation detecting coil 31. That is, this corresponds to the orientation of ultrasonic tomographic image data.

マッチング回路51は、以下の第1と第2と第3と第4とのデータ群から、直交座標軸O-xyz上で表現された位置・配向を、直交座標軸O'-x'y'z'上で表現されたボクセル空間内の位置・配向へ写像する変換式を算出する。この算出の方法は後述する。また、下記第1と第2で説明する位置・配向データは、被検体37の体動によって変化が生じる。変換式も被検体37の体動の変化とともに新たに作成される。この変換式の新たな作成も後述する。   The matching circuit 51 converts the position / orientation expressed on the orthogonal coordinate axis O-xyz from the following first, second, third, and fourth data groups to the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′. The conversion formula that maps to the position / orientation in the voxel space expressed above is calculated. This calculation method will be described later. Further, the position / orientation data described in the following first and second changes depending on the body movement of the subject 37. A conversion formula is also newly created as the body movement of the subject 37 changes. New creation of this conversion formula will also be described later.

第1のデータ群は、位置・配向データのうち、被検体37の剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起の各々に取り付けた体表検出用コイル7の直交座標軸O-xyzにおける位置ベクトルの各方向成分(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)である。図9に、これらに取り付けられた体表検出用コイル7を示す。   The first data group includes a body surface detection coil 7 attached to each of the xiphoid process, upper left anterior iliac spine, upper right anterior iliac spine, and lumbar spine process of the subject 37 in the position / orientation data. Are the directional components (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), (xd, yd, zd) of the position vector on the orthogonal coordinate axis O-xyz. FIG. 9 shows the body surface detection coil 7 attached thereto.

第2のデータ群は、位置・配向データのうち、直交座標軸O-xyzにおける体腔内検出用コイル42の位置ベクトルの各方向成分(xp,yp,zp)である。図9において体腔内検出用コイル42を先端に固定して内蔵した体腔内接触プローブ8を太い点線で示す。   The second data group is each direction component (xp, yp, zp) of the position vector of the body cavity detection coil 42 on the orthogonal coordinate axis O-xyz in the position / orientation data. In FIG. 9, the body cavity contact probe 8 in which the body cavity detection coil 42 is fixed and housed is shown by a thick dotted line.

第3のデータ群は、1〜N番までの参照画像データの何れかの上の、剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起の各々について、これら各々から最も体表に近い画素の直交座標軸O'-x'y'z'における座標(xa',ya',za')、(xb',yb',zb')、(xc',yc',zc')、(xd',yd',zd')である。これらの画素は、予め術者が1〜N番までの参照画像データの何れかの上で指定する。この指定の方法は後述する。   The third data group includes the xiphoid process, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar spine spinous processes on any of the reference image data Nos. 1 to N, respectively. (Xa ', ya', za '), (xb', yb ', zb'), (xc ', yc',) on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'of the pixel closest to the body surface zc ′) and (xd ′, yd ′, zd ′). These pixels are designated in advance on any of the reference image data Nos. 1 to N by the operator. This designation method will be described later.

図9は、これらの画素を黒丸●と白丸○とで示す。(xa',ya',za')、(xb',yb',zb')、(xc',yc',zc')、(xd',yd',zd')は、図4に示すように体表特徴点座標として、参照画像記憶部55からマッチング回路51へ読み出される。   FIG. 9 shows these pixels with black circles ● and white circles ○. (xa ', ya', za '), (xb', yb ', zb'), (xc ', yc', zc '), (xd', yd ', zd') are as shown in FIG. The body surface feature point coordinates are read from the reference image storage unit 55 to the matching circuit 51.

第4のデータ群は、1〜N番までの参照画像データの何れかの上の、十二指腸乳頭に相当する画素の直交座標軸O'-x'y'z'における座標(xp",yp",zp")である。これらの画素は、予め術者が1〜N番までの参照画像データの何れかの上で指定する。この指定の方法は後述する。   The fourth data group includes coordinates (xp ", yp", xp ", yp", pixel coordinates on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'corresponding to the duodenal papilla on any of the reference image data Nos. 1 to N. zp "). These pixels are designated in advance by the operator on any of the reference image data Nos. 1 to N. This designation method will be described later.

図9において、この画素をP"で示す。第4の画素の座標(xp",yp",zp")は、図4に示すように体腔内特徴点座標として、参照画像記憶部55からマッチング回路51へ読み出される。   9, this pixel is indicated by P ″. The coordinates (xp ″, yp ″, zp ″) of the fourth pixel are matched from the reference image storage unit 55 as body cavity feature point coordinates as shown in FIG. Read to circuit 51.

次に、マッチング回路51は、直交座標軸O-xyzにおいて算出された位置・配向データを、上記変換式に従って写像し、直交座標軸O'-x'y'z'における新たな位置・配向データを算出する。そして、マッチング回路51は、この新たな位置・配向データを、位置・配向写像データとして、画像指標作成回路52と挿入形状作成回路53とへ出力する。   Next, the matching circuit 51 maps the position / orientation data calculated on the orthogonal coordinate axis O-xyz in accordance with the above conversion formula, and calculates new position / orientation data on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′. To do. Then, the matching circuit 51 outputs the new position / orientation data to the image index creation circuit 52 and the insertion shape creation circuit 53 as position / orientation mapping data.

画像指標作成回路52は、直交座標軸O-xyzにおける画像位置配向検出用コイル31の位置O"の位置ベクトルOO"の各方向成分(x0,y0,z0)と、直交座標軸O-xyzに対する画像位置配向検出用コイル31の配向を示すオイラー角の各角度成分(ψ,θ,φ)との計6自由度の位置・配向写像データから画像指標データを作成し、合成回路58へ出力する。   The image index creation circuit 52 includes each direction component (x0, y0, z0) of the position vector OO "of the position O" of the image position / orientation detection coil 31 on the orthogonal coordinate axis O-xyz, and the image position relative to the orthogonal coordinate axis O-xyz. Image index data is generated from position / orientation mapping data having a total of six degrees of freedom with each of the Euler angle components (ψ, θ, φ) indicating the orientation of the orientation detection coil 31, and is output to the synthesis circuit 58.

この様子を図10に示す。つまり、図10の上側の位置・配向写像データから、図10の下側に示すように画像指標データが作成される。この画像指標データは、平行四辺形の超音波断層像マーカMuに、例えば青色の先端方向マーカMd(図10中で青と表記)と黄緑色の矢印状の6時方向マーカMt(図10中に黄緑と表記)とを合成した直交座標軸O'-x'y'z'上における画像データである。   This is shown in FIG. That is, image index data is created from the upper position / orientation mapping data in FIG. 10 as shown in the lower part of FIG. This image index data includes, for example, a parallelogram ultrasonic tomogram marker Mu, a blue tip direction marker Md (indicated as blue in FIG. 10), and a yellow green arrow-shaped 6 o'clock direction marker Mt (in FIG. 10). Image data on the Cartesian coordinate axis O'-x'y'z '.

挿入形状作成回路53は、画像位置配向検出用コイル31の位置O"の位置ベクトルOO"の各方向成分(x0,y0,z0)と、直交座標軸O-xyzにおける複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置ベクトルの各方向成分(xi,yi,zi)との位置・配向写像データから、(補間及びマーカ作成処理により)挿入形状データを作成し、合成回路58へ出力する。   The insertion shape creation circuit 53 includes each direction component (x0, y0, z0) of the position vector OO "of the position O" of the image position / orientation detection coil 31 and a plurality of insertion shape detection coils on the orthogonal coordinate axis O-xyz. Insertion shape data is created (by interpolation and marker creation processing) from the position / orientation mapping data of each of the 32 position vectors and each direction component (xi, yi, zi), and output to the synthesis circuit 58.

この様子を図11に示す。挿入形状データは、画像位置配向検出用コイル31と複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置を順につないで補間したひも状の挿入形状マーカMsと、各コイル位置を示すコイル位置マーカMcとを合成した直交座標軸O'-x'y'z'上における画像データである。   This is shown in FIG. The insertion shape data includes a string-like insertion shape marker Ms obtained by interpolating the positions of the image position / orientation detection coil 31 and the plurality of insertion shape detection coils 32 in order, and a coil position marker Mc indicating each coil position. Is the image data on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′.

(d)参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れ
術者は、キーボード13の所定のキーを押すか、画面上のメニューをマウス12で選択して、参照画像データの取得を指示する。このとき同時に術者は、入手先も指示する。この指示により、制御回路63は、通信回路54に対して参照画像データの取り込みとその入手先を指令する。
(D) Flow of reference image data and data created by processing the reference image The operator presses a predetermined key on the keyboard 13 or selects a menu on the screen with the mouse 12 to acquire the reference image data. Instruct. At the same time, the surgeon also instructs the supplier. In response to this instruction, the control circuit 63 instructs the communication circuit 54 to take in reference image data and obtain it.

例えば、入手先がX線3次元ヘリカルCT装置15であった場合には、通信回路54は、参照画像データとしてネットワーク17から複数枚の2次元CT画像を取り込み、参照画像記憶部55へ記憶させる。X線3次元ヘリカルCT装置15で撮像する際には、撮像前にX線造影剤を被検体37の血管から注入し、大動脈(aorta)、上腸間膜静脈(superior mesenteric vein)等の血管(広義には脈管)や、血管を多く含む器官が、2次元CT画像上、高輝度や中輝度で表示されるようにし、周囲の組織とは輝度差がつきやすくしておく。   For example, when the acquisition destination is the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15, the communication circuit 54 takes in a plurality of two-dimensional CT images from the network 17 as reference image data and stores them in the reference image storage unit 55. . When imaging with the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15, an X-ray contrast medium is injected from the blood vessel of the subject 37 before imaging, and blood vessels such as the aorta and superior mesenteric vein (Vessels in a broad sense) and organs containing many blood vessels are displayed on the two-dimensional CT image with high or medium luminance so that a difference in luminance from the surrounding tissues is likely to occur.

また、例えば、入手先が3次元MRI装置16であった場合には、通信回路54は、参照画像データとしてネットワーク17から複数枚の2次元MRI画像を取り込み、参照画像記憶部55へ記憶させる。3次元MRI装置16で撮像する際には、撮像前に核磁気共鳴の感度の高いMRI用造影剤を被検体37の血管から注入し、大動脈、上腸間膜静脈等の血管や、血管を多く含む器官が、2次元MRI画像上、高輝度や中輝度で表示されるようにし、周囲の組織とは輝度差がつきやすくしておく。   For example, when the acquisition destination is the three-dimensional MRI apparatus 16, the communication circuit 54 captures a plurality of two-dimensional MRI images from the network 17 as reference image data and stores them in the reference image storage unit 55. When imaging with the three-dimensional MRI apparatus 16, an MRI contrast agent with high nuclear magnetic resonance sensitivity is injected from the blood vessel of the subject 37 before imaging, and blood vessels such as the aorta and superior mesenteric vein, Many organs are displayed on a two-dimensional MRI image with high or medium luminance so that a difference in luminance from the surrounding tissue is likely to occur.

以下、術者が入手先としてX線3次元ヘリカルCT装置15を選択した場合と3次元MRI装置16を選択した場合とは、作用が同様であるので、入手先としてX線3次元ヘリカルCT装置15を選択し、通信回路54が参照画像データとして複数枚の2次元CT画像を取り込んだ場合についてのみの作用を説明する。   Hereinafter, when the operator selects the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 as the acquisition destination, and when the operator selects the three-dimensional MRI apparatus 16, the operation is the same, so the X-ray three-dimensional helical CT apparatus as the acquisition destination. The operation will be described only when 15 is selected and the communication circuit 54 captures a plurality of two-dimensional CT images as reference image data.

図5に参照画像記憶部55へ記憶された参照画像データの例を示す。X線造影剤の作用により、大動脈、上腸間膜静脈等の血管は高輝度に、膵臓(pancreas)等の末梢血管を多く含む器官は中輝度に、十二指腸(duodenum)等は低輝度に造影されている。   FIG. 5 shows an example of reference image data stored in the reference image storage unit 55. Due to the action of the X-ray contrast medium, blood vessels such as the aorta and superior mesenteric vein are contrasted with high brightness, organs with many peripheral blood vessels such as pancreas are contrasted with medium brightness, and duodenum is contrasted with low brightness. Has been.

補間回路56は、参照画像記憶部55より1番からN番までの全ての参照画像データを読み出す。次に、補間回路56は、読み出した参照画像データを補間メモリ56aのボクセル空間へ埋めていく。具体的には、参照画像データの各画素の輝度を、画素に対応するアドレスを持つボクセルへ出力していく。次に補間回路56は、隣接する参照画像データの輝度値を基に補間して、空いているボクセルをデータで埋めていく。このようにして、ボクセル空間内の全てのボクセルが参照画像データを基にしたデータ(以下、ボクセルデータ)で満たされる。   The interpolation circuit 56 reads all the reference image data from No. 1 to No. N from the reference image storage unit 55. Next, the interpolation circuit 56 fills the read reference image data in the voxel space of the interpolation memory 56a. Specifically, the luminance of each pixel of the reference image data is output to a voxel having an address corresponding to the pixel. Next, the interpolation circuit 56 performs interpolation based on the luminance value of the adjacent reference image data, and fills the vacant voxel with the data. In this way, all the voxels in the voxel space are filled with data based on the reference image data (hereinafter referred to as voxel data).

3次元人体画像作成回路57は、補間回路56から高輝度値のボクセル(主に血管)、中輝度値のボクセル(主に膵臓など末梢血管を多く含む器官)をそれぞれ輝度値域別に抽出し、輝度別に分類して着色する。次に、3次元人体画像作成回路57は、抽出したボクセルを3次元人体画像データとして、合成回路58の合成メモリ58aのボクセル空間へ埋めていく。このとき、3次元人体画像作成回路57は、抽出したボクセルの補間メモリ56a内のボクセル空間のアドレスと、合成メモリ58a内のボクセル空間のアドレスとが同じになるように埋めていく。   The three-dimensional human body image creation circuit 57 extracts voxels (mainly blood vessels) with high luminance values and voxels with medium luminance values (mainly organs including many peripheral blood vessels such as pancreas) from the interpolation circuit 56 for each luminance value range. Separately and color. Next, the three-dimensional human body image creation circuit 57 fills the extracted voxels in the voxel space of the synthesis memory 58a of the synthesis circuit 58 as three-dimensional human body image data. At this time, the three-dimensional human body image creation circuit 57 fills the extracted voxel addresses in the interpolation memory 56a so that the addresses in the voxel space in the synthesis memory 58a are the same.

図12に3次元人体画像データの例を示す。図12に示す例では、3次元人体画像データは、高輝度の血管である大動脈と上腸間膜静脈、中輝度の器官である膵臓とが抽出されたものであり、血管は赤、膵臓は緑で着色され、被検体37の頭側を右側に足側を左側にして腹側から観察した3次元データとして示されている。   FIG. 12 shows an example of 3D human body image data. In the example shown in FIG. 12, the three-dimensional human body image data is obtained by extracting the aorta and superior mesenteric vein which are high-luminance blood vessels, and the pancreas which is a medium-luminance organ. It is colored in green, and is shown as three-dimensional data observed from the ventral side with the head side of the subject 37 on the right side and the foot side on the left side.

合成回路58は、画像指標データと挿入形状データとを、合成メモリ58a内のボクセル空間に埋めていく。この様子を図13に示す。図13においては、説明の都合上、ボクセル空間に存在する3次元人体画像データを省略している(3次元人体画像データを省略しない場合は図14等で示す)。このようにして、合成回路58は、同じボクセル空間内に3次元人体画像データと、画像指標データと、挿入形状データとを同じ合成メモリ内に埋めていくことで、これらを一組のデータ(以下、合成3次元データ)として合成する。   The synthesis circuit 58 embeds the image index data and the insertion shape data in the voxel space in the synthesis memory 58a. This is shown in FIG. In FIG. 13, for convenience of explanation, the three-dimensional human body image data existing in the voxel space is omitted (when the three-dimensional human body image data is not omitted, it is shown in FIG. 14). In this way, the synthesis circuit 58 embeds the three-dimensional human body image data, the image index data, and the insertion shape data in the same synthesis memory in the same voxel space. Hereinafter, it is synthesized as synthesized three-dimensional data.

