JP2000023981A

JP2000023981A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2000023981A
Application number: JP10199255A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ono; 正弘大野; Hiroshige Kodama; 啓成児玉; Ichiro Odate; 一郎大舘; Toshiaki Ishimura; 寿朗石村; Tomonao Kawashima; 知直川島; Sumihiro Uchimura; 澄洋内村; Takeshi Kawabata; 健川端; Jun Hasegawa; 潤長谷川; Hideki Koyanagi; 秀樹小柳
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-25
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP4136089B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波内視鏡を構成する金属部品による磁界
の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正確な位
置及び配向の算出を行う。【解決手段】磁気ソース８が発生した磁場は、金属部
材よりなる硬性部３により歪む。そこで、位置検出装置
１９は、この歪んだ磁場による磁気センサ１６からの磁
場検出信号を予め記憶している重み付け係数により補正
する補正回路２１と、補正回路２１により補正された磁
場検出信号に基づき磁気ソース８の位置と配向を算出す
る位置算出回路２２と、磁気ソース８に電流を供給する
電流発生器２３とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置、更
に詳しくは超音波内視鏡の先端位置を検出するための磁
場検出データの処理部分に特徴のある超音波診断装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波振動子を有する超音波内視
鏡を体腔内に挿入して、上記超音波振動子から超音波を
送受波し、そのエコー信号から体内の状態を描画するこ
とによって診断を行なう超音波画像診断装置が一般的に
使用されている。

【０００３】このような超音波画像診断装置における超
音波内視鏡は、通常、フレキシブルシャフトの先端に超
音波振動子を設け、その外周を円筒状のシースで覆うよ
うに構成されている。

【０００４】そして、フレキシブルシャフトを介して超
音波振動子を回転させることによって、放射方向に超音
波を照射するようにしたラジアルスキャン方式のもの
や、フレキシブルシャフト及び超音波振動子を挿入軸方
向に移動させることで、フレキシブルシャフトの軸方向
と直交する方向に超音波を照射するようにしたリニアス
キャン方式のもの、上述のラジアルスキャン方式のもの
とリニアスキャン方式のものを組み合わせたスパイラル
スキャン方式（三次元方式）のもの等が種々提案されて
いる。

【０００５】上記スパイラルスキャン方式のものは、ラ
ジアルスキャンを行ないながら同時にリニアスキャンを
行なうようにしたものであるので、連続した複数の超音
波断層像を得ることができるようになっている。そし
て、これによって得られるエコーデータ（画像データ）
に対して何らかの処理を施して三次元画像データを得る
ようにしている。

【０００６】この種の超音波画像診断装置は、通常、被
検部位のエコーデータを連続した複数の二次元画像の超
音波断層像として取り込み、この取り込まれたエコーデ
ータから被検部位の三次元画像を構築し表示するように
している。

【０００７】ところが、三次元画像を構築する上記超音
波画像診断装置においては、一般に、リニアスキャン
は、術者の手による超音波内視鏡の挿抜によって行われ
るため、リニアスキャンにおける先端部の位置が不正確
となり、また湾曲した体腔内ではラジアルスキャンの向
きが分からないため、正確な三次元画像を構築すること
ができないといった問題がある。

【０００８】そこで、例えば特開平６−２６１９００号
公報においては、先端部にコイルからなる磁気ソースを
設け、この磁気ソースからの磁場を外部に設けた磁気セ
ンサにて検出し、リニアスキャンおける超音波振動子の
軸方向の位置及びラジアルスキャンおけるスキャン面の
向きを算出することで、正確な三次元画像を構築するこ
とのできる超音波画像診断装置が提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−２６１９００号公報においては、磁気ソースを
挿入部先端に設けているが、一般に挿入部先端には金属
部材よりなる硬性部が設けられており、この金属部材よ
りなる硬性部の近傍に磁気ソースを設けると、金属部材
よりなる硬性部の影響で、磁気ソースから発せられる磁
界が歪み、正確な位置及び配向が算出できないという問
題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、超音波内視鏡を構成する金属部品による磁界の
歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正確な位置
及び配向が算出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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断装置
は、磁場を発生する送信コイルと、前記送信コイルが発
生する磁場を検出する受信コイルとを具備し、前記送信
コイル及び前記受信コイルのうちいずれか一方が超音波
内視鏡の先端に配置され、前記受信コイルが検出した検
出信号により前記超音波内視鏡の先端の位置を算出する
位置算出手段を備えた超音波診断装置において、前記超
音波内視鏡を構成する金属部品によって生じる磁場に歪
みによる前記受信コイルの検出信号の変化を補正する補
正手段を備えて構成される。

