JP2001505655A - ３次元超音波撮像機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ３次元超音波画像の撮像装置であって、手で自由に動かせる超音波ヘッド（２）と、超音波撮像機（９）と、画像処理システム（８）と、超音波ヘッド（２）と評価ユニット（７）と空間内で電磁波を検出する少なくとも２つのセンサ（６）とを含む位置検出装置（１０）とを具備し、こうして空間内での超音波ヘッド（２）の位置と方位、従って超音波断層像の姿勢と方位を決定することができるものであって、超音波ヘッド（２）に少なくとも３つの電磁波放出伝達器（４）が取付けてあることが特徴である。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元超音波撮像機 本発明は、請求の範囲１に記載された超音波撮像機、独立請求の範囲２１に記 載された３次元超音波画像を撮像するための装置、そして独立請求の範囲３６に 記載された３次元超音波画像を撮像するための方法に関する。 物体内部の探触子の位置を検出し、検出された位置に対応した事前に撮像され た物体画像を表示するためのシステムが特許明細書ＵＳ ５，３８３，４５４ ＢＵＣＨＨＯＬＺにより公知である。このシステムは同様に、物体内で探触子の 先端を特定の場所に導くことを可能とし、探触子の姿勢は、この物体部分の事前 に撮像された画像も同時に再生する画面でのみ観察することができる。この公知 の発明では、市販の３次元超音波ディジタイザによって探触子の位置が求められ る。 診断で利用可能な３次元超音波画像データセットを検出するための他の方法及 び装置が例えば特許明細書ＥＰ ０ ７３６ ２８４ Ａ２ ＰＯＬＺにより公 知である。この公知の発明に含まれた装置では、超音波ヘッドを自由に手で案内 しながら３次元データセットによって被検体積全体又は３次元空間の断層検出が 可能である。超音波ヘッドの姿勢及び方位は他の電磁作動式センサシステムによ って検出される。検査者によって手で自由に案内される超音波ヘッドに好ましく はホルダが設けられており、この電磁作動式センサシステムの受波器もこのホル ダに設けらている。このセンサシステムは、送波器から放射されて受波器若しく はそこのコイルによって検出される磁界に基づいて、その出力端からセンサデー タ（位置データと回転データ）を出力する。これらのデータでもって超音波ヘッ ドの位置及び方位は受波器によって空間内で精確に、しかもＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸 上での並進データとこれらの軸の周りでの回転データとによって、定義されてい る。 磁界計測によって姿勢及び方位を算定するとき十分な精度を達成すべき場合、 −例えば画面、コンピュータ又は電動機によって引き起こされる雑音； −磁界中の高透磁性物質、例えば測定領域内を移動する金属、によって発生する 妨害；又は −交流電源によって引き起こされる電磁雑音 等の外部パラメータはごく精確に既知でなければならない。これらの効果を検出 することは、及び／又は設計措置、例えば遮蔽又は持続的校正によってそれらを 最小にすることは、大きな支出を必要とする。それ故に、この公知の装置の欠点 は姿勢及び方位の算定時に所要の精度を達成することが困難であることにある。 本発明はこの点で救済策を提供せんとするものである。本発明の課題は、手で 自由に動かすことのできる超音波撮像ヘッドと超音波撮像機と位置検出装置とに よって３次元超音波画像の撮像を可能とすることであり、その際位置検出装置は 、空間内の超音波撮像ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方 位を算定することを可能とする。 本発明によって達成される利点は、実質的に、本発明による装置によって以下 の簡素な操作条件が達成されることに見ることができる： −解像精度の範囲内でシステムが外部パラメータの影響を受けない。 −システムの取扱いが簡単。例えば、撮像機と超音波ヘッドとの間に入り込んだ 物体によって姿勢検出が中断されることがあるとしても、視界が自由になると直 ちに継続測定することができる。 −トラッキング精度が画面及び／又は電気機器の外部電磁界の影響を受けない。 提起された課題を本発明は、請求の範囲１の特徴を有する超音波撮像機によっ て、請求の範囲２１の特徴を有する３次元超音波画像撮像装置によって、そして 請求の範囲３６の特徴を有する３次元超音波画像撮像方法によって解決する。 本発明による装置の一実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超音波ヘ ッドに取付けられて電磁波を放出する手段が光学照明源である。 本発明による装置の他の実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超音波 ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ ）である。 本発明による装置の別の実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超音波 ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が反射体又は蛍光反射体である。 