3次元ガイド画像作成回路Aは、合成3次元データに陰面消去、陰影付け等のレンダリング処理を施し、画面に出力可能な画像データ(以下、3次元ガイド画像データ)を作成する。3次元ガイド画像データのデフォルトの向きは、人体の腹側からの向きとする。従って、3次元ガイド画像作成回路Aは、被検体37の腹側からの方向で観察した3次元ガイド画像データを作成する。   The three-dimensional guide image creation circuit A performs rendering processing such as hidden surface removal and shading on the synthesized three-dimensional data, and creates image data (hereinafter, three-dimensional guide image data) that can be output to the screen. The default direction of the three-dimensional guide image data is the direction from the ventral side of the human body. Therefore, the three-dimensional guide image creation circuit A creates three-dimensional guide image data observed in the direction from the ventral side of the subject 37.

尚、3次元ガイド画像データのデフォルトの向きとしては、人体の腹側からの向きとしているが、背側からの向きの3次元ガイド画像データを作成するようにしても良い。また、その他の方向からの3次元ガイド画像データを作成するようにしても良い。   Note that the default orientation of the 3D guide image data is the orientation from the abdomen side of the human body, but 3D guide image data of the orientation from the back side may be created. Further, three-dimensional guide image data from other directions may be created.

次に、3次元ガイド画像作成回路Aは、被検体腹側から観察した3次元ガイド画像データを混合回路61へ出力する。この3次元ガイド画像データを図14に示す。図14の右側が被検体頭側、左側が被検体足側である。また、図14の3次元ガイド画像データでは、画像指標データのうちの超音波断層像マーカMuを半透明にして、画像指標データの6時方向マーカMtと、先端方向マーカMdと、挿入形状データの挿入形状マーカMsと、コイル位置マーカMcとが透けて見えるようにしている。その他の臓器に対しては超音波断層像マーカMuを不透明にして超音波断層像マーカMuの裏側の部分は見えないようにしている。図14では、超音波断層像マーカMuの裏側にあり、かつ超音波断層像マーカMuと重なる各マーカは破線で示してある。   Next, the three-dimensional guide image creation circuit A outputs the three-dimensional guide image data observed from the subject's ventral side to the mixing circuit 61. The three-dimensional guide image data is shown in FIG. The right side of FIG. 14 is the subject head side, and the left side is the subject foot side. In the three-dimensional guide image data of FIG. 14, the ultrasonic tomographic image marker Mu in the image index data is made translucent, the 6 o'clock direction marker Mt, the tip direction marker Md, and the insertion shape data of the image index data. The insertion shape marker Ms and the coil position marker Mc are seen through. For other organs, the ultrasonic tomographic image marker Mu is made opaque so that the portion on the back side of the ultrasonic tomographic image marker Mu cannot be seen. In FIG. 14, each marker that is behind the ultrasonic tomographic image marker Mu and overlaps the ultrasonic tomographic image marker Mu is indicated by a broken line.

回転変換回路59は、合成3次元データを読み出し、制御回路63からの回転指示信号に従って、合成3次元データに対して回転処理を施す。   The rotation conversion circuit 59 reads the combined three-dimensional data and performs a rotation process on the combined three-dimensional data in accordance with the rotation instruction signal from the control circuit 63.

3次元ガイド画像作成回路Bは、回転処理を加えられた合成3次元データに陰面消去、陰影付け等のレンダリング処理を施し、画面に出力可能な3次元ガイド画像データを作成する。本実施の形態では、例として、術者のマウス12やキーボード13からの入力により、制御回路63からの回転指示信号が位置・配向写像データを基にして−V方向、すなわち、超音波断層像マーカMuの法線を観察視線として3次元ガイド画像データを観察する指示内容になっていたものとする。回転変換回路59は、合成3次元データを表示装置14の画面法線と一致するよう画面に正対させ、かつ6時方向マーカMtが表示装置14の画面の下方向に向くように設定されたガイド画像を作成する。   The three-dimensional guide image creation circuit B performs rendering processing such as hidden surface removal and shading on the combined three-dimensional data subjected to the rotation processing, and creates three-dimensional guide image data that can be output to the screen. In the present embodiment, as an example, an input from the operator's mouse 12 or keyboard 13 causes the rotation instruction signal from the control circuit 63 to be in the −V direction, that is, an ultrasonic tomogram based on the position / orientation mapping data. It is assumed that the instruction contents for observing the three-dimensional guide image data with the normal line of the marker Mu as the observation line of sight are provided. The rotation conversion circuit 59 is set so that the combined three-dimensional data faces the screen so as to coincide with the screen normal line of the display device 14 and the 6 o'clock direction marker Mt is directed downward in the screen of the display device 14. Create a guide image.

さらに、図15に示すように、3次元ガイド画像作成回路Bは、画像指標データのうちの超音波断層像マーカMuを半透明にし、画像指標データの6時方向マーカMtと、先端方向マーカMdと、挿入形状データの挿入形状マーカMsと、コイル位置マーカMcとだけでなく、その他の臓器のうち超音波断層像マーカMuの裏側の部分も透けて見えるように3次元ガイド画像データを作成する。   Further, as shown in FIG. 15, the three-dimensional guide image creation circuit B makes the ultrasonic tomographic image marker Mu in the image index data translucent, the 6 o'clock direction marker Mt of the image index data, and the tip direction marker Md. In addition to the insertion shape marker Ms and the coil position marker Mc in the insertion shape data, the three-dimensional guide image data is created so that the back side portion of the ultrasonic tomographic image marker Mu among other organs can be seen through. .

具体的には、3次元ガイド画像作成回路Bは、超音波断層像マーカMu上にある部分は濃く、超音波断層像マーカMuより手前にある部分を非表示とし、超音波断層像マーカMuの裏側にある部分は輝度を下げて3次元ガイド画像データを作成し、混合回路61へ出力する。膵臓であれば、超音波断層像マーカMu上にある部分は濃緑、裏側にある部分は薄緑で作成する。血管であれば、超音波断層像マーカMu上にある部分は濃赤、裏側部分は薄赤で3次元ガイド画像データを作成する。   Specifically, the three-dimensional guide image creation circuit B has a dark portion on the ultrasonic tomographic image marker Mu, hides a portion in front of the ultrasonic tomographic image marker Mu, and displays the ultrasonic tomographic image marker Mu. The portion on the back side is reduced in luminance to create three-dimensional guide image data and output to the mixing circuit 61. In the case of the pancreas, the portion on the ultrasonic tomographic image marker Mu is created in dark green, and the portion on the back side is created in light green. In the case of a blood vessel, three-dimensional guide image data is created with the portion on the ultrasonic tomographic image marker Mu being dark red and the back portion being light red.

3次元ガイド画像作成回路Bはこのように作成した3次元ガイド画像データを混合回路61へ出力する。   The three-dimensional guide image creation circuit B outputs the three-dimensional guide image data created in this way to the mixing circuit 61.

(e)超音波断層像データと3次元ガイド画像データとを合成した最終的な表示画面に関わる信号・データの流れ
図4の混合回路61は、超音波観測装置4からの超音波断層像データと、3次元ガイド画像作成回路Aからの被検体37を腹側から観察した3次元ガイド画像データと、3次元ガイド画像作成回路Bからの被検体37を超音波断層像と同じ向きで観察した3次元ガイド画像データとを並べて表示用の混合データを作成する。
(E) Signal / data flow related to the final display screen obtained by synthesizing the ultrasonic tomographic image data and the three-dimensional guide image data The mixing circuit 61 in FIG. 4 includes the ultrasonic tomographic image data from the ultrasonic observation apparatus 4. The three-dimensional guide image data obtained by observing the subject 37 from the three-dimensional guide image creation circuit A from the ventral side and the subject 37 from the three-dimensional guide image creation circuit B were observed in the same direction as the ultrasonic tomographic image. The mixed data for display is created by arranging the three-dimensional guide image data.

表示回路62は、この混合データをアナログビデオ信号に変換して、表示装置14に出力する。表示装置14は、このアナログビデオ信号を基に、超音波断層像と、被検体37を腹側から観察した3次元ガイド画像と、超音波断層像と同じ向きで観察した3次元ガイド画像とを並べて表示する。   The display circuit 62 converts this mixed data into an analog video signal and outputs it to the display device 14. Based on the analog video signal, the display device 14 generates an ultrasonic tomographic image, a three-dimensional guide image obtained by observing the subject 37 from the ventral side, and a three-dimensional guide image observed in the same direction as the ultrasonic tomographic image. Display side by side.

図16に示すように、表示装置14は、3次元ガイド画像上で表現される各器官を、もともと参照画像データ上の輝度値に応じた色で器官別に色分けして表示する。図16の表示例では、膵臓は緑、大動脈、上腸間膜静脈は赤で表示されている。図16では、超音波断層像マーカMuの裏側にあり、かつ超音波断層像マーカMuと重なる各マーカは破線で示してある。ここで、腹側から観察した3次元ガイド画像は、事実上、広範囲のガイド画像であり、超音波断層像と同じ向きで観察した3次元ガイド画像は、詳細のガイド画像である。   As shown in FIG. 16, the display device 14 displays each organ expressed on the three-dimensional guide image by color-coding by organ according to the luminance value on the reference image data. In the display example of FIG. 16, the pancreas is displayed in green, the aorta, and the superior mesenteric vein are displayed in red. In FIG. 16, each marker that is behind the ultrasonic tomographic image marker Mu and overlaps the ultrasonic tomographic image marker Mu is indicated by a broken line. Here, the three-dimensional guide image observed from the ventral side is actually a wide range of guide images, and the three-dimensional guide image observed in the same direction as the ultrasonic tomographic image is a detailed guide image.

(f)制御に関わる信号・データの流れ
図4の画像処理装置11内のマッチング回路51と、画像指標作成回路52と、挿入形状作成回路53と、通信回路54と、参照画像記憶部55と、補間回路56と、3次元人体画像作成回路57と、合成回路58と、回転変換回路59と、3次元ガイド画像作成回路Aと、3次元ガイド画像作成回路Bと、混合回路61と、表示回路62とは、制御回路63からの指令により制御される。制御の詳細は後述する。
(F) Signal / Data Flow Related to Control The matching circuit 51, the image index creation circuit 52, the insertion shape creation circuit 53, the communication circuit 54, and the reference image storage unit 55 in the image processing apparatus 11 of FIG. The interpolation circuit 56, the three-dimensional human body image creation circuit 57, the synthesis circuit 58, the rotation conversion circuit 59, the three-dimensional guide image creation circuit A, the three-dimensional guide image creation circuit B, the mixing circuit 61, and the display The circuit 62 is controlled by a command from the control circuit 63. Details of the control will be described later.

以下、術者の使用形態に沿って、本実施の形態の画像処理装置11、キーボード13、マウス12、表示装置14の作用の全体を説明する。図17はその全体のフローチャートであり、ステップS1〜S4の各処理はこの順序で実行される。   Hereinafter, the entire operation of the image processing device 11, the keyboard 13, the mouse 12, and the display device 14 according to the present embodiment will be described in accordance with the usage pattern of the surgeon. FIG. 17 is a flowchart of the entire process, and the processes in steps S1 to S4 are executed in this order.

最初のステップS1は、参照画像データ上での体表特徴点、体腔内特徴点指定処理である。つまり、このステップS1において、参照画像データ上で、体表特徴点と体腔内特徴点とを指定する処理が行われる。   The first step S1 is a body surface feature point and body cavity feature point designation process on the reference image data. That is, in this step S1, processing for designating body surface feature points and body cavity feature points is performed on the reference image data.

次のステップS2において、術者は、被検体37に体表検出用コイル7を固定する。術者は、被検体37をその左側を臥せた体位、所謂、左側臥位にする。術者は、被検体37を触診し、4つの体表特徴点である剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起に最も近い体表上の位置に体表検出用コイル7を固定する。   In the next step S <b> 2, the surgeon fixes the body surface detection coil 7 to the subject 37. The surgeon places the subject 37 in a body position with its left side thin, so-called left-sided position. The surgeon palpates the subject 37 and places the body at a position on the body surface closest to the four body surface feature points, the xiphoid process, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar spine process. The table detection coil 7 is fixed.

次のステップS3は補正値算出処理である。このステップS3において画像処理装置11は、体腔内特徴点の位置・配向データを取得し、直交座標軸O-xyz上で表現された位置・配向データを、直交座標軸O'-x'y'z'上で表現されたボクセル空間内の位置・配向写像データへ写像する変換式を算出し、さらに体腔内特徴点座標から変換式の補正値を算出する処理を行う。   The next step S3 is a correction value calculation process. In this step S3, the image processing apparatus 11 acquires the position / orientation data of the feature points in the body cavity, and the position / orientation data expressed on the orthogonal coordinate axis O-xyz is used as the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′. A conversion equation that maps to the position / orientation mapping data in the voxel space expressed above is calculated, and further, a correction value of the conversion equation is calculated from the body cavity feature point coordinates.

次のステップS4において超音波断層像・3次元ガイド画像作成/表示処理が行われる。このステップS4は、超音波断層像と3次元ガイド画像を作成し、表示する処理である。   In the next step S4, ultrasonic tomographic image / three-dimensional guide image creation / display processing is performed. This step S4 is processing for creating and displaying an ultrasonic tomographic image and a three-dimensional guide image.

次に、以上の図17のフローチャートにおけるステップS1の処理、つまり参照画像データ上での体表特徴点、体腔内特徴点指定処理を具体的に説明する。図18は、図17のステップS1の参照画像データ上で、体表特徴点と体腔内特徴点とを指定する処理の詳細を示す。   Next, the process of step S1 in the flowchart of FIG. 17, that is, the body surface feature point and body cavity feature point designation process on the reference image data will be specifically described. FIG. 18 shows details of processing for designating body surface feature points and body cavity feature points on the reference image data in step S1 of FIG.

最初のステップS1-1において、術者は表示切換キー13αを押す。制御回路63は表示回路62に指令を出す。表示回路62のスイッチ62aは指令により入力端子αに切り換わる。   In the first step S1-1, the operator presses the display switching key 13α. The control circuit 63 issues a command to the display circuit 62. The switch 62a of the display circuit 62 is switched to the input terminal α according to a command.

次のステップS1-2において、術者は、マウス12、キーボード13を用い、1〜N番までの何れかの参照画像データを指定する。   In the next step S1-2, the operator uses the mouse 12 and the keyboard 13 to specify any one of the reference image data items 1 to N.

次のステップS1-3において、制御回路63は、表示回路62に参照画像記憶部55に記憶された1〜N番までの何れかの参照画像データのうち、指定された参照画像データを読み出させる。表示回路62は、参照画像記憶部55からの参照画像データをアナログビデオ信号に変換し、参照画像データを表示装置14に出力する。表示装置14は参照画像データを表示する。   In the next step S1-3, the control circuit 63 reads the designated reference image data from any one of the reference image data Nos. 1 to N stored in the reference image storage unit 55 in the display circuit 62. Let The display circuit 62 converts the reference image data from the reference image storage unit 55 into an analog video signal, and outputs the reference image data to the display device 14. The display device 14 displays reference image data.

次のステップS1-4において、術者は、マウス12、キーボード13を用い、参照画像データ上で体表特徴点を指定する。具体的には以下の通りである。   In the next step S1-4, the operator uses the mouse 12 and the keyboard 13 to designate body surface feature points on the reference image data. Specifically, it is as follows.

術者は表示された参照画像データに被検体37の4つの体表特徴点である剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起の何れかが写っているようにする。何れも写っていなければステップS1-2へ戻り、術者は他の参照画像データを指定し直し、ステップS1-3で、写っている参照画像データを表示させるまで異なる参照画像データの表示を繰り返す。   The surgeon shows in the displayed reference image data any of the four body surface feature points of the subject 37, the xiphoid process, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar spine spinous process. Like that. If none is shown, the process returns to step S1-2, and the operator respecifies other reference image data. In step S1-3, display of different reference image data is repeated until the reflected reference image data is displayed. .