【００１２】本発明の超音波診断装置では、前記補正手
段が前記超音波内視鏡を構成する金属部品によって生じ
る磁場に歪みによる前記受信コイルの検出信号の変化を
補正することで、超音波内視鏡を構成する金属部品によ
る磁界の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正
確な位置及び配向の算出を可能とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。

【００１４】図１ないし図５は本発明の一実施の形態に
係わり、図１は超音波内視鏡の先端の構成を示す断面
図、図２は図１の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置
の構成を示す構成図、図３は図２の位置検出装置の構成
を示す構成図、図４は図３の補正回路に予め記憶されて
いる重み付け係数を説明する第１の説明図、図５は図３
の補正回路に予め記憶されている重み付け係数を説明す
る第２の説明図である。

【００１５】（構成）超音波内視鏡１は、図１に示すよ
うに、挿入部２の先端に金属部材よりなる硬性な硬性部
３を有し、この硬性部３の先端には一体的に連設された
シース４が設けられている。そして、このシース４には
超音波振動子５が挿入部２及び硬性部３を挿通している
フレキシブルシャフト６に回転自在に連結され状態で配
置され、シース４の内部には超音波伝達媒体７が充填さ
れている。また、硬性部３には例えば直交する２つの軸
方向に磁場を発生する磁気ソース８が内蔵されている。

【００１６】本実施の形態の超音波診断装置１１は、図
２に示すように、上記超音波内視鏡１と、この超音波内
視鏡１の超音波振動子５及びフレキシブルシャフト６を
駆動すると共に超音波振動子５からのエコーデータによ
り３次元の超音波画像を形成しモニタ１２に３次元超音
波画像を表示させる超音波画像形成装置１３と、超音波
内視鏡１の挿入部２が体腔内に挿入される患者１４が横
になるベッド１５に設けられた超音波内視鏡１の硬性部
３の磁気ソース８が発生した磁場を検出する複数例えば
１６個のコイルからなる磁気センサ１６と、磁気ソース
８に電流を供給し磁場を発生させると共に磁気センサ１
６からの磁場検出信号を入力し磁気ソース８の位置と向
きを算出する位置検出装置１９と、各装置を制御し位置
検出装置１９により得られた磁気ソース８の位置と配向
に基づいた３次元超音波画像を超音波画像形成装置１３
に形成させるパーソナルコンピュータ（以下、パソコン
と記す）２０とを備えて構成される。

【００１７】図３に示すように、磁気ソース８が発生し
た磁場は、金属部材よりなる硬性部３により歪む。そこ
で、位置検出装置１９は、この歪んだ磁場による磁気セ
ンサ１６からの磁場検出信号を予め記憶している重み付
け係数により補正する補正回路２１と、補正回路２１に
より補正された磁場検出信号に基づき磁気ソース８の位
置と配向を算出する位置算出回路２２と、磁気ソース８
に電流を供給する電流発生器２３とを備えて構成され
る。

【００１８】次に、補正回路２１に予め記憶されている
重み付け係数について説明する。超音波診断装置１１
は、例えば工場出荷前に、図４に示すような非磁性材料
で作成されたアーム３１と、このアーム３１の基端側を
固定しアーム３１を３次元的に移動させるＸＹＺステー
ジ３２とからなるテスト治具３３を用いてテストされ、
重み付け係数が決定され、補正回路２１に重み付け係数
データが格納される。

【００１９】詳細には、図５に示すように、ステップＳ
１で、まず、アーム３１の先端に磁気ソース８と同様に
構成されたテストソース８ａを配置する。なお、このテ
ストソース８ａは、金属部材よりなる硬性部３に組み込
まれることなく単体で配置される。そして、このテスト
ソース８ａ及び磁気センサ１６を位置検出装置１９に接
続し、テストソース８ａに電流発生器２３より電流を供
給することで磁場を発生させる。このとき、アーム３１
の先端に取り付けられたテストソース８ａは、ＸＹＺス
テージ３２により被検体検査対象領域の３次元空間上
（ベッド１５上）の仮想的な複数の所定の格子点に順次
移動される。なお、この仮想格子点の位置は予め計算さ
れており、ＸＹＺステージ３２により正確にテストソー
ス８ａを仮想格子点に位置させることができるようにな
っている。