また、本発明による装置の更に他の実施態様では、姿勢及び位置を検出するた めに超音波ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が、光源から供給される 光ファイバである。 また、本発明による装置の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出 するセンサシステムがデスパン１次元カメラであり、こうして空間内での超音波 ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置によって 求めることができる。 本発明による装置の更に他の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出す るセンサシステムが、非デスパン式に配置されたカメラであり、デスパン標定点 範囲を撮像し評価することによってカメラの姿勢が生じ、こうして空間内での超 音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置によ って求めることができる。この場合、デスパン標定点範囲を撮像し評価すること によってリアルタイム測定が不安定な環境条件のもとでさえ可能となる。カメラ が１画像を撮像するときには常に、標定点範囲を利用して実際のカメラ位置が新 たに算出される。こうしてカメラの姿勢変化は完全に補償することができる。 本発明による装置の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出するセ ンサシステムがデスパン式に配置されており、こうして、例えば患者に取付けら れた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は求めることができる。 また、本発明による装置の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出 する少なくとも２つのセンサがデスパンカメラであり、こうして、空間内での超 音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置によ って画像計測法で求めることができる。 本発明による装置の更に他の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出す る少なくとも２つのセンサが、非デスパン式に配置されたカメラであり、デスパ ン標定点範囲を撮像し評価することによってカメラの姿勢が生じ、こうして空間 内での超音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価 装置によって画像計測法で求めることができる。この場合、デスパン標定点範囲 を撮像し評価することによってリアルタイム測定が不安定な環境条件のもとでさ え可能となる。カメラが１画像を撮像するときには常に、標定点範囲を利用して 実際のカメラ位置が新たに算出される。こうしてカメラの姿勢変化は完全に補償 することができる。 また、本発明による装置の更に他の実施態様では、手で自由に動かすことので きる超音波ヘッドと超音波撮像機と画像処理システムと位置検出装置がコンピュ ータ支援外科システム（ＣＡＳ）に接続されている。 本発明による方法の一実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超音波ヘ ッドに取付けられて電磁波を放出する手段が光学照明源である。 本発明による方法の更に他の実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超 音波ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が赤外線発光ダイオード（ＩＲ ＥＤ）である。 本発明による方法の別の実施態様では、姿勢及び位置を検出するために超音波 ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が反射体又は蛍光反射体である。 また、本発明による方法の更に他の実施態様では、姿勢及び位置を検出するた めに超音波ヘッドに取付けられて電磁波を放出する手段が、光源から供給される 光ファイバである。 他方でまた、本発明による方法の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波 を検出するセンサシステムがデスパン１次元カメラであり、こうして空間内での 超音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置に よって求めることができる。 本発明による方法の更に他の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出す るセンサシステムが、非デスパン式に配置されたカメラであり、デスパン標定点 範囲を撮像し評価することによってカメラの姿勢が生じ、こうして空間内での超 音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置によ って求めることができる。