術者は、マウス12、キーボード13を用い、表示された参照画像データ上で被検体37の体表面上の4点である剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起に最も近い体表上の点に相当する画素を指定する。指定した点を図9の黒丸●と白丸○とで示す。   The surgeon uses the mouse 12 and the keyboard 13 to display the xiphoid process which is four points on the body surface of the subject 37 on the displayed reference image data, the left upper anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, the lumbar vertebrae A pixel corresponding to a point on the body surface closest to the spinous process is designated. The designated points are indicated by black circles ● and white circles ○ in FIG. 9.

本実施の形態では、説明の都合上、剣状突起○がn1番(1≦n1≦N)の参照画像データ上に写っており、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起●がn2番(1≦n2≦N)の参照画像データ上に写っているものとして説明する。図9では、説明の都合上、n2番の参照画像データ上の剣状突起に相当する位置に○で剣状突起を示している。   In the present embodiment, for the sake of explanation, the xiphoid process ○ is shown on the reference image data of n1 (1 ≦ n1 ≦ N), and the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, the lumbar vertebral body The description will be made on the assumption that the spinous process ● is reflected on the reference image data of No. 2 (1 ≦ n2 ≦ N). In FIG. 9, for convenience of explanation, sword-shaped protrusions are indicated by circles at positions corresponding to the sword-shaped protrusions on the reference image data No.

次のステップS1-5において、術者は、マウス12、キーボード13を用い、体腔内特徴点P"を指定する。本実施の形態では、体腔内特徴点P"として十二指腸乳頭(総胆管の十二指腸への開口部:duodenal papilla)を例にあげて説明する。具体的には以下の通りである。   In the next step S1-5, the operator designates the body cavity feature point P "using the mouse 12 and the keyboard 13. In this embodiment, the duodenal papilla (duodenum of the common bile duct) is designated as the body cavity feature point P". A description will be given by taking as an example an opening to a duodenal papilla. Specifically, it is as follows.

術者は、マウス12、キーボード13を用い、1〜N番までの何れかの参照画像データを指定する。制御回路63は、表示回路62に図示しない信号線を経由して参照画像記憶部55に記憶された1〜N番までの何れかの参照画像データのうち、指定された参照画像データを読み出させる。表示回路62は、読み出した参照画像データを表示装置14へ出力する。表示装置14はこの参照画像データを表示する。術者は表示された参照画像データに被検体37の体腔内特徴点である十二指腸乳頭が写っていなければ、他の参照画像データを指定し直し、写っている参照画像データを表示させるまで、異なる参照画像データの表示を繰り返す。   The surgeon uses the mouse 12 and the keyboard 13 to designate any reference image data from 1 to N. The control circuit 63 reads designated reference image data out of any one of reference image data 1 to N stored in the reference image storage unit 55 via a signal line (not shown) in the display circuit 62. Let The display circuit 62 outputs the read reference image data to the display device 14. The display device 14 displays this reference image data. If the duodenal papilla, which is a feature point in the body cavity of the subject 37, is not reflected in the displayed reference image data, the surgeon respecifies the other reference image data and differs until the reflected reference image data is displayed. Repeat display of reference image data.

術者は、マウス12、キーボード13を用い、表示された参照画像データ上で被検体37の体腔内の点である十二指腸乳頭に相当する画素を指定する。指定した点を図9のP"で示す。本実施の形態では、説明の都合上、十二指腸乳頭P"がn2番(1≦n2≦N)の参照画像データ上に写っているものとして説明する。   The operator uses the mouse 12 and the keyboard 13 to designate a pixel corresponding to the duodenal papilla that is a point in the body cavity of the subject 37 on the displayed reference image data. The designated point is indicated by P "in FIG. 9. In this embodiment, for convenience of explanation, the duodenal papilla P" is described as being reflected on the reference image data of the n2th (1 ≦ n2 ≦ N). .

次のステップS1-6において、制御回路63は、ステップS1-4で指定された各体表特徴点に相当する各画素とステップS1-5で指定された体腔内特徴点P"に相当する画素とについて、参照画像データ上でのアドレスからボクセル空間に張られた直交座標軸O’-x’y’z’での座標を算出し、マッチング回路51へ出力する。   In the next step S1-6, the control circuit 63 determines each pixel corresponding to each body surface feature point designated in step S1-4 and a pixel corresponding to the body cavity feature point P ″ designated in step S1-5. And the coordinates on the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ stretched in the voxel space from the address on the reference image data are calculated and output to the matching circuit 51.

ステップS1-4で指定された各体表特徴点に相当する各画素の直交座標軸O’-x’y’z’での座標の算出値を(xa',ya',za')、(xb',yb',zb')、(xc',yc',zc')、(xd',yd',zd')とする。ステップS1-5で指定された体腔内特徴点に相当する画素直交座標軸O’-x’y’z’での各座標の算出値を(xp",yp",zp")とする。マッチング回路51はこの座標を記憶する。   The calculated values of the coordinates on the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ of the pixels corresponding to the body surface feature points designated in step S1-4 are (xa ′, ya ′, za ′), (xb ', yb', zb '), (xc', yc ', zc'), (xd ', yd', zd '). The calculated value of each coordinate on the pixel orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'corresponding to the feature point in the body cavity designated in step S1-5 is set to (xp ", yp", zp "). 51 stores the coordinates.

このステップS1-6の終了後、図17のステップS2に進む。そして、このステップS2の処理の後、図17のステップS3の補正値算出処理に進む。ステップS3の補正値算出処理の詳細は図19に示される。   After step S1-6 is completed, the process proceeds to step S2 in FIG. Then, after the process of step S2, the process proceeds to the correction value calculation process of step S3 of FIG. Details of the correction value calculation processing in step S3 are shown in FIG.

上述したように、このステップS3は、体腔内特徴点の位置・配向データを取得し、直交座標軸O-xyz上で表現された位置・配向データを直交座標軸O'-x'y'z'上で表現されたボクセル空間内の位置・配向写像データへ写像する変換式を算出し、さらに体腔内特徴点の位置・配向データから変換式の補正値を算出する処理である。   As described above, in this step S3, the position / orientation data of the body cavity feature point is acquired, and the position / orientation data expressed on the orthogonal coordinate axis O-xyz is obtained on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z '. Is a process of calculating a conversion formula for mapping to position / orientation mapping data in the voxel space expressed by the above, and further calculating a correction value of the conversion formula from the position / orientation data of the feature points in the body cavity.

図17のステップS3の補正値算出処理が開始すると、図19の最初のステップS3-1において、術者は、表示切換キー13βを押す。この指示に対応して制御回路63は表示回路62に指令を出す。表示回路62のスイッチ62aは指令により入力端子βに切り換わる。   When the correction value calculation process in step S3 in FIG. 17 is started, the operator presses the display switching key 13β in the first step S3-1 in FIG. In response to this instruction, the control circuit 63 issues a command to the display circuit 62. The switch 62a of the display circuit 62 is switched to the input terminal β according to a command.

次にステップS3-2において、表示回路62は、光学観察装置3からの光学像データをアナログビデオ信号に変換し、光学像を表示装置14に出力する。表示装置14は、光学像を表示する。   Next, in step S 3-2, the display circuit 62 converts the optical image data from the optical observation device 3 into an analog video signal, and outputs the optical image to the display device 14. The display device 14 displays an optical image.

次のステップS3-3において、術者は、被検体37に超音波内視鏡2の硬性部21と可撓部22とを体腔内へ挿入する。   In the next step S3-3, the operator inserts the rigid portion 21 and the flexible portion 22 of the ultrasonic endoscope 2 into the body cavity into the subject 37.

次のステップS3-4において、術者は、光学像を観察しながら硬性部21を動かして体腔内特徴点を探す。術者は、体腔内特徴点が見つかった後、硬性部21を体腔内特徴点近傍へ移動する。   In the next step S3-4, the surgeon searches the feature point in the body cavity by moving the rigid portion 21 while observing the optical image. After the feature point in the body cavity is found, the operator moves the rigid portion 21 to the vicinity of the feature point in the body cavity.

次のステップS3-5において、術者は、光学像を観察しながら、体腔内接触プローブ8を鉗子口44から挿入し、突出口45から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で体腔内接触プローブ8の先端を体腔内特徴点に接触させる。この様子を図20に示す。図20では表示画面に光学像が表示されている。光学像には体腔内特徴点の例として十二指腸乳頭Pと体腔内接触プローブ8とが表示されている。   In the next step S3-5, the operator inserts the body cavity contact probe 8 from the forceps port 44 and projects from the projecting port 45 while observing the optical image. Then, the operator brings the tip of the body cavity contact probe 8 into contact with the body cavity feature point under the optical image field of view. This is shown in FIG. In FIG. 20, an optical image is displayed on the display screen. The optical image displays the duodenal papilla P and the body cavity contact probe 8 as examples of body cavity feature points.

次のステップS3-6において、術者は、体腔内特徴点指定キー65を押す。次のステップS3-7において、制御回路63は、マッチング回路51に指令を出す。マッチング回路51は、指令により位置配向算出装置5から位置・配向データを取り込み、記憶する。   In the next step S3-6, the operator presses the body cavity feature point designation key 65. In the next step S3-7, the control circuit 63 issues a command to the matching circuit 51. The matching circuit 51 takes in the position / orientation data from the position / orientation calculation device 5 according to the command and stores it.

この位置・配向データには、前述の通り、直交座標軸O-xyzにおける4個の体表検出用コイル7の各々の位置ベクトルの各方向成分、すなわち、この場合は4個の体表特徴点の直交座標軸O-xyzでの座標:(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)、直交座標軸O-xyzにおける体腔内検出用コイル42の位置ベクトルの各方向成分、すなわち、この場合は体腔内特徴点の直交座標軸O-xyzでの座標:(xp,yp,zp)の2種類のデータが含まれている。   In this position / orientation data, as described above, each directional component of each position vector of the four body surface detection coils 7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz, that is, in this case, four body surface feature points. Coordinates on Cartesian coordinate axis O-xyz: (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), (xd, yd, zd), detection in body cavity on Cartesian coordinate axis O-xyz Each direction component of the position vector of the coil for use 42, that is, in this case, two types of data of coordinates (Xp, yp, zp) on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the feature point in the body cavity is included.

次のステップS3-8において、マッチング回路51は体表特徴点の座標から第1の写像を表現する第1変換式を作成する。具体的には以下の通りである。   In the next step S3-8, the matching circuit 51 creates a first conversion expression that expresses the first mapping from the coordinates of the body surface feature points. Specifically, it is as follows.

先ず、マッチング回路51は、以下の内容を記憶している。
第1に、ステップS1で指定された各体表特徴点に相当する各画素のボクセル空間内の直交座標軸O’-x’y’z’での各座標:(xa',ya',za')、(xb',yb',zb')、(xc',yc',zc')、(xd',yd',zd')
第2に、ステップS1で指定された体腔内特徴点に相当する画素のボクセル空間内の直交座標軸O’-x’y’z’での座標:(xp",yp",zp")
第3に、ステップS3-7で取り込まれた体表特徴点の直交座標軸O-xyzでの各座標:(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)
第4に、ステップS3-7で取り込まれた体腔内特徴点の直交座標軸O-xyzでの座標:(xp,yp,zp)
First, the matching circuit 51 stores the following contents.
First, each coordinate on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'in the voxel space of each pixel corresponding to each body surface feature point specified in step S1: (xa', ya ', za' ), (Xb ', yb', zb '), (xc', yc ', zc'), (xd ', yd', zd ')
Secondly, the coordinates of the pixel corresponding to the feature point in the body cavity designated in step S1 on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'in the voxel space: (xp ", yp", zp ")
Thirdly, the coordinates of the body surface feature points captured in step S3-7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz: (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc) , (Xd, yd, zd)
Fourth, the coordinates of the body cavity feature points taken in step S3-7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz: (xp, yp, zp)

マッチング回路51は、このうち、第3の各座標(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)と、第1の各座標(xa',ya',za')、(xb',yb',zb')、(xc',yc',zc')、(xd',yd',zd')とから、直交座標軸O-xyz上の任意の点をボクセル空間内の直交座標軸O’-x’y’z’の点への第1の写像を表現する第1変換式を作成する。この第1の写像と第1変換式とは以下の通り定義される。   The matching circuit 51 includes the third coordinates (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), (xd, yd, zd), and the first coordinates. From the coordinates (xa ', ya', za '), (xb', yb ', zb'), (xc ', yc', zc '), (xd', yd ', zd'), the orthogonal coordinate axis O A first transformation expression is generated that represents a first mapping of an arbitrary point on -xyz to a point on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'in the voxel space. The first mapping and the first conversion formula are defined as follows.

図9に示すように、体表特徴点である剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起を用い、剣状突起から他の点へ向かう3本のベクトルを基本ベクトルとする2つの斜交座標系を、被検体37上とボクセル空間内(図9では参照画像データとして表現されているが、これを補間して得たデータ空間内)とに仮想(設定)する。   As shown in FIG. 9, three vectors from the xiphoid process to another point using the xiphoid process, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar spine spine process, which are body surface feature points Two oblique coordinate systems having a fundamental vector as a virtual vector are virtually (in the data space obtained by interpolating the reference image data in FIG. 9) on the object 37 and in the voxel space (in FIG. 9). Setting).

第1の写像とは、「直交座標軸O-xyzにおける任意点の、被検体37上の斜交座標系で表現される座標」と、「直交座標軸O'-x'y'z'におけるこの任意点の写像後の点の、ボクセル空間内の斜交座標系で表現される座標」とが同じになるような、被検体37からボクセル空間への写像である。また、第1変換式とは「任意点の直交座標軸O-xyzにおける座標」を「ボクセル空間内の第1の写像後の点の直交座標軸O'-x'y'z'における座標」へ変換する式である。   The first mapping is “coordinates of an arbitrary point on the orthogonal coordinate axis O-xyz expressed in the oblique coordinate system on the subject 37” and “this arbitrary coordinate on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′”. This is a mapping from the subject 37 to the voxel space such that the coordinates after the point mapping are the same as the coordinates expressed in the oblique coordinate system in the voxel space. Also, the first conversion formula is to convert “coordinates of the arbitrary point on the orthogonal coordinate axis O-xyz” into “coordinates of the point after the first mapping in the voxel space on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′”. It is an expression to do.

例えば、図9に示すように、画像位置配向検出用コイル31の位置、すなわちラジアル走査の中心かつ超音波断層像の中心O"の第1の写像による写像後の点をQ'とする。点Q'の直交座標軸O'-x'y'z'における座標を(x0',y0',z0')とする。第1変換式を用いると、点O"の直交座標軸O-xyzにおける座標(x0,y0,z0)は、点Q'の直交座標軸O'-x'y'z'における座標(x0',y0',z0')へ変換される。   For example, as shown in FIG. 9, the position of the image position / orientation detection coil 31, that is, the point after mapping by the first mapping of the center of radial scanning and the center O ″ of the ultrasonic tomographic image is Q ′. Let the coordinates of Q ′ on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ be (x0 ′, y0 ′, z0 ′). Using the first conversion formula, the coordinates of the point O ″ on the orthogonal coordinate axis O-xyz ( x0, y0, z0) are converted into coordinates (x0 ', y0', z0 ') of the point Q' on the orthogonal coordinate axes O'-x'y'z '.

次のステップS3-9において、マッチング回路51は、図9に示すように、第1変換式により、体腔内特徴点Pをボクセル空間内の点P'へ写像する。体腔内特徴点Pの直交座標軸O-xyzでの座標は(xp,yp,zp)である。第1の写像後の点P'の直交座標軸O’-x’y’z’での座標を(xp',yp',zp')と定義する。   In the next step S3-9, as shown in FIG. 9, the matching circuit 51 maps the body cavity feature point P to the point P ′ in the voxel space by the first conversion formula. The coordinates of the body cavity feature point P on the orthogonal coordinate axis O-xyz are (xp, yp, zp). The coordinates of the point P ′ after the first mapping on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ are defined as (xp ′, yp ′, zp ′).