【００２０】そして、ステップＳ２で各仮想格子点でテ
ストソース８ａから発生した磁場を磁気センサ１６の各
コイルで各電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出さ
れ位置検出装置１９に入力され、ステップＳ３で補正回
路２１を介して位置算出回路２２でテストソース８ａの
位置と配向が推定され、各仮想格子点における推定され
た位置データ及び配向データ全てを各仮想格子点に対応
させて基準データとして、全ての仮想格子点毎にパソコ
ン２０が内部メモリに格納する。なお、補正回路２１で
は重み付け係数値として初期値である「１」を電圧信号
Ｖ_iに乗算しているために、このときは電圧信号Ｖ_iがそ
のまま位置算出回路２２に出力される。

【００２１】次に、ステップＳ４でテストソース８ａを
アーム３１より取り外し、超音波内視鏡１の挿入部２を
アーム３１内に挿通し、テストソース８ａが配置されて
いた位置に超音波内視鏡１の先端部（すなわち、硬性部
３）を位置させる。そして、テストソース８ａに変えて
硬性部３に配置させている磁気ソース８を位置検出装置
１９に接続し、磁気ソース８に電流発生器２３より電流
を供給することで磁場を発生させる。このときも磁気ソ
ース８は、アーム３１及びＸＹＺステージ３２により空
間上（ベッド１５上）の複数の仮想格子点に順次移動さ
れる。

【００２２】そして、ステップＳ５で各仮想格子点で磁
気ソース８から発生した磁場を磁気センサ１６の各コイ
ルで各電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出され位
置検出装置１９に入力され、ステップＳ６で補正回路２
１において各仮想格子点での電圧信号Ｖ_iが記憶され、
重み付け係数ω_iを電圧信号Ｖ_iに乗算し、ステップＳ７
で位置算出回路２２でω_i×Ｖ_iにより磁気ソース８の位
置と配向が推定される。なお、このときは補正回路２１
では重み付け係数ω_iとして初期値である「１」を電圧
信号Ｖ_iに乗算しているために、電圧信号Ｖ_iがそのまま
位置算出回路２２に出力される。

【００２３】続いて、ステップＳ８で、パソコン２０で
各仮想格子点における推定された位置データ及び配向デ
ータを測定データとし、この測定データと内部メモリに
格納してある各仮想格子点に対応した基準データとを比
較し、各仮想格子点におけるすべての測定データと基準
データとの差が所定の誤差δ未満かどうか判断し、誤差
δ以上ならば、ステップＳ９で可変させた重み付け係数
ωｉを補正回路２１に出力し、ステップＳ６に戻る。

【００２４】そして、再びステップＳ６において、補正
回路２１でこの可変させた重み付け係数ω_iを電圧信号
Ｖ_iに乗算し位置算出回路２２に出力し、ステップＳ７
で位置算出回路２２で再度ω_i×Ｖ_iにより磁気ソース８
の位置と配向が推定される。そして、ステップＳ８で再
び補正された測定データと内部メモリに格納してある各
仮想格子点に対応した基準データとを比較し、各仮想格
子点における差が所定の誤差δ未満かどうか判断する。
このようにステップＳ６〜Ｓ９を繰り返すことで重み付
け係数ω_iを可変して、ステップＳ１０で磁気ソース８
での磁場の検出信号である電圧信号Ｖ_iにより基準デー
タ（誤差δを含む）を算出するための、磁気センサ１６
の各電圧信号Ｖ_iに対する各重み付け係数ω_iが決定され
る。電圧信号Ｖ_iに対応させてパソコン２０が内部メモ
リに各重み付け係数ω_iを格納する。

【００２５】このように決定された重み付け係数ω
_iが、磁気ソース８での磁場での磁気センサ１６のテー
ブルデータとして補正回路２１に記憶されている。

【００２６】（作用）このように構成された本実施の形
態の作用について説明する。ベッド１５に横になってい
る患者１４の体腔内に超音波内視鏡１の挿入部２を挿入
し、パソコン１０の制御の基に、超音波画像形成装置１
３により超音波内視鏡１の先端に設けられた超音波振動
子５及びフレキシブルシャフト６を駆動しラジアルスキ
ャンすると共に超音波内視鏡１の挿入部２を挿抜しリニ
アスキャンすることでスパイラルスキャンにより３次元
超音波画像を形成する。