次のステップS3-10において、マッチング回路51は、点P'のボクセル空間内の直交座標軸O’-x’y’z’での座標(xp',yp',zp')と、ステップS1で指定された体腔内特徴点に相当する点P"のボクセル空間内の直交座標軸O’-x’y’z’での座標(xp",yp",zp")とから、以下のようにベクトルP'P"を算出する。
P'P"=(xp",yp",zp")−(xp',yp',zp') = (xp"−xp',yp"−yp',zp"−zp')
In the next step S3-10, the matching circuit 51 determines the coordinates (xp ′, yp ′, zp ′) of the point P ′ on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ in the voxel space and the step S1. From the coordinates (xp ", yp", zp ") on the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z 'in the voxel space of the point P" corresponding to the specified body cavity feature point, a vector as follows P'P "is calculated.
P'P "= (xp", yp ", zp")-(xp ', yp', zp ') = (xp "-xp', yp" -yp ', zp "-zp')

次のステップS3-11において、マッチング回路51は、ベクトルP'P"を記憶する。ベクトルP'P"は、後述する処理で第1変換式を補正して第2の変換式を作成するための補正値として作用する。このステップS3-11の終了後、次のステップS4に進む。   In the next step S3-11, the matching circuit 51 stores the vector P′P ″. The vector P′P ″ is used to correct the first conversion formula and create the second conversion formula in the process described later. Acts as a correction value. After step S3-11 ends, the process proceeds to next step S4.

次にステップS4の超音波断層像・3次元ガイド画像作成/表示処理を、図21を用いて説明する。図21は、ステップS4の被検体37の実際の超音波断層像・3次元ガイド画像を作成し、表示する処理の詳細である。   Next, the ultrasonic tomographic image / three-dimensional guide image creation / display process in step S4 will be described with reference to FIG. FIG. 21 shows details of processing for creating and displaying an actual ultrasonic tomographic image / three-dimensional guide image of the subject 37 in step S4.

ステップS4の処理が開始すると、最初のステップS4-1において、術者は表示切換キー13γを押す。制御回路63は表示回路62に指令を出す。表示回路62のスイッチ62aは、この指令により入力端子γに切り換わる。   When the processing of step S4 is started, the operator presses the display switching key 13γ in the first step S4-1. The control circuit 63 issues a command to the display circuit 62. The switch 62a of the display circuit 62 is switched to the input terminal γ by this command.

次のステップS4-2において、術者は走査制御キー66を押す。次のステップS4-3において、制御回路63は走査制御信号を超音波観測装置4へ出力する。そして、超音波振動子アレイ29は、ラジアル走査を開始する。   In the next step S4-2, the operator presses the scan control key 66. In the next step S4-3, the control circuit 63 outputs a scanning control signal to the ultrasonic observation apparatus 4. Then, the ultrasonic transducer array 29 starts radial scanning.

次のステップS4-4において、制御回路63は混合回路61に指令を出す。混合回路61は、この指令により超音波観測装置4からのラジアル走査に応じて入力される超音波断層像データを逐次取り込む。   In the next step S4-4, the control circuit 63 issues a command to the mixing circuit 61. The mixing circuit 61 sequentially captures the ultrasonic tomographic image data input according to the radial scan from the ultrasonic observation apparatus 4 in accordance with this command.

次のステップS4-5において、制御回路63はマッチング回路51に指令を出す。マッチング回路51は、指令により位置配向算出装置5から位置・配向データを取り込み、記憶する。この取り込みは、瞬時に行われる。そのため、マッチング回路51は、ステップS4-4で混合回路61が超音波断層像データを取り込んだ瞬間の、以下のデータを含む、位置・配向データを取り込むことになる。
直交座標軸O-xyzにおける画像位置配向検出用コイル31の位置、すなわちラジアル走査の中心かつ超音波断層像の中心O"の位置ベクトルOO"の各方向成分:(x0,y0,z0)
直交座標軸O-xyzに対する画像位置配向検出用コイル31の配向、すなわち超音波断層像の配向を示すオイラー角の各角度成分:(ψ,θ,φ)
直交座標軸O-xyzにおける複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置ベクトルの各方向成分:(xi,yi,zi) (iは1から挿入形状検出用コイル32の総数までの自然数)
直交座標軸O-xyzにおける4個の体表検出用コイル7の各々の位置ベクトルの各方向成分:(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)
In the next step S4-5, the control circuit 63 issues a command to the matching circuit 51. The matching circuit 51 takes in the position / orientation data from the position / orientation calculation device 5 according to the command and stores it. This capture is instantaneous. Therefore, the matching circuit 51 captures position / orientation data including the following data at the moment when the mixing circuit 61 captures the ultrasonic tomographic image data in step S4-4.
Each position component of the position vector OO "of the position of the image position / orientation detection coil 31 on the orthogonal coordinate axis O-xyz, that is, the center of radial scanning and the center O" of the ultrasonic tomographic image: (x0, y0, z0)
Each angular component of Euler angle indicating the orientation of the image position orientation detecting coil 31 with respect to the orthogonal coordinate axis O-xyz, that is, the orientation of the ultrasonic tomographic image: (ψ, θ, φ)
Each direction component of each position vector of the plurality of insertion shape detection coils 32 on the orthogonal coordinate axis O-xyz: (xi, yi, zi) (i is a natural number from 1 to the total number of insertion shape detection coils 32)
Each direction component of each position vector of the four body surface detection coils 7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz: (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), ( xd, yd, zd)

次のステップS4-6において、マッチング回路51は、ステップS4-5で取り込んだ位置・配向データのうち、直交座標軸O-xyzにおける4個の体表検出用コイル7の各々の位置ベクトルの各方向成分(xa,ya,za)、(xb,yb,zb)、(xc,yc,zc)、(xd,yd,zd)を用い、ステップS3で記憶した第1変換式を更新する。   In the next step S4-6, the matching circuit 51 determines each direction of the position vector of each of the four body surface detection coils 7 on the orthogonal coordinate axis O-xyz out of the position / orientation data acquired in step S4-5. Using the components (xa, ya, za), (xb, yb, zb), (xc, yc, zc), (xd, yd, zd), the first conversion formula stored in step S3 is updated.

次にマッチング回路51は、更新した第1変換式にステップS3で記憶したベクトルP'P"による平行移動とを合わせて、第2の写像を表現する第2変換式を新たに作成する。第2の写像の概念は、以下の通りである。
第2の写像=第1の写像+ベクトルP'P"による平行移動
Next, the matching circuit 51 newly creates a second conversion expression expressing the second mapping by combining the updated first conversion expression with the parallel movement by the vector P′P ″ stored in step S3. The concept of the mapping of 2 is as follows.
2nd map = 1st map + translation by vector P'P "

ベクトルP'P"による平行移動には以下に示す補正効果がある。ベクトルP'P"は補正値として作用する。第1の写像を「直交座標軸O-xyzにおける任意点の、被検体37上の斜交座標系で表現される座標」と、「直交座標軸O'-x'y'z'におけるこの任意点の写像後の点の、ボクセル空間内の斜交座標系で表現される座標」とが同じになるような、被検体37からボクセル空間への写像とした。   The parallel movement by the vector P'P "has the following correction effect. The vector P'P" acts as a correction value. The first mapping is “coordinates of the arbitrary point on the orthogonal coordinate axis O-xyz expressed in the oblique coordinate system on the subject 37” and “the coordinates of the arbitrary point on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′”. The mapping from the subject 37 to the voxel space was made so that the “coordinates expressed by the oblique coordinate system in the voxel space of the points after mapping” were the same.

理想的には、体腔内特徴点Pのボクセル空間内への第1の写像による写像点P'と、ステップS1で指定された体腔内特徴点に相当する点P"とは一致することが望ましい。しかし、実際には正確に一致させることが難しい。   Ideally, it is desirable that the mapping point P ′ by the first mapping of the in-vivo feature point P into the voxel space and the point P ″ corresponding to the in-body cavity feature point specified in step S1 match. However, it is actually difficult to match exactly.

この理由は、「直交座標軸O-xyzにおける任意点と、被検体37上の斜交座標系との空間的な位置関係」と、「任意点に解剖学的に相当する直交座標軸O'-x'y'z'における点と、ボクセル空間内の斜交座標系との空間的な位置関係」とが種々の要因で完全に一致しないことにある。本実施の形態で説明すると、第1の写像と第1変換式とを骨格上の特徴のある体表特徴点の各座標から求めたが、体腔内特徴点である十二指腸乳頭Pは骨格上の体表特徴点と常に同じ位置関係にあるとは限らないためである。   This is because “the spatial positional relationship between an arbitrary point on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the oblique coordinate system on the subject 37” and “the orthogonal coordinate axis O′-x corresponding to the arbitrary point anatomically. The point in 'y'z' and the spatial positional relationship between the oblique coordinate system in the voxel space are not completely coincident due to various factors. In the present embodiment, the first mapping and the first transformation formula are obtained from the coordinates of the body surface feature points having features on the skeleton. The duodenal papilla P, which is a feature point in the body cavity, is obtained on the skeleton. This is because the body surface feature points are not always in the same positional relationship.

この原因は主に、X線3次元ヘリカルCT装置15と3次元MRI装置16とは、通常仰臥位で撮像され、左側臥位での超音波内視鏡2検査の時とは体位が異なるため、被検体37内の諸器官は重力に従って変位することがあげられる。   This is mainly because the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 are normally imaged in the supine position and are different in posture from the time of the ultrasonic endoscope 2 examination in the left lateral position. The various organs in the subject 37 can be displaced according to gravity.

そのため、第1の写像に補正値としてのベクトルP'P"による平行移動を合わせて第2の写像とすることにより、体腔内特徴点Pの写像点はボクセル空間内で体腔内特徴点に相当する点P"に一致する。さらに、被検体37の他の点、例えば超音波断層像の中心O"も第2の写像により解剖学的に一層正確な一致をするのである。   For this reason, the mapping of the feature point P in the body cavity corresponds to the feature point in the body cavity in the voxel space by combining the first mapping with the parallel movement by the vector P′P ”as the correction value. Matches the point P ". Further, other points of the subject 37, for example, the center O "of the ultrasonic tomographic image, are more accurately anatomically matched by the second mapping.

次のステップS4-7において、マッチング回路51は、ステップS4-5で取り込んだ位置・配向データのうち、直交座標軸O-xyzにおける超音波断層像の中心O"の位置ベクトルOO"の各方向成分(x0,y0,z0)と、直交座標軸O-xyzに対する画像位置配向検出用コイル31の配向を示すオイラー角の各角度成分(ψ,θ,φ)と、直交座標軸O-xyzにおける複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置ベクトルの各方向成分(xi,yi,zi) (iは1から挿入形状検出用コイル32の総数までの自然数)とを新たに作成した第2変換式を用いて、位置・配向写像データへ変換する。   In the next step S4-7, the matching circuit 51 includes each directional component of the position vector OO "of the center O" of the ultrasonic tomographic image on the orthogonal coordinate axis O-xyz among the position / orientation data acquired in step S4-5. (x0, y0, z0), each angular component (ψ, θ, φ) of Euler angles indicating the orientation of the image position orientation detection coil 31 with respect to the orthogonal coordinate axis O-xyz, and a plurality of angular components on the orthogonal coordinate axis O-xyz. A second transformation formula that newly creates each directional component (xi, yi, zi) of each position vector of the insertion shape detection coil 32 (i is a natural number from 1 to the total number of insertion shape detection coils 32). To convert to position / orientation mapping data.

図9に示すように、第1変換式では超音波断層像の中心O"はボクセル空間上の点Q'へ写像されるが、本ステップで新たに作成した第2変換式を用いることにより、図9に示すように超音波断層像の中心O"はボクセル空間上の点Q"へ写像される。Q'とQ"との差異を示すベクトルQ'Q"は、第2の写像における平行移動による補正分と一致するので、ベクトルP'P"と同じである。すなわち、以下の式が成立する。
Q'Q"=P'P"
As shown in FIG. 9, in the first conversion formula, the center O ″ of the ultrasonic tomographic image is mapped to the point Q ′ on the voxel space, but by using the second conversion formula newly created in this step, As shown in FIG. 9, the center O "of the ultrasonic tomogram is mapped to a point Q" on the voxel space. A vector Q'Q "indicating the difference between Q 'and Q" is parallel to the second map. Since it matches the amount of correction by movement, it is the same as the vector P'P ". That is, the following expression is established.
Q'Q "= P'P"

次のステップS4-8は、3次元ガイド画像データを作成する処理である。すなわち、画像指標作成回路52は、画像指標データを作成する。挿入形状作成回路53は、挿入形状データを作成する。合成回路58は、3次元人体画像データと、画像指標データと、挿入形状データを合成し、合成3次元データを作成する。回転変換回路59は合成3次元データに回転処理を施す。3次元ガイド画像作成回路Aと3次元ガイド画像作成回路Bとは、それぞれ3次元ガイド画像データを作成する。以上のそれぞれの処理は、前述の通りである。   The next step S4-8 is a process for creating three-dimensional guide image data. That is, the image index creation circuit 52 creates image index data. The insertion shape creation circuit 53 creates insertion shape data. The synthesizing circuit 58 synthesizes the three-dimensional human body image data, the image index data, and the insertion shape data, and creates synthesized three-dimensional data. The rotation conversion circuit 59 performs rotation processing on the combined three-dimensional data. The three-dimensional guide image creation circuit A and the three-dimensional guide image creation circuit B each create three-dimensional guide image data. Each of the above processes is as described above.

次のステップS4-9において、混合回路61は、超音波断層像データと3次元ガイド画像データとを並べて表示用の混合データを作成する。表示回路62は、この混合データをアナログビデオ信号に変換する。表示装置14は、このアナログビデオ信号を基に超音波断層像と被検体37を腹側から観察した3次元ガイド画像と超音波断層像と同じ向きで観察した3次元ガイド画像とを並べて図16のように表示する。以上のそれぞれの処理は前述の通りである。   In the next step S4-9, the mixing circuit 61 generates the mixed data for display by arranging the ultrasonic tomographic image data and the three-dimensional guide image data. The display circuit 62 converts this mixed data into an analog video signal. The display device 14 arranges the ultrasonic tomographic image, the three-dimensional guide image obtained by observing the subject 37 from the ventral side, and the three-dimensional guide image observed in the same direction as the ultrasonic tomographic image based on the analog video signal. Is displayed. Each of the above processes is as described above.

次のステップS4-10において、制御回路63は、ステップS4-4からステップS4-9の間、術者が再び走査制御キー66を押すか否かを確認している。術者が再び走査制御キー66を押していた場合には、制御回路63は、ここで上記の処理を終了させ、ラジアル走査の制御OFFを指令するための走査制御信号を超音波観測装置4へ出力する。これにより、超音波振動子アレイ29はラジアル走査を終了する。術者が再び走査制御キー66を押していなかった場合には、処理はステップS4-4へジャンプする。   In the next step S4-10, the control circuit 63 confirms whether or not the operator presses the scan control key 66 again during steps S4-4 to S4-9. If the surgeon has pressed the scan control key 66 again, the control circuit 63 ends the above processing, and outputs a scan control signal for commanding the radial scan control OFF to the ultrasound observation apparatus 4. To do. Thereby, the ultrasonic transducer array 29 ends the radial scanning. If the surgeon has not pressed the scan control key 66 again, the process jumps to step S4-4.

このようにして、ステップS4-4からステップS4-9で述べた処理を繰り返すことで、超音波振動子アレイ29が1回のラジアル走査をして超音波観測装置4が超音波断層像データを作成し、超音波断層像データが超音波観測装置4から混合回路61に入力するたびに、2つの新たな3次元ガイド画像が作成され、新たな超音波断層像とともに表示装置14の表示画面にリアルタイムに更新されつつ表示される。   In this manner, by repeating the processing described in steps S4-4 to S4-9, the ultrasonic transducer array 29 performs one radial scan, and the ultrasonic observation apparatus 4 converts the ultrasonic tomographic image data. Each time the tomographic image data is created and input from the ultrasonic observation device 4 to the mixing circuit 61, two new three-dimensional guide images are created and displayed on the display screen of the display device 14 together with the new ultrasonic tomographic image. It is displayed while being updated in real time.

すなわち、図16に示すように、術者の可撓部22、硬性部21の用手的な操作に伴うラジアル走査面の移動に連動して、画像指標データ上の超音波断層像マーカMuと先端方向マーカMdと6時方向マーカMtと、挿入形状データ上の挿入形状マーカMsとコイル位置マーカMcとが3次元人体画像データ上を移動もしくは変形していく。   That is, as shown in FIG. 16, the ultrasonic tomographic image marker Mu on the image index data is linked with the movement of the radial scanning plane accompanying the manual operation of the flexible portion 22 and the rigid portion 21 of the operator. The tip direction marker Md, the 6 o'clock direction marker Mt, the insertion shape marker Ms on the insertion shape data, and the coil position marker Mc move or deform on the three-dimensional human body image data.

以上が3次元ガイド画像を表示するまでの作用である。本実施の形態においては、上記の作用の前に、さらに以下に述べる作用を加えている。   The above is the operation until the three-dimensional guide image is displayed. In the present embodiment, the following actions are further added before the above actions.

X線3次元ヘリカルCT装置15や3次元MRI装置16で撮像される参照画像データは、超音波内視鏡2で超音波を走査する被検体と同一の被検体から撮像することが本来望ましい。その理由は、表示装置14に同時に表示されるガイド画像と超音波断層像との間の解剖学的な個人差をなくして一致度を向上させるためである。   It is originally desirable that the reference image data captured by the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 is captured from the same subject as the subject that scans the ultrasound with the ultrasound endoscope 2. The reason for this is to eliminate the anatomical individual difference between the guide image and the ultrasonic tomographic image simultaneously displayed on the display device 14 and improve the degree of coincidence.

しかしながら、同一の被検体から撮像しても、以下の理由で良好な一致を得にくく、むしろ、ある条件で作成した超音波断層像を取得した被検体とは異なる被検体の参照画像データを用いた方が解剖学的に良好な一致を見る場合がある。   However, even if images are taken from the same subject, it is difficult to obtain a good match for the following reasons. Rather, reference image data of a subject different from the subject from which an ultrasonic tomographic image created under a certain condition is used is used. May have better anatomical agreement.

図22のG_Aは、通常の参照画像データに基づく3次元人体画像データであり、膵臓と血管が抽出されている。実際の人体で超音波内視鏡2による検査を実施する際には、主として、以下に説明する4つの方法がある。   G_A in FIG. 22 is three-dimensional human body image data based on normal reference image data, and pancreas and blood vessels are extracted. When an inspection using the ultrasonic endoscope 2 is performed on an actual human body, there are mainly four methods described below.

(第1の検査方法:十二指腸下降脚PULL走査)
超音波内視鏡2を、十二指腸下降脚内で口側へ引きながら膵臓の頭部(図22の膵臓のうち、大動脈に近い側)を観察する方法であり、図22では太破線矢印で示されている。
(First inspection method: duodenum descending leg PULL scan)
This is a method of observing the head of the pancreas (the side close to the aorta in the pancreas in FIG. 22) while pulling the ultrasonic endoscope 2 to the mouth side in the descending leg of the duodenum. Has been.

(第2の検査方法:十二指腸下降脚PUSH走査)
超音波内視鏡2を、十二指腸下降脚内で肛門側へ押しながら膵臓の頭部を観察する方法であり、十二指腸下降脚PULL走査とは反対の方向である。
(Second inspection method: duodenum descending leg PUSH scan)
This is a method of observing the head of the pancreas while pushing the ultrasonic endoscope 2 toward the anus in the duodenal descending leg, and is in the opposite direction to the duodenal descending leg PULL scanning.

(第3の検査方法:胃・十二指腸球部PULL走査)
超音波内視鏡2を、十二指腸球部から胃内へ向けて口側へ引きながら膵臓の体部(図22の膵臓のうち、中間付近)と尾部(図22の膵臓のうち、下の細くなっている側)とを観察する方法であり、図22では太破線矢印で示されている。尚、十二指腸球部と胃は膵臓より手前側(紙面鉛直上方側)にある。
(Third examination method: stomach / duodenal bulb PULL scan)
The body part of the pancreas (near the middle of the pancreas in FIG. 22) and the tail (the lower part of the pancreas in FIG. 22 are narrowed while pulling the ultrasonic endoscope 2 from the duodenal bulb into the stomach toward the mouth. 22), which is indicated by a thick broken line arrow in FIG. The duodenal bulb and stomach are on the near side (vertical upper side on the paper) of the pancreas.

(第4の検査方法:胃・十二指腸球部PUSH走査)
超音波内視鏡2を、胃内から十二指腸球部へ向けて肛門側へ押しながら膵臓の体部と尾部とを観察する方法であり、十二指腸球部PULL走査とは反対の方向である。尚、十二指腸球部と胃は膵臓より手前側(紙面鉛直上方側)にある。
(Fourth examination method: stomach / duodenal bulb PUSH scan)
This is a method of observing the body and tail of the pancreas while pushing the ultrasonic endoscope 2 toward the anus from the stomach toward the duodenal bulb, and is in the opposite direction to the duodenal bulb PULL scanning. The duodenal bulb and stomach are on the near side (vertical upper side on the paper) of the pancreas.

このうち、第1の十二指腸下降脚PULL走査を行うと、超音波内視鏡2を口側へ引くことに伴い、膵臓の頭部側が図22の画像データG_Aに示すブロック矢印のように一緒に引っ張られて回転及び移動してしまう現象が起こる。X線3次元ヘリカルCT装置15や3次元MRI装置16で被検体を撮像するときには、このような現象を想定しておらず、通常の撮像方法で得られた参照画像データを使うと、超音波断層像とガイド画像との間で解剖学的に良好な一致を得にくい。第2の十二指腸下降脚PUSH走査、第3の胃・十二指腸球部PULL走査、第4の胃・十二指腸球部PUSH走査では、このような現象は起こらない。   Of these, when the first duodenal descending leg PULL scan is performed, the head side of the pancreas is moved together as indicated by the block arrow shown in the image data G_A in FIG. 22 as the ultrasonic endoscope 2 is pulled to the mouth side. A phenomenon occurs in which it is pulled and rotated and moved. When imaging a subject with the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 or the three-dimensional MRI apparatus 16, such a phenomenon is not assumed. If reference image data obtained by a normal imaging method is used, ultrasound is used. It is difficult to obtain a good anatomical match between the tomographic image and the guide image. Such a phenomenon does not occur in the second duodenal descending leg PUSH scan, the third stomach / duodenal bulb PULL scan, and the fourth stomach / duodenum bulb PUSH scan.

そこで、参照画像記憶部55には、特定の被検体で作成した臓器もしくは器官もしくは組織の複数の状態の各々に対応した複数枚の画像データを、参照データとして予め記憶させておく。本実施の形態では、通常の状態の膵臓の画像データと、膵臓の頭部が引っ張られて回転及び移動したデータとを、部分モデル画像データとして、予め参照画像記憶部55に記憶させておく。回転及び移動した後のデータの作成の仕方は、以下の複数通りがある。   Therefore, the reference image storage unit 55 stores in advance a plurality of pieces of image data corresponding to each of a plurality of states of an organ or an organ or tissue created by a specific subject as reference data. In the present embodiment, image data of the pancreas in a normal state and data obtained by rotating and moving the pancreas head are stored in advance in the reference image storage unit 55 as partial model image data. There are several ways to create data after rotating and moving.

(第1のデータ作成方法)
X線3次元ヘリカルCT装置15や3次元MRI装置16での通常の撮像に加え、超音波内視鏡2を挿入し、十二指腸下降脚PULL走査で膵臓の頭部を引っ張ったまま、再度X線3次元ヘリカルCT装置15や3次元MRI装置16で撮像する。このようにして、通常の膵臓の参照画像データと、膵臓が回転や移動をした後の参照画像データとを得ることができる。
(First data creation method)
In addition to normal imaging with the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16, the ultrasound endoscope 2 is inserted, and the X-ray is again taken while pulling the head of the pancreas with the duodenal descending leg PULL scan. Imaging is performed by the three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16. In this way, normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved can be obtained.

(第2のデータ作成方法)
特定の被検体でX線3次元ヘリカルCT装置15や3次元MRI装置16での通常の撮像後、この被検体で超音波内視鏡2による撮像を行い、ガイド画像と超音波断層像が一致するよう、参照画像データ内の膵臓に回転や移動を加えて新たな参照画像データを作成する。このようにして、通常の膵臓の参照画像データと、膵臓が回転や移動をした後の参照画像データとを得ることができる。
(Second data creation method)
After normal imaging with an X-ray 3D helical CT apparatus 15 or 3D MRI apparatus 16 on a specific subject, imaging with the ultrasound endoscope 2 is performed on this subject, and the guide image and the ultrasound tomographic image match Thus, new reference image data is created by rotating or moving the pancreas in the reference image data. In this way, normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved can be obtained.

この第2のデータ作成方法では、3次元人体画像データG_Bの作成は以下の手順で行われる。   In the second data creation method, creation of the three-dimensional human body image data G_B is performed according to the following procedure.

先ず、術者は、キーボード13やマウス12を経由して膵臓の移動方向や移動距離や回転角度を入力する。3次元人体画像作成回路57は、入力された移動方向や移動距離や回転角度に基づいて、元の参照画像データから膵臓に回転及び移動を施して3次元人体画像データを作成する。   First, the surgeon inputs the pancreas movement direction, movement distance, and rotation angle via the keyboard 13 and mouse 12. The three-dimensional human body image creation circuit 57 creates the three-dimensional human body image data by rotating and moving the pancreas from the original reference image data based on the input movement direction, movement distance, and rotation angle.

次に、合成回路58は、回転、移動を施された膵臓の3次元人体画像データと画像指標データと挿入形状データとを合成し、合成3次元データを作成する。合成3次元データは、回転変換回路59、3次元ガイド画像作成回路A、3次元ガイド画像作成回路B、混合回路61を経て表示装置14に表示される。   Next, the synthesizing circuit 58 synthesizes the three-dimensional human body image data, the image index data, and the insertion shape data of the pancreas that has been rotated and moved to create synthesized three-dimensional data. The combined three-dimensional data is displayed on the display device 14 via the rotation conversion circuit 59, the three-dimensional guide image creation circuit A, the three-dimensional guide image creation circuit B, and the mixing circuit 61.

術者は、表示装置14の表示画面上の超音波断層像と2つの3次元ガイド画像との解剖学的な一致度を比較する。その上で、術者は、再度、超音波断層像と2つの3次元ガイド画像とが解剖学的に良く一致するよう、キーボード13やマウス12を経由して膵臓の移動方向や移動距離や回転角度を入力する。そして、上述の作用を繰り返す。   The surgeon compares the anatomical coincidence between the ultrasonic tomogram on the display screen of the display device 14 and the two three-dimensional guide images. Then, the operator again moves the pancreas through the keyboard 13 and the mouse 12 and moves and moves and rotates so that the ultrasonic tomographic image and the two three-dimensional guide images coincide well anatomically. Enter the angle. Then, the above operation is repeated.

上記第1,第2の何れの方法で作成した参照画像データを用いても、本実施の形態の作用には変化がないので、以下では第2の方法を前提にして本実施の形態の作用を説明する。   Even if the reference image data created by either of the first and second methods is used, there is no change in the operation of the present embodiment. Therefore, in the following, the operation of the present embodiment is premised on the second method. Will be explained.

本実施の形態では、参照画像記憶部55には、通常の膵臓の参照画像データと、膵臓が回転や移動をした後の参照画像データとが記憶されている。通常の膵臓の参照画像データに基づく3次元人体画像データを図22のG_Aに、膵臓が回転や移動をした後の参照画像データに基づく3次元人体画像データを図22のG_Bに示す。   In the present embodiment, the reference image storage unit 55 stores normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved. The three-dimensional human body image data based on the normal pancreas reference image data is shown in G_A of FIG. 22, and the three-dimensional human body image data based on the reference image data after the pancreas is rotated and moved is shown in G_B of FIG.

通常の膵臓の参照画像データと膵臓が回転や移動をした後の参照画像データの選択は、状態選択部としてのキーボード13、マウス12、及び制御回路63によって行われる。本実施の形態では、術者は、キーボード13の超音波内視鏡走査情報キーである、PUSHキー19aとPULLキー19bとのうち何れかを押す。これらのキー19a,19bは、一方がONであればもう一方はOFFである。また、術者は、キーボード13の超音波走査部位キーである、胃・十二指腸球部キー18aと十二指腸下降脚キー18bとのうち何れかを押す。これらのキー18a,18bは、一方がONであればもう一方はOFFである。   Selection of normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved is performed by the keyboard 13, the mouse 12, and the control circuit 63 as a state selection unit. In the present embodiment, the operator presses one of the PUSH key 19a and the PULL key 19b, which are ultrasonic endoscope scanning information keys on the keyboard 13. If one of these keys 19a and 19b is ON, the other is OFF. In addition, the surgeon presses either the stomach / duodenum bulb key 18a or the duodenum descending leg key 18b, which is an ultrasonic scanning region key of the keyboard 13. If one of these keys 18a and 18b is ON, the other is OFF.

図22の3次元人体画像データG_Aと3次元人体画像データG_Bのうち何れを用いるかは、これらのキー18a,18b,19a,19bのONとOFFの組み合わせ状態から制御回路63が判断する。制御回路63の判断は図23の表に拠る。すなわち、制御回路63は、十二指腸下降脚キー18bとPUSHキー19aとがONのとき、胃・十二指腸球部キー18aとPUSHキー19aとがONのとき、胃・十二指腸球部キー18aとPULLキー19bとがONのとき、画像データG_Aを参照画像データとして選択し、十二指腸下降脚キー18bとPULLキー19bとがONのとき、画像データG_Bを参照画像データとして選択する。   The control circuit 63 determines which of the three-dimensional human body image data G_A and the three-dimensional human body image data G_B in FIG. 22 is used from the combination of ON and OFF of these keys 18a, 18b, 19a, and 19b. The judgment of the control circuit 63 is based on the table of FIG. That is, when the duodenum lowering leg key 18b and the PUSH key 19a are ON, the control circuit 63 is connected to the stomach / duodenum bulb key 18a and the PULL key 19b. Is selected as the reference image data, and when the duodenal descending leg key 18b and the PULL key 19b are ON, the image data G_B is selected as the reference image data.

補間回路56は、制御回路63からの指令により、参照画像データを再度読み直す。このようにして補間メモリ、合成メモリのボクセル空間は、図23の表に示されたキーの組み合わせに対応して読み出された参照画像データで埋められ、3次元人体画像データ、合成3次元データ、3次元ガイド画像データが差し替えられる。   The interpolation circuit 56 rereads the reference image data again according to a command from the control circuit 63. In this way, the voxel space of the interpolation memory and the synthesis memory is filled with the reference image data read corresponding to the key combinations shown in the table of FIG. 23, and the 3D human body image data and the synthesis 3D data. Three-dimensional guide image data is replaced.

制御回路63と、補間回路56と、3次元人体画像作成回路57と、合成回路58と、回転変換回路59と、3次元ガイド画像作成回路Aと、3次元ガイド画像作成回路Bと、混合回路61とは、何れもリアルタイムで作用するので、術者によるキー操作に対して瞬時にガイド画像が切り替えられる。   Control circuit 63, interpolation circuit 56, 3D human body image creation circuit 57, synthesis circuit 58, rotation conversion circuit 59, 3D guide image creation circuit A, 3D guide image creation circuit B, and mixing circuit Since 61 operates in real time, the guide image is instantaneously switched in response to a key operation by the operator.