【００２７】このとき、位置検出装置１９は、電流発生
器２３より超音波内視鏡１の金属部材よりなる硬性部３
に設けられた磁気ソース８に電流を供給し磁気ソース８
により磁場を発生させる。そして、この磁場をベッド１
５の所定の位置に配置されている磁気センサ１６の１６
個のコイルにより電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として
位置検出装置１９の補正回路２１に入力される。

【００２８】補正回路２１では、金属部材よりなる硬性
部３の磁場への影響を補正するため、検出された電圧信
号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）に対して、予め格納されている
重み付け係数ωｉを乗算しω_i×Ｖ_iを位置算出回路２２
に出力し、位置算出回路２２はこのω_i×Ｖ_iにより超音
波内視鏡１の先端の位置データ及び配向データを算出す
る。

【００２９】そして、パソコン２０は、この算出された
超音波内視鏡１の先端の位置データ及び配向データに基
づいた３次元超音波画像を形成するように超音波画像形
成装置１３を制御しこれにより、超音波画像形成装置１
３は、正確な３次元超音波画像をモニタ１２に表示す
る。

【００３０】（効果）このように本実施の形態では、金
属部材よりなる硬性部３に配置された磁気ソース８から
発せられた磁場を、磁気センサ１６の各コイルで電圧信
号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出し、この電圧信号Ｖ_i
（ｉ＝１〜１６）に補正回路２１で予め算出されている
重み付け係数ω_iを乗算し補正し、位置算出回路２２で
この補正された電圧信号ω_i×Ｖ_iにより、超音波内視鏡
１の先端の位置データ及び配向データを算出するので、
被検体検査対象領域の３次元空間内において、磁気ソー
ス８から発せられる磁場を歪ませる、磁気ソース８が配
置された金属部材よりなる硬性部３の影響を除去するこ
とができ、これにより超音波画像形成装置１３は正確な
３次元超音波画像をモニタ１２に表示することができ
る。

【００３１】なお、上記実施の形態では超音波内視鏡１
の先端に磁場を発生する磁気ソースを設け、それを磁気
センサで検出するとしたが、超音波内視鏡１の先端に磁
気センサを設け、外部から磁場を発生させる場合におい
ても本実施の形態が適用できることはいうまでもない。

【００３２】［付記１］（付記項１−１）磁場を発生する送信コイルと、前記送
信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具備
し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか
一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイル
が検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位
置を算出する位置算出手段を備えた超音波診断装置にお
いて、前記超音波内視鏡を構成する金属部品によって生
じる磁場に歪みによる前記受信コイルの検出信号の変化
を補正する補正手段を備えたことを特徴とする超音波診
断装置。

【００３３】（付記項１−２）前記補正手段は、前記
受信コイルの検出信号に重み係数を乗算することにより
補正することを特徴とする付記項１−１に記載の超音波
診断装置。

【００３４】ところで、例えば特開平６−２６１９００
号公報やＷＯ９６／０５７６８では、超音波内視鏡等の
先端に直交する３軸に沿った３つのコイルにより磁気ソ
ースを形成し、この磁気ソースからの磁場を検出するこ
とで、超音波内視鏡の先端の位置を算出し３次元超音波
画像を得ているが、この磁気ソースの各コイルを直交す
る軸に正確に位置させることは難しく、各コイルに軸ず
れがあると、超音波内視鏡の先端の位置を正確に算出す
ることができず、３次元画像が歪むという問題がある。

【００３５】そこで、次に各コイルに軸ずれがあっても
正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのでき
る超音波診断装置について説明する。

【００３６】図６ないし図８は各コイルに軸ずれがあっ
ても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することの
できる第１の実施の形態に係わり、図６は超音波内視鏡
の先端の構成を示す断面図、図７は図６の超音波内視鏡
を備えた超音波診断装置の構成を示す構成図、図８は図
７の磁気センサの構成を示す構成図、図９は図７のＲＯ
Ｍの格納されている補正データを説明する説明図であ
る。

【００３７】（構成）超音波内視鏡１０１は、図６に示
すように、挿入部１０２の先端に硬性な硬性部１０３を
有し、この硬性部１０３の先端には一体的に連設された
シース１０４が設けられている。そして、このシース１
０４には超音波振動子１０５が挿入部１０２及び硬性部
１０３を挿通しているフレキシブルシャフト１０６に回
転自在に連結され状態で配置され、シース１０４の内部
には超音波伝達媒体７１０が充填されている。また、硬
性部１０３には直交する２つの軸に沿って配置された磁
場を発生する２つの送信コイル１０８ａ、１０８ｂから
なる磁気ソース１０８が内蔵されている。