このようにして、術者は十二指腸下降脚であっても、胃・十二指腸球部であっても、超音波内視鏡2のPUSH走査であっても、超音波内視鏡2のPULL走査であっても、超音波断層像とガイド画像との間で解剖学的に良好な一致を得ることができる。   In this way, the operator can perform the PULL scan of the ultrasonic endoscope 2 regardless of whether the leg is a descending leg of the duodenum, the stomach / duodenal bulb, or the PUSH scan of the ultrasonic endoscope 2. Even in this case, an anatomically good match can be obtained between the ultrasonic tomogram and the guide image.

以上の本実施の形態によれば、参照画像記憶部55が通常の膵臓の参照画像データと膵臓が回転や移動をした後の参照画像データとを記憶し、制御回路63が参照画像データを図22の3次元人体画像データG_Aか3次元人体画像画像データG_Bのうち何れを用いるかを判断し、補間回路56は制御回路63からの指令により、参照画像データを再度読み直し、補間メモリ、合成メモリのボクセル空間は、図23の表に示されたキーの組み合わせに対応して読み出された参照画像データで埋められ、術者によるキー操作に対して瞬時に3次元人体画像データおよびガイド画像が切り替えられるよう構成している。これにより、超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向とを正しく示すガイド画像を表示することができる。特に、十二指腸下降脚PULL走査では膵頭部は回転および移動するため、この効果が顕著である。   According to the present embodiment described above, the reference image storage unit 55 stores normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved, and the control circuit 63 displays the reference image data. 22 is used to determine which one of the three-dimensional human body image data G_A or the three-dimensional human body image data G_B is to be used, and the interpolation circuit 56 rereads the reference image data in response to a command from the control circuit 63, and the interpolation memory and the synthesis memory The voxel space is filled with the reference image data read out corresponding to the key combinations shown in the table of FIG. 23, and the 3D human body image data and the guide image are instantaneously generated by the operator's key operation. It is configured to be switched. Thereby, a guide image that correctly indicates the actual anatomical position and orientation of the ultrasonic tomographic image can be displayed. In particular, in the duodenal descending leg PULL scan, the pancreatic head rotates and moves, so this effect is remarkable.

また、本実施の形態は、画像指標作成回路52が、超音波断層像マーカMuに青色の先端方向マーカMdと黄緑色の矢印状の6時方向マーカMtとを合成した画像指標データを作成し、合成回路58が、同じボクセル空間内に3次元人体画像データと、画像指標データと、挿入形状データとを合成し、混合回路61が超音波観測装置4からの超音波断層像データと、3次元ガイド画像データとを並べて表示用の混合データを作成し、表示回路62はこの混合データをアナログビデオ信号に変換し、表示装置14はこのアナログビデオ信号を基に超音波断層像と3次元ガイド画像とを並べて表示するような構成及び作用を有している。   In this embodiment, the image index creating circuit 52 creates image index data in which the ultrasonic tomographic image marker Mu is combined with the blue tip direction marker Md and the yellow-green arrow-shaped 6 o'clock direction marker Mt. The synthesizing circuit 58 synthesizes the three-dimensional human body image data, the image index data, and the insertion shape data in the same voxel space, and the mixing circuit 61 combines the ultrasonic tomographic image data from the ultrasonic observation apparatus 4 The display circuit 62 converts the mixed data into an analog video signal, and the display device 14 converts the ultrasonic tomogram and the three-dimensional guide on the basis of the analog video signal. It has a configuration and operation that displays images side by side.

そのため、本実施の形態によれば、超音波断層像と膵臓などの関心領域との位置関係をガイドすることができるとともに、消化管等の体腔壁に対して超音波内視鏡のラジアル走査面と可撓部と硬性部とがどのような配向や形状になっているのかをガイドすることができる。従って、術者はこれらの関係を視覚的に把握でき、関心領域に対する診断、処置等を容易に行うことが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, the positional relationship between the ultrasonic tomogram and the region of interest such as the pancreas can be guided, and the radial scanning plane of the ultrasonic endoscope with respect to the body cavity wall such as the digestive tract It is possible to guide the orientation and shape of the flexible portion and the hard portion. Therefore, the surgeon can visually grasp these relationships, and can easily perform diagnosis, treatment, etc. on the region of interest.

また、本実施の形態は、マッチング回路51がステップS4-4からステップS4-9で述べた処理を繰り返し、混合回路61が超音波断層像データを取り込んだ瞬間の、位置・配向データを取り込み、第1変換式とベクトルP'P"による平行移動とを合わせて第2の写像を表現する第2変換式を新たに作成し、直交座標軸O-xyzにおける超音波断層像の中心O"の位置ベクトルOO"の各方向成分(x0,y0,z0)と、直交座標軸O-xyzに対する画像位置配向検出用コイル31の配向を示すオイラー角の各角度成分(ψ,θ,φ)と、直交座標軸O-xyzにおける複数個の挿入形状検出用コイル32の各々の位置ベクトルの各方向成分(xi,yi,zi) (iは1から挿入形状検出用コイル32の総数までの自然数)とを、位置・配向写像データへ変換する処理を繰り返すような構成及び作用を有している。   In the present embodiment, the matching circuit 51 repeats the processes described in steps S4-4 to S4-9, and the mixing circuit 61 captures position / orientation data at the moment when the ultrasonic tomographic image data is captured. A new second transformation expression that expresses the second mapping is created by combining the first transformation expression and the translation by the vector P′P ″, and the position of the center O ″ of the ultrasonic tomographic image on the orthogonal coordinate axis O-xyz. Each direction component (x0, y0, z0) of the vector OO ", each angle component (ψ, θ, φ) of Euler angles indicating the orientation of the image position orientation detection coil 31 with respect to the orthogonal coordinate axis O-xyz, and the orthogonal coordinate axis Each directional component (xi, yi, zi) (i is a natural number from 1 to the total number of insertion shape detection coils 32) of each position vector of the plurality of insertion shape detection coils 32 in O-xyz・ Has a configuration and operation that repeats the process of converting to orientation map data There.

そのため、本実施の形態によれば、超音波内視鏡2での検査中に被検体37の体位に変化が生じても、超音波断層像、可撓部22、硬性部21と、3次元ガイド画像上の超音波断層像マーカMu、先端方向マーカMd、6時方向マーカMt、挿入形状マーカMsとは、それぞれ解剖学的により正確な一致をするという効果がある。   Therefore, according to the present embodiment, even if the body position of the subject 37 changes during the examination with the ultrasonic endoscope 2, the ultrasonic tomogram, the flexible part 22, the rigid part 21, and the three-dimensional The ultrasonic tomographic image marker Mu, the tip direction marker Md, the 6 o'clock direction marker Mt, and the insertion shape marker Ms on the guide image have an effect of more accurately anatomically matching each other.

また、X線3次元ヘリカルCT装置15と3次元MRI装置16とは、通常仰臥位で撮像され、左側臥位での超音波内視鏡検査の時とは体位が異なるが、本実施の形態によれば、マッチング回路51が、第1の写像に補正値としてのベクトルP'P"による平行移動を合わせて第2の写像を表現する第2変換式を作成するような構成及び作用を有している。従って、本実施の形態は、被検体37内の諸器官がX線3次元ヘリカルCT装置15と3次元MRI装置16に比して左側臥位での超音波内視鏡検査の時に重力に従って変位しても、被検体37の点、例えば超音波断層像の中心O"に第2の写像により解剖学的に一層正確な一致をする。そのため、3次元ガイド画像が超音波断層像を一層正確にガイドすることができる。   The X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 are normally imaged in the supine position, and the body position is different from that in the case of ultrasonic endoscopy in the left supine position. Therefore, the matching circuit 51 has a configuration and an operation for creating a second transformation expression that expresses the second mapping by combining the first mapping with the parallel movement by the vector P′P ”as the correction value. Therefore, in the present embodiment, the various organs in the subject 37 are subjected to ultrasonic endoscopy in the left lateral position as compared with the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16. Even if it is displaced according to gravity at times, a more accurate anatomical coincidence is achieved with the second mapping at a point of the subject 37, for example, the center O "of the ultrasonic tomographic image. Therefore, the three-dimensional guide image can more accurately guide the ultrasonic tomographic image.

また、本実施の形態によれば、3次元ガイド画像作成回路Aが、右側が被検体頭側、左側が被検体足側で、被検体の腹側からの方向で観察した3次元ガイド画像データを作成するよう構成、作用させている。被検体37は、超音波内視鏡検査では通常左側臥位での体位で検査され、3次元ガイド画像も左側臥位で表示されるので、被検体と3次元ガイド画像とを対比しやすく、術者には3次元ガイド画像がわかりやすく、術者による診断、処置等の際の操作性を向上或いは適切に支援することができる。   Further, according to the present embodiment, the three-dimensional guide image creation circuit A has the three-dimensional guide image data observed in the direction from the subject's ventral side, the right side being the subject's head side, and the left side being the subject's foot side. It is configured and operated to create. The subject 37 is usually examined in the position of the left lateral position in the ultrasonic endoscopy, and the 3D guide image is also displayed in the left lateral position. Therefore, it is easy to compare the subject and the 3D guide image. The surgeon can easily understand the three-dimensional guide image, and can improve or appropriately support the operability during diagnosis and treatment by the surgeon.

また、本実施の形態によれば、3次元ガイド画像作成回路Aと3次元ガイド画像作成回路Bとが互いに異なる方向に視線を設定した3次元ガイド画像を作成するため、超音波断層像と膵臓などの関心領域との位置関係を複数の方向から、ガイドすることができるとともに、消化管等の体腔壁に対して、超音波断層像と超音波内視鏡2の可撓部22と硬性部21とがどのような配向や形状になっているのかを複数の方向からガイドすることができ、術者にはわかりやすい。   Further, according to the present embodiment, since the 3D guide image creating circuit A and the 3D guide image creating circuit B create a 3D guide image in which the line of sight is set in different directions, the ultrasonic tomographic image and the pancreas The position relationship with the region of interest such as the gastrointestinal tract can be guided from a plurality of directions, and the ultrasonic tomogram, the flexible portion 22 of the ultrasonic endoscope 2 and the rigid portion with respect to the body cavity wall such as the digestive tract It is possible to guide the orientation and shape of the head 21 from a plurality of directions, which is easy for the operator to understand.

また、本実施の形態によれば、3次元ガイド画像作成回路Bが、位置・配向写像データを基にして、超音波断層像マーカMuの法線を観察視線すなわち表示装置14の画面法線と一致するよう画面に正対させ、かつ6時方向マーカMtが表示装置14の画面の下方向に向くように設定された3次元ガイド画像を作成するよう構成、作用させるため、この3次元ガイド画像と表示装置14の画面に並べてリアルタイムに表示される超音波断層像との方向が一致する。そのため、術者は両者を対比しやすく、超音波断層像の解剖学的な解釈をしやすい。   Further, according to the present embodiment, the three-dimensional guide image creation circuit B uses the normal line of the ultrasonic tomographic image marker Mu as the observation line of sight, that is, the screen normal line of the display device 14 based on the position / orientation mapping data. This three-dimensional guide image is configured and operated so as to create a three-dimensional guide image that faces the screen so that they coincide with each other and that the 6 o'clock direction marker Mt is set to face downward on the screen of the display device 14. And the ultrasonic tomographic images displayed in real time side by side on the screen of the display device 14 coincide with each other. Therefore, it is easy for the operator to compare the two, and to easily interpret the ultrasonic tomogram anatomically.

特に、腹側から観察した3次元ガイド画像は、事実上、広範囲のガイド画像、超音波断層像と同じ向きで観察した3次元ガイド画像は、詳細のガイド画像であるため、前者で超音波断層像の大まかな解剖学上の位置を把握し、後者で超音波断層像の詳細の解剖学的な解釈を得ながら超音波の走査面を微調整することができ、検査が効率的である。   In particular, the three-dimensional guide image observed from the ventral side is effectively a wide range of guide images, and the three-dimensional guide image observed in the same direction as the ultrasonic tomographic image is a detailed guide image. The rough anatomical position of the image can be grasped, and the ultrasonic scanning plane can be fine-tuned while obtaining the detailed anatomical interpretation of the ultrasonic tomographic image in the latter, so that the examination is efficient.

また、本実施の形態によれば、3次元ガイド画像作成回路Bが、画像指標データのうちの超音波断層像マーカMuによって分けられる2つの領域のうち、可撓部22の先端側すなわち表示装置14の画面手前側を非表示にし、超音波断層像マーカMu上の部分と、裏側の部分の輝度を変化させた3次元ガイド画像データを作成するよう構成、作用させている。そのため、手前側の臓器が術者の3次元ガイド画像の観察の邪魔になるがことなく、この3次元ガイド画像と表示装置14の画面に並べてリアルタイムに表示される超音波断層像との対比を一層しやすく、超音波断層像の解剖学的な解釈をしやすい。   Further, according to the present embodiment, the three-dimensional guide image creation circuit B has the distal end side of the flexible portion 22, that is, the display device, out of two regions divided by the ultrasonic tomographic image marker Mu in the image index data. The front side of the screen 14 is not displayed, and the three-dimensional guide image data in which the luminance of the portion on the ultrasonic tomographic image marker Mu and the portion on the back side is changed is configured and operated. Therefore, the organ on the near side does not obstruct the operator's observation of the three-dimensional guide image, and this three-dimensional guide image is compared with the ultrasonic tomographic image displayed in real time on the screen of the display device 14. It is easier to do and anatomical interpretation of ultrasonic tomograms.

<変形例>
上述した実施の形態では、処置具チャンネル46を備えた超音波内視鏡2と、処置具チャンネル46に挿通する体腔内接触プローブ8を設けて構成したが、構成はこれに限定されるものではない。
<Modification>
In the above-described embodiment, the ultrasonic endoscope 2 including the treatment instrument channel 46 and the body cavity contact probe 8 inserted through the treatment instrument channel 46 are provided. However, the configuration is not limited to this. Absent.

体腔内特徴点に対して光学観察窓24を経由して対物レンズ25の焦点が合い、体腔内接触プローブ8を用いずに硬性部21自体を体腔内特徴点に正確に接触できれば、硬性部21に固定して設けた画像位置配向検出用コイル31を体腔内接触プローブ8の体腔内検出用コイル42の代用にしても良い。このとき、画像位置配向検出用コイル31は、画像位置配向検出用素子としてだけでなく体腔内検出用素子としても作用する。   If the objective lens 25 is focused on the feature point in the body cavity via the optical observation window 24 and the rigid part 21 itself can be accurately brought into contact with the feature point in the body cavity without using the contact probe 8 in the body cavity, the rigid part 21 is obtained. The image position / orientation detection coil 31 fixed to the body cavity may be substituted for the body cavity detection coil 42 of the body cavity contact probe 8. At this time, the image position / orientation detection coil 31 acts not only as an image position / orientation detection element but also as a body cavity detection element.

また、本実施の形態では、超音波プローブとして電子ラジアル走査型超音波内視鏡2を用いたが、従来技術の特開2004−113629号公報で開示されている超音波診断装置のように、機械走査型超音波内視鏡でも、挿入軸の一方に超音波振動子群を扇状に設けた電子コンベックス走査型超音波内視鏡でも、カプセル型の超音波ゾンデでも良く、超音波の走査方式には限定されない。また光学観察窓24の無い超音波プローブでも良い。   In the present embodiment, the electronic radial scanning ultrasonic endoscope 2 is used as an ultrasonic probe. However, like the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-113629, It can be a mechanical scanning ultrasonic endoscope, an electronic convex scanning ultrasonic endoscope with a group of ultrasonic transducers on one of the insertion axes, or a capsule-type ultrasonic sonde. It is not limited to. An ultrasonic probe without the optical observation window 24 may be used.

また、本実施の形態では、超音波内視鏡2の硬性部21において超音波振動子を短冊状に細かく切断し、挿入軸の周囲に環状のアレイとして配列させたが、超音波振動子アレイ29は、360°全周に設けても、それより欠けても良い。例えば270°や180°にわたる部分に超音波振動子アレイ29が形成されるようにしても良い。   In the present embodiment, the ultrasonic transducers are cut into strips in the rigid portion 21 of the ultrasonic endoscope 2 and arranged as an annular array around the insertion axis. 29 may be provided all around 360 ° or may be missing. For example, the ultrasonic transducer array 29 may be formed in a portion extending over 270 ° or 180 °.