【００３８】本実施の形態の超音波診断装置１１１は、
図７に示すように、上記超音波内視鏡１０１と、この超
音波内視鏡１０１の超音波振動子５及びフレキシブルシ
ャフト６を駆動すると共に超音波振動子５からのエコー
データにより３次元の超音波画像を形成しモニタ１１２
に３次元超音波画像を表示させる超音波画像処理装置１
１３と、超音波内視鏡１０１の磁気ソース１０８が発生
した磁場を検出する複数例えば直交する３軸に沿って設
けられた３つの受信コイル１１４ａ、１１４ｂ，１１４
ｃからなる磁気センサ１１５（図８参照）と、超音波画
像処理装置１１３の制御により磁気ソース１０８に電流
を供給し磁場を発生させる電流発生器１１６と、磁気セ
ンサ１１５からの磁場検出信号を入力し磁気ソース１０
８の位置を算出する位置検出装置１１７と、位置検出装
置１１７が算出した位置データをＲＯＭ１１８に予め格
納されている補正データにより補正し超音波画像処理装
置１１３に出力する補正装置１１９とを備えて構成さ
れ、超音波画像処理装置１１３は、補正装置１１９から
の補正された位置データに基づき超音波振動子５からの
エコーデータにより３次元の超音波画像を形成しモニタ
１１２に３次元超音波画像を表示させる。

【００３９】次に、ＲＯＭ１１８の格納されている補正
データについて説明する。図９は実際の空間上に設けら
た仮想的な１００³の格子点を有する立方体である。例
えば、ここで格子間隔は１ｍｍとする。工場出荷時に磁
気センサ１１５を所定の位置に固定し、磁気ソース１０
８の中心を順次、この格子点の各々の位置に配置する。
このとき、磁気ソース１０８の中心をなるべく正確に格
子点に配置する必要があるが、例えばレーザ測距計を用
いたり、磁場を乱さない材質からなるステージ等の測定
器を用いることで、磁気ソース１０８の中心を正確に格
子点に配置している。

【００４０】そして、磁気ソース１０８の中心が格子点
ｉ（ｉ＝１〜１００³）に位置され、この格子点の座標
データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を上記の測定器により正確
に測定すると共に、電流発生器１１６より磁気ソース１
０８に電流を供給し磁場を発生させ、この磁場を磁気セ
ンサ１１５が検出し、この検出信号により位置検出装置
１１７が位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を算出する。

【００４１】このようにして、測定器により正確に測定
された座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に対応した位置
検出装置１１７が算出した位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、
ｚ_i）が得られ、ＲＯＭ１１８には全ての格子点での座
標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）と位置データｒ_i（ｘ_i、
ｙ_i、ｚ_i）との対応が、表１に示すようなテーブル形式
の補正データが格納される。

【００４２】

【表１】（作用）次に、このように構成された本実施の形態の作
用について説明する。

【００４３】体腔内に超音波内視鏡１０１の挿入部１０
２を挿入し、超音波画像処理装置１１３により超音波内
視鏡１０１の先端に設けられた超音波振動１０子５及び
フレキシブルシャフト１０６を駆動しラジアルスキャン
すると共に超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を挿抜し
リニアスキャンすることでスパイラルスキャンにより３
次元超音波画像を形成する。

【００４４】このとき、電流発生器１１６より超音波内
視鏡１０１の磁気ソース１０８に電流を供給し磁気ソー
ス１０８により磁場を発生させる。そして、この磁場を
所定の位置に配置されている磁気センサ１１５により磁
場の強度を検出し、位置検出装置１１７において検出し
た磁場の強度から、磁気ソース１０８及び磁気センサ１
１５の各コイルが軸ずれすることなく正確に直交してい
るものとして、理論的な位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を
算出し補正装置１１９にこの位置データｒ（ｘ、ｙ、
ｚ）を出力する。

【００４５】補正装置１１９では、ＲＯＭ１１８に格納
されているテーブル形式の補正データ（表１参照）を読
み込み、位置検出装置１１７から順次出力される位置デ
ータｒ（ｘ、ｙ、ｚ）が、テーブル形式の補正データ中
のどの位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に最も近いか判
断し、最も近い位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に対応
する座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を、順次出力され
る位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を補正した位置データ
ｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）として超音波画像処理装置１１３に
出力し、超音波画像形成装置１１３は、正確な３次元超
音波画像をモニタ１１２に表示する。

【００４６】このとき、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）が
テーブル形式の補正データ中のどの位置データｒ
_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に最も近いかの判断は、以下の式
（１）により行う。

【００４７】

【数１】（効果）このように本実施の形態では、磁気ソース１０
８から発せられた磁場を磁気センサ１１５で検出し、位
置検出装置１１７が算出した位置データｒ（ｘ、ｙ、
ｚ）を補正装置１１９で補正データにより座標データＲ
_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に変換して、補正した正確な位置デ
ータｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）として超音波画像処理装置１１
３に出力するので、たとえ磁気ソース１０８あるいは磁
気センサ１１５の各コイルが軸ずれしていても、正確な
正確な位置データｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）が超音波画像処理
装置１１３に出力されるので、正確な３次元超音波画像
をモニタ１１２に表示することができる。

【００４８】なお、上記実施の形態では超音波内視鏡１
０１の先端に磁場を発生する磁気ソースを設け、それを
磁気センサで検出するとしたが、超音波内視鏡１０１の
先端に磁気センサを設け、外部から磁場を発生させる場
合においても本実施の形態が適用できることはいうまで
もない。

【００４９】図１０及び図１１は各コイルに軸ずれがあ
っても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出すること
のできる第２の実施の形態に係わり、図１０は補正装置
における線形内挿による推定式を説明する第１の説明
図、図１１は図１０により説明した推定式の第２の説明
図である。

【００５０】（構成）本実施の形態は、図６ないし図９
で説明した各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内
視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の
形態の構成と同じであり、補正装置１１９における補正
動作が異なるのみであるので、異なる点のみ説明する。

【００５１】（作用）図６ないし図９で説明した実施の
形態では、位置検出装置１１７が算出した位置データｒ
（ｘ、ｙ、ｚ）を補正装置１１９で補正データにより座
標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に変換して、補正した正
確な位置データｒ’（ｒ’＝Ｒｉ）としていたが、本実
施の形態では、複数の格子点での位置データｒ_i（ｘ_i、
ｙ_i、ｚ_i）を基に、位置検出装置１１７から順次出力さ
れる位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の正確な座標データ
Ｒ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を推定し、この座標データ
Ｒ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を超音波画像処理装置１１３
に出力するものである。

【００５２】詳細には、まず、位置検出装置１１７から
順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、
ＲＯＭ１１８に格納されているテーブル形式の補正デー
タ（表１参照）の中の位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）
のうち最も近い順から４つの格子点の位置データｒ
_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を抽出する。なお、近いか否かの判
断は、式（１）により行う。

【００５３】次に、抽出した４つの格子点の番号を位置
データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に近い順から、ｉ＝０、１、
２、３と付け直す。

【００５４】そして、位置検出装置１１７から順次出力
される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）と、抽出された４つ
の格子点の位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）（ｉ＝０、
１、２、３）及びこの４つの正確な座標データ座標デー
タｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）（ｉ＝０、１、２、３）とか
ら、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の正確な座標データ
Ｒ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を推定する。

【００５５】具体的には、この座標データＲ’（Ｘ’、
Ｙ’、Ｚ’）を以下の式（２）ないし式（５）による線
形内挿により推定する。

【００５６】

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】なお、式（５）でのベクトルｒ、ｒ₀、ｒ₁、ｒ₂、ｒ
₃は、３行１列の列ベクトルとして扱う。従って、［ｒ₁
−ｒ₀ ｒ₂−ｒ₀ ｒ₃−ｒ₀］は３行３列の行列で
ある。

【００５７】そして、得られた座標データＲ’（Ｘ’、
Ｙ’、Ｚ’）を、位置検出装置１１７から順次出力され
る位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する補正された正
確な位置データとして超音波画像処理装置１１３に出力
する。

【００５８】一般に、ｎ次元空間Ｖで定義された連続関
数ｆ上の値ｆ（ｒ）を、ｆ上の複数の既知データｆ（ｒ
₀）、ｆ（ｒ₁）、ｆ（ｒ₂）、ｆ（ｒ₃）、……から線形
内挿して推定する際には、ｎ＋１個のデータｆ（ｒ_i）
（ｉ＝０〜ｎ）があれば推定することができる。このと
き、推定値をｆ’（ｒ）として、以下の式（６）及び式
（７）のように書くことができ、本実施の形態での式
（２）ないし（５）はこの式（６）及び式（７）を応用
したものである。