また、本実施の形態では位置検出手段として送信アンテナ6と受信コイルとを用い、磁場で位置と配向とを検出するよう構成、作用させたが、送受は逆でも良い。磁場を利用して位置及び配向を検出する場合には、簡単な構成で位置(配向)検出手段を形成できると共に、低コスト化、小型化することができるが、磁場を利用したものに限定されるものでなく、加速度や他の手段で位置と配向とを検出するようにしても良い。また、本実施の形態では、原点Oを送信アンテナ6上の特定の位置に設定するよう構成したが、送信アンテナ6と位置関係の変わらない他の場所に設定するよう構成しても良い。   In this embodiment, the transmitting antenna 6 and the receiving coil are used as position detecting means and the position and orientation are detected and detected by the magnetic field. However, transmission and reception may be reversed. In the case of detecting the position and orientation using a magnetic field, the position (orientation) detection means can be formed with a simple configuration, and the cost and size can be reduced. However, the position and orientation are limited to those using a magnetic field. Instead, the position and orientation may be detected by acceleration or other means. Further, in the present embodiment, the origin O is set to a specific position on the transmission antenna 6, but it may be configured to be set to another place where the positional relationship with the transmission antenna 6 does not change.

また、本実施の形態では、画像位置配向検出用コイル31を硬性部21に固定して設けたが、硬性部21と位置が固定されていれば、硬性部21の完全に内部でなくとも良い。また、本実施の形態では、3次元ガイド画像データ上の各器官を、器官別に色分けして表示されるよう構成したが、色分けの態様に限らず、輝度、明度、彩度等、他の態様でも良く、例えば、器官別に輝度の値を変化させる等しても良い。   Further, in the present embodiment, the image position / orientation detection coil 31 is fixed to the rigid portion 21, but it may not be completely inside the rigid portion 21 as long as the position is fixed to the rigid portion 21. . Further, in the present embodiment, each organ on the three-dimensional guide image data is configured to be color-coded for each organ. However, the present invention is not limited to the color-coded mode, but other modes such as luminance, brightness, and saturation. For example, the luminance value may be changed for each organ.

また、本実施の形態では、参照画像データとして、X線3次元ヘリカルCT装置15、3次元MRI装置16で撮像された複数枚の2次元CT画像や2次元MRI画像を用いるよう構成、作用させたが、PET(Positoron Emission Tomography)のような他のモダリティーを用いて事前に取得した3次元画像データを用いても良い。また、体外から超音波を照射する方式の所謂、体外式の超音波診断装置で事前に取得した3次元画像データを用いても良い。   In this embodiment, the reference image data is configured and operated so that a plurality of two-dimensional CT images and two-dimensional MRI images captured by the X-ray three-dimensional helical CT apparatus 15 and the three-dimensional MRI apparatus 16 are used. However, three-dimensional image data acquired in advance using another modality such as PET (Positoron Emission Tomography) may be used. Further, three-dimensional image data acquired in advance by a so-called extracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus that irradiates ultrasonic waves from outside the body may be used.

また、本実施の形態では、1軸に巻かれた4個のコイルからなる体表検出用コイル7を設け、各々を被検体体表にテープ、ベルト、バンドなどで、複数の体表特徴点に着脱可能に固定し、体表特徴点の位置・配向データを同時に得るするよう構成したが、1個のコイル、例えば体腔内検出用コイル42に代えて、超音波内視鏡2による検査に先立ち、被検体37を左側臥位にした後、体腔内接触プローブ8の先端を複数の体表特徴点に順次接触させて体表特徴点の位置・配向データを順次に得るような構成、作用にしても良い。   Further, in the present embodiment, a body surface detection coil 7 composed of four coils wound around one axis is provided, and a plurality of body surface feature points are provided on the subject body surface by tape, belt, band, etc. The position / orientation data of the body surface feature points are obtained at the same time. However, instead of using one coil, for example, the detection coil 42 in the body cavity, for the examination by the ultrasonic endoscope 2. Prior to placing the subject 37 in the left-side position, the position and orientation data of the body surface feature points are sequentially obtained by sequentially bringing the tip of the body cavity contact probe 8 into contact with a plurality of body surface feature points. Anyway.

また、本実施の形態では、位置配向算出装置が、位置・配向データとして、体表検出用コイル7に関してはその位置を算出したが、位置の代わりに巻線軸の方向を算出しても良く、また、位置と巻線軸の方向との両方を算出しても良い。1個の体表検出用コイル7に関して位置配向算出装置5が算出する自由度が増えることで、体表検出用コイル7の個数を減らすことができ、被検体37に体表検出用コイル7を固定する際や超音波内視鏡検査中の術者や被検体37の負担を減らすことができる。   Further, in the present embodiment, the position / orientation calculation device calculates the position of the body surface detection coil 7 as position / orientation data, but may calculate the direction of the winding axis instead of the position. Further, both the position and the direction of the winding axis may be calculated. The number of body surface detection coils 7 can be reduced by increasing the degree of freedom that the position / orientation calculation device 5 calculates for one body surface detection coil 7, and the body surface detection coil 7 is attached to the subject 37. It is possible to reduce the burden on the operator and the subject 37 during fixation or during the ultrasonic endoscopy.

また、本実施の形態では、体表特徴点を腹部体表の剣状突起、左上前腸骨棘、右上前腸骨棘、腰椎椎体棘突起とし、体腔内特徴点を十二指腸乳頭としたが、この例に限らず、胸部体表や胸部体腔内の特徴点や他の例でも良い。一般に、体表特徴点は骨格と関連のある点にとった方が、超音波断層像マーカMuの配向についての精度が良い。   In this embodiment, the body surface feature points are the xiphoid process of the abdominal body surface, the upper left anterior iliac spine, the upper right anterior iliac spine, and the lumbar spine spinous process, and the body cavity feature point is the duodenal papilla. However, the present invention is not limited to this example, but may be a feature point in the chest body surface, a chest body cavity, or another example. In general, the accuracy of the orientation of the ultrasonic tomographic image marker Mu is better when the body surface feature point is a point related to the skeleton.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図24〜図26は本発明の第2の実施の形態に係り、図24は3次元人体画像データの合成・変形を示す説明図、図25はキーの組み合わせと3次元人体画像データとの対応を示す説明図、図26は画像処理装置の構成を示すブロック図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIGS. 24 to 26 relate to the second embodiment of the present invention, FIG. 24 is an explanatory diagram showing composition and deformation of 3D human body image data, and FIG. 25 is a correspondence between key combinations and 3D human body image data. FIG. 26 is a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus.

第2の実施の形態は、第1の実施の形態に対して、画像処理装置11の合成回路58の構成が異なるものである。図26に示すように、本実施の形態の画像処理装置11_2の合成回路58_2は、第1の実施の形態の合成回路58に対して、さらにもう一つの合成メモリ(ボリュームメモリ)58bを追加している。   The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the composition circuit 58 of the image processing apparatus 11. As shown in FIG. 26, the synthesis circuit 58_2 of the image processing apparatus 11_2 of this embodiment adds another synthesis memory (volume memory) 58b to the synthesis circuit 58 of the first embodiment. ing.

第2の実施の形態の作用は、ボリュームメモリの追加により、第1の実施の形態とは、参照画像記憶部55、3次元人体画像作成回路57の作用が異なる。   The operation of the second embodiment differs from that of the first embodiment in the operation of the reference image storage unit 55 and the three-dimensional human body image creation circuit 57 due to the addition of a volume memory.

第1の実施の形態では、参照画像記憶部55が通常の膵臓の参照画像データと、膵臓が回転や移動をした後の参照画像データとを記憶し、制御回路63が図22の3次元人体画像データG_Aと3次元人体画像データG_Bとのうち何れを用いるかを判断するよう作用した。   In the first embodiment, the reference image storage unit 55 stores normal pancreas reference image data and reference image data after the pancreas is rotated or moved, and the control circuit 63 is a three-dimensional human body shown in FIG. It acted to determine which of the image data G_A and the three-dimensional human body image data G_B is used.

これに対し、第2の実施の形態では、3次元人体画像作成回路57が、図22に示す通常の膵臓の参照画像データに基づく3次元人体画像データG_Aを合成回路58_2の合成メモリ58a,58bの1つに記憶させる。   On the other hand, in the second embodiment, the three-dimensional human body image creation circuit 57 generates the three-dimensional human body image data G_A based on the normal pancreas reference image data shown in FIG. 22 and the synthesis memories 58a and 58b of the synthesis circuit 58_2. One of them is memorized.

さらに、3次元人体画像作成回路57は、図24に示すように、この3次元人体画像データG_Aと膵臓が回転や移動をした後の参照画像データに基づく3次元人体画像データG_Bとを合成・変形して3次元人体画像データG_Cを作成する。3次元人体画像データG_Cは、3次元人体画像データG_Aと3次元人体画像データG_Bとから、新たに作成したデータであり、変形した仮想の膵臓を含んだデータである。   Further, as shown in FIG. 24, the three-dimensional human body image creation circuit 57 combines the three-dimensional human body image data G_A with the three-dimensional human body image data G_B based on the reference image data after the pancreas is rotated or moved. The three-dimensional human body image data G_C is generated by deformation. The three-dimensional human body image data G_C is data newly created from the three-dimensional human body image data G_A and the three-dimensional human body image data G_B, and includes the deformed virtual pancreas.

図24では、説明の都合上、一例として膵臓の尾部端点で位置を合わせている。尾部端点で説明しているのは、尾部端点が十二指腸下降脚PULL走査であっても、膵臓のうち最も回転や移動しない安定点であるからである。   In FIG. 24, for convenience of explanation, the position is aligned at the tail end point of the pancreas as an example. The reason for the tail end point is that even if the tail end point is the duodenal descending leg PULL scan, it is the stable point that does not rotate or move in the pancreas.

上述の3次元人体画像データG_Aと3次元人体画像データG_Bとを合成、変形して3次元人体画像データG_Cを作成する方法は、以下の通りである。   A method of generating the three-dimensional human body image data G_C by synthesizing and transforming the above-described three-dimensional human body image data G_A and the three-dimensional human body image data G_B is as follows.

術者は、キーボード13やマウス12を経由して膵臓の移動方向や移動距離や回転角度を入力する。3次元人体画像作成回路57は、入力された移動方向や移動距離や回転角度に基づいて、元の参照画像データから膵臓に回転及び移動を施して3次元人体画像データを作成する。   The surgeon inputs the pancreas movement direction, movement distance, and rotation angle via the keyboard 13 and mouse 12. The three-dimensional human body image creation circuit 57 creates the three-dimensional human body image data by rotating and moving the pancreas from the original reference image data based on the input movement direction, movement distance, and rotation angle.

次に、合成回路58_2は、回転、移動を施された膵臓の3次元人体画像データと画像指標データと挿入形状データとを合成し、合成3次元データを作成する。合成3次元データは、回転変換回路59、3次元ガイド画像作成回路A、3次元ガイド画像作成回路B、混合回路61を経て表示装置14に表示される。   Next, the synthesizing circuit 58_2 synthesizes the three-dimensional human body image data, image index data, and insertion shape data of the pancreas that has been rotated and moved to create synthesized three-dimensional data. The combined three-dimensional data is displayed on the display device 14 via the rotation conversion circuit 59, the three-dimensional guide image creation circuit A, the three-dimensional guide image creation circuit B, and the mixing circuit 61.

術者は、表示装置14の表示画面上の超音波断層像と2つの3次元ガイド画像との解剖学的な一致度を比較する。再度、術者は、その上で、超音波断層像と2つの3次元ガイド画像とが解剖学的に良く一致するよう、キーボード13やマウス12を経由して膵臓の移動方向や移動距離や回転角度を入力する。   The surgeon compares the anatomical coincidence between the ultrasonic tomogram on the display screen of the display device 14 and the two three-dimensional guide images. Again, the surgeon then moves the pancreas through the keyboard 13 and the mouse 12 and the distance and rotation of the pancreas so that the ultrasound tomographic image and the two three-dimensional guide images agree well anatomically. Enter the angle.

そして、上述の作用を繰り返し、3次元ガイド画像を作成する。ここまでは第1の実施の形態と同じである。   Then, the above-described operation is repeated to create a three-dimensional guide image. The steps so far are the same as those in the first embodiment.

さらに、術者は、キーボード13やマウス12を経由して3次元ガイド画像を図24に示すように重畳して表示装置14の表示画面に表示させるようにする。その上で膵臓が適当な形になるようキーボード13やマウス12を経由して表示画面上をトレースする。   Further, the surgeon superimposes the three-dimensional guide image via the keyboard 13 and the mouse 12 as shown in FIG. 24 and displays them on the display screen of the display device 14. Then, the display screen is traced via the keyboard 13 and the mouse 12 so that the pancreas has an appropriate shape.

3次元人体画像作成回路57は、このトレースされた情報を基に、再度3次元人体画像データG_Cを作成し、合成回路58_2の合成メモリ58a,58bのもう一方に記憶させる。   The three-dimensional human body image creation circuit 57 creates the three-dimensional human body image data G_C again based on the traced information and stores it in the other one of the synthesis memories 58a and 58b of the synthesis circuit 58_2.

図22の3次元人体画像データG_Aと、図24の3次元人体画像データG_Cとのうち何れを用いるかは、超音波内視鏡走査部位キーと超音波内視鏡走査情報キーのONとOFFの組み合わせ状態から制御回路63が判断する。   Which one of the three-dimensional human body image data G_A in FIG. 22 and the three-dimensional human body image data G_C in FIG. 24 is used depends on whether the ultrasonic endoscope scanning part key or the ultrasonic endoscope scanning information key is ON or OFF. The control circuit 63 determines from the combination state.

制御回路63の判断は、図25の表に拠る。すなわち、制御回路63は、十二指腸下降脚キー18bとPUSHキー19aとがONのとき、胃・十二指腸球部キー18aとPUSHキー19aとがONのとき、胃・十二指腸球部キー18aとPULLキー19bとがONのとき、画像データG_Aを参照画像データとして選択し、十二指腸下降脚キー18bとPULLキー19bとがONのとき、3次元人体画像データG_Aと3次元人体画像データG_Bとを合成・変形して作成した画像データG_Cを参照画像データとして選択する。   The determination of the control circuit 63 is based on the table of FIG. That is, when the duodenum lowering leg key 18b and the PUSH key 19a are ON, the control circuit 63 is connected to the stomach / duodenum bulb key 18a and the PULL key 19b. When ON is ON, image data G_A is selected as reference image data, and when the duodenal descending leg key 18b and PULL key 19b are ON, 3D human body image data G_A and 3D human body image data G_B are combined and transformed. The image data G_C created in this way is selected as reference image data.

合成回路58_2は、制御回路63からの指令により、画像指標データと挿入形状データと合成する3次元人体画像データを、3次元人体画像データG_Aにするか3次元人体画像データG_Cにするかを切り替える。   The synthesizing circuit 58_2 switches between the three-dimensional human body image data G_A and the three-dimensional human body image data G_C as the three-dimensional human body image data to be combined with the image index data and the insertion shape data in accordance with a command from the control circuit 63. .

このようにして、3次元人体画像データ、合成3次元データ、3次元ガイド画像データが差し替えられる。制御回路63と、3次元人体画像作成回路57と、合成回路58_2と、回転変換回路59と、3次元ガイド画像作成回路Aと、3次元ガイド画像作成回路Bと、混合回路61とは、何れもリアルタイムで作用するので、術者によるキー操作に対して瞬時にガイド画像が切り替えられる。   In this manner, the 3D human body image data, the synthesized 3D data, and the 3D guide image data are replaced. Which of the control circuit 63, the three-dimensional human body image creation circuit 57, the synthesis circuit 58_2, the rotation conversion circuit 59, the three-dimensional guide image creation circuit A, the three-dimensional guide image creation circuit B, and the mixing circuit 61? Since it also operates in real time, the guide image can be switched instantaneously in response to a key operation by the operator.

このようにして、術者は十二指腸下降脚であっても、胃・十二指腸球部であっても、超音波内視鏡2のPUSH走査であっても、超音波内視鏡2のPULL走査であっても、超音波断層像とガイド画像との間で解剖学的に良好な一致を得ることができる。その他の作用は第1の実施の形態と同じである。   In this way, the operator can perform the PULL scan of the ultrasonic endoscope 2 regardless of whether the leg is a descending leg of the duodenum, the stomach / duodenal bulb, or the PUSH scan of the ultrasonic endoscope 2. Even in this case, an anatomically good match can be obtained between the ultrasonic tomogram and the guide image. Other operations are the same as those in the first embodiment.

第2の実施の形態においては、3次元人体画像作成回路57が、図22に示す通常の膵臓の参照画像データに基づく3次元人体画像データG_Aを合成回路58_2の2つの合成メモリ58a,58bの一方に記憶させ、この3次元人体画像データG_Aと膵臓が回転や移動をした後の参照画像データに基づく3次元人体画像データG_Bとを合成、変形して3次元人体画像データG_Cを作成し、3次元人体画像データG_Cを合成回路58_2の合成メモリ58a,58bのもう一方に記憶させる。   In the second embodiment, the three-dimensional human body image creation circuit 57 generates three-dimensional human body image data G_A based on the normal pancreas reference image data shown in FIG. 22 in the two synthesis memories 58a and 58b of the synthesis circuit 58_2. One side is memorize | stored, 3D human body image data G_C and 3D human body image data G_B based on the reference image data after the pancreas is rotated and moved are synthesized and transformed to create 3D human body image data G_C. The three-dimensional human body image data G_C is stored in the other of the synthesis memories 58a and 58b of the synthesis circuit 58_2.

そして、制御回路63は、図22の3次元人体画像データG_Aと図24の3次元人体画像データG_Cとのうち何れを用いるかを、超音波内視鏡走査部位キーと超音波内視鏡走査情報キーのONとOFFの組み合わせ状態から判断し、合成回路58_2は、制御回路63からの指令により、画像指標データと挿入形状データと合成する3次元人体画像データを、3次元人体画像データG_Aにするか3次元人体画像データG_Cにするかを切り替え、3次元人体画像データ、合成3次元データ、3次元ガイド画像データが差し替えられ、術者によるキー操作に対して瞬時にガイド画像が切り替えられる。   Then, the control circuit 63 determines which one of the 3D human body image data G_A in FIG. 22 and the 3D human body image data G_C in FIG. Judging from the combination of ON and OFF of the information key, the synthesizing circuit 58_2 converts the three-dimensional human body image data to be synthesized with the image index data and the insertion shape data into the three-dimensional human body image data G_A according to a command from the control circuit 63. Switching to 3D human body image data G_C, the 3D human body image data, the synthesized 3D data, and the 3D guide image data are replaced, and the guide image is switched instantaneously in response to a key operation by the operator.

そのため、第2の実施の形態では、第1の実施の形態のように参照画像データを読み込んで、3次元人体画像データを再度作成する必要がなくなり、超音波断層像の実際の解剖学的な位置や配向を正しく示すガイド画像をより高速に得て表示することができる。また、十二指腸下降脚PULL走査による膵臓の変形は主に膵臓の頭部で生じ、尾部では生じないため、第2の実施の形態では、第1の実施の形態より変形した実際の膵臓に近いガイド画像を表示することができる。その他の効果は第1の実施の形態と同じである。   Therefore, in the second embodiment, there is no need to read the reference image data and create 3D human body image data again as in the first embodiment, and the actual anatomical image of the ultrasonic tomographic image is eliminated. A guide image that correctly indicates the position and orientation can be obtained and displayed at higher speed. Further, since the pancreas deformed by the duodenal descending leg PULL scan mainly occurs in the head of the pancreas and not in the tail, in the second embodiment, a guide closer to the actual pancreas deformed than the first embodiment. An image can be displayed. Other effects are the same as those of the first embodiment.

本発明の第1の実施の形態に係り、超音波診断装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the ultrasonic diagnosing device concerning the 1st Embodiment of this invention. 同上、体表検出用コイルを使用例で模式的に示す説明図、As above, an explanatory diagram schematically showing a body surface detection coil in a usage example, 同上、体腔内接触プローブを示す側面図Side view showing the body cavity contact probe 同上、画像処理装置の構成を示すブロック図As above, a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus 同上、参照画像記憶部内に記憶される参照画像データを示す説明図As above, an explanatory diagram showing reference image data stored in the reference image storage unit 同上、ボクセル空間を示す説明図Same as above, explanatory diagram showing voxel space 同上、キーボードのキー配列を示す説明図Same as above, explanatory diagram showing the keyboard layout 同上、位置・配向データを表すために送信アンテナ上に原点を設定した直交基底を示す説明図Same as above, explanatory diagram showing an orthogonal base with the origin set on the transmit antenna to represent position and orientation data 同上、被検体側の体腔内特徴点をボクセル空間へ写像する様子を示す説明図The same as above, an explanatory view showing a state in which the feature point in the body cavity on the subject side is mapped to the voxel space 同上、画像指標作成回路により画像指標データが作成される様子を示す説明図As above, an explanatory diagram showing how image index data is created by the image index creating circuit 同上、挿入形状作成回路により作成される挿入形状データが作成される様子を示す説明図As above, an explanatory diagram showing how the insertion shape data created by the insertion shape creation circuit is created 同上、3次元人体画像データを示す説明図Explanatory drawing showing 3D human body image data 同上、合成回路により画像指標データと挿入形状データとが合成メモリ内のボクセル空間に埋められていく様子を示す説明図As above, an explanatory diagram showing a state in which the image index data and the insertion shape data are embedded in the voxel space in the synthesis memory by the synthesis circuit. 同上、被検体の腹側から観察した場合の3次元ガイド画像データを示す説明図As above, an explanatory diagram showing three-dimensional guide image data when observed from the ventral side of the subject 同上、超音波断層像と同じ向きから観察した場合の3次元ガイド画像データを示す説明図As above, an explanatory diagram showing three-dimensional guide image data when observed from the same direction as the ultrasonic tomographic image 同上、表示装置に表示される3次元ガイド画像及び超音波断層像を示す図The figure which shows a three-dimensional guide image and an ultrasonic tomogram displayed on a display apparatus as above. 同上、全体的な処理内容を示すフローチャートSame as above, flowchart showing overall processing 同上、図17における参照画像上での体表特徴点、体腔内特徴点指定処理の具体的な処理内容を示すフローチャートFlowchart showing specific processing contents of body surface feature point and body cavity feature point designation processing on reference image in FIG. 同上、図17における補正値算出処理の具体的な処理内容を示すフローチャートSame as above, a flowchart showing specific processing contents of the correction value calculation processing in FIG. 同上、図19における処理の説明図Same as above, explanatory diagram of processing in FIG. 同上、図17における超音波断層像・3次元ガイド画像作成/表示処理の具体的な処理内容を示すフローチャートThe flowchart showing the specific processing contents of the ultrasonic tomographic image / three-dimensional guide image creation / display processing in FIG. 同上、3次元人体画像データの回転・移動を示す説明図Explanatory drawing showing rotation / movement of 3D human body image data 同上、キーの組み合わせと参照画像データとの対応を示す説明図As above, an explanatory diagram showing correspondence between key combinations and reference image data 本発明の第2の実施の形態に係り、3次元人体画像データの合成・変形を示す説明図Explanatory drawing which shows composition and modification of 3D human body image data according to the second embodiment of the present invention. 同上、キーの組み合わせと3次元人体画像データとの対応を示す説明図Same as above, explanatory diagram showing correspondence between key combinations and 3D human body image data 同上、画像処理装置の構成を示すブロック図As above, a block diagram showing the configuration of the image processing apparatus

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波診断装置
2 超音波内視鏡
3 光学観察装置
4 超音波観測装置
5 位置配向算出装置
11 画像処理装置
12 マウス
13 キーボード
18a 十二指腸球部キー
18b 十二指腸下降脚キー
19a PUSHキー
19b PULLキー
29 超音波振動子アレイ
29a 超音波振動子
55 参照画像記憶部
57 3次元人体画像作成回路
60 3次元画像作成回路
63 制御回路
66 走査制御キー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic diagnostic apparatus 2 Ultrasound endoscope 3 Optical observation apparatus 4 Ultrasonic observation apparatus 5 Position orientation calculation apparatus 11 Image processing apparatus 12 Mouse 13 Keyboard 18a Duodenal bulb part key 18b Duodenum descending leg key 19a PUSH key 19b PULL key 29 Ultrasonic transducer array 29a Ultrasonic transducer 55 Reference image storage unit 57 3D human body image creation circuit 60 3D image creation circuit 63 Control circuit 66 Scan control key

Claims (9)

生体の体腔内へ挿入し、超音波を走査して超音波断層像を作成するための超音波信号を得る細長の超音波プローブと、
前記超音波信号に基づき超音波断層像を作成する超音波断層像作成部と、
前記超音波断層像の位置および/または配向を検出する検出部と、
前記超音波プローブの生体内における走査情報を選択する超音波プローブ情報選択部と、
臓器、器官または組織を関心領域として、当該関心領域が通常の状態である第1の状態にあるときの当該関心領域に係る複数の状態の各々に対応した第1の複数の画像データ群と、当該関心領域が、臓器が変形または移動された第2の状態にあるときの当該関心領域に係る複数の状態の各々に対応した第2の複数の画像データ群と、により構成される参照データを保持する参照データ保持部と、
前記位置および/または配向を用いて、前記参照データに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置および/または配向のガイド画像を作成するガイド画像作成部と、
前記ガイド画像を表示する表示部と、
前記超音波プローブ情報選択部で選択した前記超音波プローブの生体内における走査情報に基づき、当該超音波プローブにより影響を受ける関心領域が前記第1の状態または前記第2の状態にあるかを判定すると共に当該関心領域が前記複数の状態のうちいずれの状態にあるかを選択する状態選択部と、
を具備し、
前記ガイド画像作成部は、前記状態選択部により選択された前記関心領域の状態に対応した画像データを前記第1の複数の画像データ群または前記第2の複数の画像データ群から取得し、当該取得した画像データに基づいて前記ガイド画像を作成する
ことを特徴とする超音波診断装置。
An elongated ultrasonic probe that is inserted into a body cavity of a living body and obtains an ultrasonic signal for creating an ultrasonic tomographic image by scanning ultrasonic waves;
An ultrasonic tomographic image creating unit for creating an ultrasonic tomographic image based on the ultrasonic signal;
A detection unit for detecting the position and / or orientation of the ultrasonic tomogram;
An ultrasonic probe information selection unit for selecting scanning information of the ultrasonic probe in the living body;
A plurality of first image data groups corresponding to each of a plurality of states related to the region of interest when the region of interest is in a first state, which is a normal state, with the organ, organ or tissue as a region of interest; Reference data constituted by a plurality of second image data groups corresponding to each of a plurality of states related to the region of interest when the region of interest is in a second state where the organ is deformed or moved. A reference data holding unit to hold,
A guide image creation unit that creates a guide image of the anatomical position and / or orientation of the ultrasonic tomogram based on the reference data using the position and / or orientation;
A display unit for displaying the guide image;
Based on the in-vivo scanning information of the ultrasound probe selected by the ultrasound probe information selection unit, it is determined whether the region of interest affected by the ultrasound probe is in the first state or the second state. And a state selection unit that selects which state of the plurality of states the region of interest has,
Comprising
The guide image creation unit acquires image data corresponding to the state of the region of interest selected by the state selection unit from the first plurality of image data groups or the second plurality of image data groups, and Create the guide image based on the acquired image data
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記走査情報は、前記超音波プローブの生体内における位置、移動方向または移動軌跡の何れかに係る情報であることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the scanning information is information related to any one of a position, a moving direction, and a moving locus of the ultrasonic probe in a living body . 前記超音波プローブの生体内における位置、移動方向または移動軌跡の何れかに係る情報を選択するための条件を入力する条件入力部を備え、
前記超音波プローブ情報選択部は、前記条件入力部から入力された前記条件によって前記超音波プローブの生体内における位置、移動方向または移動軌跡の何れかに係る情報を選択することを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。
A condition input unit for inputting a condition for selecting information related to any of the position, movement direction, or movement locus of the ultrasonic probe in the living body;
The ultrasonic probe information selection unit selects information related to any one of a position, a moving direction, and a moving locus of the ultrasonic probe in a living body according to the condition input from the condition input unit. Item 3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to Item 2 .
前記超音波プローブの生体内における位置は、食道、胃、十二指腸、十二指腸球部、十二指腸下降脚若しくは十二指腸横行脚のうちの何れか、または、これらの何れかの特定の部分であることを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。 The position of the ultrasonic probe in the living body is any one of the esophagus, stomach, duodenum, duodenal bulb, duodenal descending leg or duodenal transverse leg, or any specific part of these. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2 . 前記移動方向は、前記超音波プローブを前記生体の体腔内で引き抜く方向または押し込む方向であることを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2, wherein the moving direction is a direction in which the ultrasonic probe is pulled out or pushed in the body cavity of the living body . 前記参照データは、前記関心領域を含む複数の部分モデル画像データから構成されることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the reference data includes a plurality of partial model image data including the region of interest . 前記複数の部分モデル画像データのうちの特定の部分モデル画像データが前記関心領域の複数の状態の各々に対応した複数の画像データからなり、
前記ガイド画像作成部は、前記特定の部分モデル画像データに前記状態選択部により選択された前記状態に対応する画像データを用い、この画像データを含む前記複数の部分モデル画像データから構成された参照データに基づき、前記ガイド画像を作成することを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装置。
Specific partial model image data of the plurality of partial model image data includes a plurality of image data corresponding to each of a plurality of states of the region of interest,
The guide image creation unit uses image data corresponding to the state selected by the state selection unit as the specific partial model image data, and a reference composed of the plurality of partial model image data including the image data The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6, wherein the guide image is created based on data .
生体の体腔内へ挿入し、超音波を走査して超音波断層像を作成するための超音波信号を得る細長の超音波プローブを備え、
前記複数の状態が、前記超音波プローブにより生じる前記臓器の変形もしくは移動もしくは回転の前後の状態であり、
前記特定の部分モデル画像データが前記臓器の変形もしくは移動もしくは回転の前後の状態の各々に対応した複数の画像データであることを特徴とする請求項7に記載の超音波診断装置。
Equipped with a slender ultrasonic probe that is inserted into the body cavity of a living body and obtains an ultrasonic signal for creating an ultrasonic tomogram by scanning ultrasonic waves,
The plurality of states are states before and after deformation or movement or rotation of the organ caused by the ultrasonic probe,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 7, wherein the specific partial model image data is a plurality of image data corresponding to states before and after deformation, movement, or rotation of the organ .
生体の体腔内へ挿入し、超音波を走査して超音波断層像を作成するための超音波信号を得る細長の超音波プローブを備え、
前記複数の状態が前記超音波プローブにより生じる前記臓器の変形の前後の状態であり、
前記特定の部分モデル画像データが前記臓器の変形の前後の状態の各々に対応した複数の画像データであり、
前記臓器の前記変形の後の状態に対応した画像データが前記臓器の回転前の状態の画像データと回転後の状態の画像データとを合成した画像データであることを特徴とする請求項7に記載の超音波診断装置。
Equipped with a slender ultrasonic probe that is inserted into the body cavity of a living body and obtains an ultrasonic signal for creating an ultrasonic tomogram by scanning ultrasonic waves,
The plurality of states are states before and after deformation of the organ caused by the ultrasonic probe,
The specific partial model image data is a plurality of image data corresponding to respective states before and after the deformation of the organ;
8. The image data corresponding to the post-deformation state of the organ is image data obtained by combining the pre-rotation state image data and the post-rotation state image data. The ultrasonic diagnostic apparatus as described .
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