【００５９】

【数６】

【数７】式（６）及び式（７）の導出方法の詳細は省略するが、
概略は以下の通りである。簡単のためｎ＝２の場合で説
明する。

【００６０】図１０に２次元空間（従って平面）Ｖ上で
定義された連続関数ｆを示す。これは式（６）でのｎ＝
２の場合に相当する。ここで、ｆを示す軸を含めた３
（ｎ＋１）次元空間を考える。Ｖ上の３点ｒ₀、ｒ₁、ｒ
₂は、対応する関数値ｆ（ｒ₀）、ｆ（ｒ₁）、ｆ（ｒ₂）
を含め、この３次元空間上では図９に示す点Ｐ₀、Ｐ₁、
Ｐ₂と表現することができる。ここで、ｆ（ｒ）を線形
内挿により推定するということは、Ｖ上の点ｒに対応す
る点Ｐが平面Ｐ₀Ｐ₁Ｐ₂上に存在すると仮定して、その
推定値ｆ’（ｒ）を求めることである。これを定式化す
ると、以下の式（８）及び式（９）のようになる。

【００６１】ｒが平面Ｖ上に存在する：

【数８】Ｐが平面Ｐ₀Ｐ₁Ｐ₂上に存在する：

【数９】ｒ₁−ｒ₀、ｒ₂−ｒ₀が１次独立（ｎ＝２の場合、ｒ₀、
ｒ₁、ｒ₂が１直線上に存在しない）であるようなデータ
であることを仮定すると、Ｃ_i＝Ｃ_i’が導かれる。結
局、式（８）、式（９）を解いて成分の１つであるｆ’
（ｒ）を求めることで、式（６）、式（７）が導かれ、
ｆ（ｒ）の推定が可能となる。

【００６２】次に、式（６）、式（７）を確かめるた
め、図１１に示すような連続関数が１次元空間（ｘ軸
上）で定義されているような場合を考える。ｎ＝１とお
けばよいわけであるから、この場合は、以下のように書
くことができる。

【００６３】

【数１０】ｆ’（ｘ）＝ｆ（ｘ₀）＋Ｃ（ｆ（ｘ₁）−ｆ（ｘ₀）） …（１０）そして、ｎ＝１のときの式（７）を式（１０）に代入し
てＣを消去すると、

【数１１】となり、これは一般の連続関数の線形内挿の式となる。

【００６４】（効果）このように本実施の形態では、図
６ないし図９で説明した各コイルに軸ずれがあっても正
確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる
第１の実施の形態では、格子間隔以下の刻みの補正され
た位置データを得ることはできなかったが、線形内挿し
て座標データを推定するようにしたので、格子間隔以下
の細かいデータを取得することができる。

【００６５】また、格子間隔以下の細かいデータを取得
することができるため、格子間隔を広げ格子点を少なく
することで、工場出荷時の補正データ作成のための工数
を削減できる。あるいは格子全体を大きくし、補正が可
能な領域を広げることも容易である。

【００６６】図１２は各コイルに軸ずれがあっても正確
に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第
３の実施の形態に係る補正装置における格子点抽出方法
を説明する説明図である。

【００６７】（構成）本実施の形態は、図６ないし図９
で説明した各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内
視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の
形態の構成と同じであり、ＲＯＭ１１８に格納されてい
るテーブル形式の補正データと補正装置１１９における
補正動作が異なるのみであるので、異なる点のみ説明す
る。

【００６８】（作用）各コイルに軸ずれがあっても正確
に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第
１及び第２の実施の形態では、正確な座標データＲ
_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を一定の刻みにした表１に示したテ
ーブル形式の補正データをＲＯＭ１１８に格納したが、
本実施の形態では、この補正データを、さらに位置検出
装置１１７が算出した位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）
を一定の刻みとした表２に示されるテーブル形式の第２
の補正データを作成し、この第２の補正データをＲＯＭ
１１８に格納する。この第２の補正データは、一定の刻
みをもった位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に対する正
確な座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を、各コイルに軸
ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出
することのできる第２の実施の形態で説明した方法で推
定して得ることができる。この演算、作業は工場出荷時
等に行う。

【００６９】

【表２】このようにすることで、図１２に示すように、位置検出
装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、
ｚ）を囲むような位置データを持つ位置データｒ（ｘ、
ｙ、ｚ）近傍の８個の格子点（位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ
_i、ｚ_i））を、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の値から瞬
時に抽出することができる。このため、上記第２の実施
に形態における位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に最も近い
順から４点を抽出する動作は、結局この８点から抽出す
ればよく、動作を簡略化することができる。その他の作
用は上記第２の実施に形態と同じである。

【００７０】（効果）このように本実施の形態では、位
置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ
（ｘ、ｙ、ｚ）を囲むような位置データを持つ位置デー
タｒ（ｘ、ｙ、ｚ）近傍の８個の格子点（位置データｒ
_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i））を、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）
の値から瞬時に抽出することができるので、全ての格子
点について位置データ間の距離｜ｒ−ｒ_i｜を計算する
ことなく、簡単に位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に最も近
い順から４点を抽出することができる。このため、位置
検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、
ｙ、ｚ）に対応した正確な座標データＲを推定する演算
速度を飛躍的に向上させることができる。

【００７１】［付記２］（付記項２−１）磁場を発生する送信コイルと、前記
送信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具
備し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれ
か一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイ
ルが検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の
位置を算出する位置算出手段を備え、前記送信コイルも
しくは前記受信コイルのうち少なくとも一方が軸が直交
する複数のコイルからなるコイル群である超音波診断装
置において、前記コイル群の軸ずれに起因する位置ずれ
を補正する補正手段を備えたことを特徴とする超音波診
断装置。

【００７２】（付記項２−２）前記位置ずれを補正す
る補正データを記録した記録手段を備え、前記補正手段
は、前記補正データに基づいて前記位置ずれを補正する
ことを特徴とする付記項２−１に記載の超音波診断装
置。

【００７３】（付記項２−３）前記補正データが、前
記位置算出手段が算出した位置データと、前記位置デー
タとは別に測定された実測値との対応を示すデータであ
ることを特徴とする付記項２−２に記載の超音波診断装
置。

【００７４】（付記項２−４）前記補正手段は、前記
位置算出手段が算出した位置データを線形内挿して得ら
れた値を用いて補正することを特徴とする付記項２−２
または２−３に記載の超音波診断装置。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波診断
装置によれば補正手段が超音波内視鏡を構成する金属部
品によって生じる磁場に歪みによる受信コイルの検出信
号の変化を補正するので、超音波内視鏡を構成する金属
部品による磁界の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の
先端の正確な位置及び配向の算出ができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波内視鏡の先
端の構成を示す断面図

【図２】図１の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の
構成を示す構成図

【図３】図２の位置検出装置の構成を示す構成図

【図４】図３の補正回路に予め記憶されている重み付け
係数を説明する第１の説明図

【図５】図３の補正回路に予め記憶されている重み付け
係数を説明する第２の説明図

【図６】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視
鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形
態に係る超音波内視鏡の先端の構成を示す断面図

【図７】図６の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の
構成を示す構成図

【図８】図７の磁気センサの構成を示す構成図

【図９】図７のＲＯＭの格納されている補正データを説
明する説明図

【図１０】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内
視鏡の先端の位置を算出することのできる第２の実施の
形態に係る補正装置における線形内挿による推定式を説
明する第１の説明図

【図１１】図１０により説明した推定式の第２の説明図

【図１２】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内
視鏡の先端の位置を算出することのできる第３の実施の
形態に係る補正装置における格子点抽出方法を説明する
説明図

【符号の説明】

１…超音波内視鏡２…挿入部３…硬性部４…シース５…超音波振動子６…フレキシブルシャフト７…超音波伝達媒体８…磁気ソース１１…超音波診断装置１２…モニタ１３…超音波画像形成装置１６…磁気センサ１９…位置検出装置２０…パソコン２１…補正回路２２…位置算出回路２３…電流発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大舘一郎東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者石村寿朗東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者川島知直東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者内村澄洋東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者川端健東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者長谷川潤東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者小柳秀樹東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 4C061 AA00 BB08 CC00 DD00 FF35 GG11 HH51 NN05 WW16 4C301 AA02 BB01 BB03 BB28 BB29 BB30 BB34 EE11 FF04 GA15 GA16 GC01 GD06 GD16 JB17 JB22 JB27 JB32 KK16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁場を発生する送信コイルと、前記送信
コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具備
し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか
一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイル
が検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位
置を算出する位置算出手段を備えた超音波診断装置にお
いて、前記超音波内視鏡を構成する金属部品によって生じる磁
場に歪みによる前記受信コイルの検出信号の変化を補正
する補正手段を備えたことを特徴とする超音波診断装
置。