この場合、デスパン標定点範囲を撮像し評価すること によってリアルタイム測定が不安定な環境条件のもとでさえ可能となる。カメラ が１画像を撮像するときには常に、標定点範囲を利用して実際のカメラ位置が新 たに算出される。こうしてカメラの姿勢変化は完全に補償することができる。 本発明による方法の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出するセ ンサシステムがデスパン式に配置されており、こうして、例えば患者に取付けら れた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は求めることができる。 他方でまた、本発明による方法の別の実施態様では、空間内でこれらの電磁波 を検出する少なくとも２つのセンサがデスパンカメラであり、こうして空間内で の超音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価装置 によって画像計測法で求めることができる。 本発明による方法の更に他の実施態様では、空間内でこれらの電磁波を検出す る少なくとも２つのセンサが、非デスパン式に配置されたカメラであり、デスパ ン標定点範囲を撮像し評価することによってカメラの姿勢が生じ、こうして空間 内での超音波ヘッドの位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位は評価 装置によって画像計測法で求めることができる。この場合、デスパン標定点範囲 を撮像し評価することによってリアルタイム測定が不安定な環境条件のもとでさ え可能となる。カメラが１画像を撮像するときには常に、標定点範囲を利用して 実際のカメラ位置が新たに算出される。こうしてカメラの姿勢変化は完全に補償 することができる。 他方でまた、本発明による方法の更に他の実施態様では、手で自由に動かすこ とのできる超音波ヘッドと超音波撮像機と画像処理システムと位置検出装置がコ ンピュータ支援外科システム（ＣＡＳ）に接続されている。 本発明で利用した、光学計測式に位置を検出するための根拠は、なかんずく以 下の手引書で調べることができる： ヨルダン／エッガート／クナイスル 測量学便覧 全面改訂１０版、ＩＩＩａ／３巻 写真測量 ジェイ・ビー・メツラー出版社、シュトゥットガルト、１９７２（特に§§１ ４４、１４５、１４６、１４７） つまり、請求の範囲のなかに現れる用語、干渉測定、長さ測定とは、例えばレ ーザ測距において現れるような干渉測定に関係しているだけでなく、特に、１つ の像平面又は像直線に光学系によって結像（例えば中心透視結像）を生成する干 渉効果にも関係している。 更に、（例えばＣＣＤチップ上の）１つの像平面（若しくは像直線）での長さ 測定、即ち例えば図４（測量学便覧の§１４６．２、図５）の区間ｚ₁、ｚ₂の長 さ測定も、また例えば伝搬時間算定法において該当するような（例えばＧＰＳシ ステムにおけるような）被算定物体の絶対的長さ測定も、長さ測定と理解される 。 ２つの投影面を利用する図４に示した方法の代わりに、少なくとも３つの非共 直線性１次元ＣＣＤチップによる、やはりインタセプト定理に基づく測量法も適 用することができる。製品はＯｐｔｏｔｒａｋ^TMの名で入手可能である。 複数の実施例の部分略示図に基づいて本発明及び本発明の諸構成を以下になお 詳しく説明する。 図１は、本発明による装置の一実施態様の略示図である。 図２は、本発明による装置の他の実施態様の略示図である。 図３は、本発明による装置の更に他の実施態様の略示図である。 図４は、計測法を説明するための略示図である。 本発明による装置の図１に示した実施態様は、手で自由に動かすことのできる 超音波ヘッド２と超音波撮像機９と画像処理システム８と物体１の３次元超音波 画像を撮像するための位置検出装置１０とを示している。位置検出装置１０は、 空間内での超音波ヘッド２の位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位 を算定することを可能とする。超音波ヘッド２に取付けられた送波器４が電磁波 を放出する。送波器４から放出される電磁波を撮像するためにデスパンカメラ６ 、例えばディジタルカメラが利用可能である。送波器４から放出される電磁波は カメラ６によって検出され、超音波ヘッド２の送波器４が結像される。次にこれ らの画像から評価装置７において超音波ヘッド２の位置及び方位が算出される。 超音波ヘッド２は握り５を利用して自由に動かすことができ、そのことから、画 像処理システム内で算定された３次元データセットによって３次元物体１全体の 断層検出が可能となる。 図２に示した本発明による装置の実施態様は、手で自由に動かすことのできる 超音波ヘッド２と、超音波撮像機９と、画像処理システム８と、位置検出装置１ ０と、物体１の３次元超音波画像を撮像するための発光ダイオード（ＬＥＤ）か らなる標定点範囲１２とを含む。位置検出装置１０は、空間内での超音波ヘッド ２の位置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位の算定を可能とする。超 音波ヘッド２に取付けられた送波器４が電磁波を放出する。超音波ヘッド２の送 波器４から放出される電磁波を撮像するために２つのカメラ６、例えばディジタ ルカメラが利用可能である。本発明による装置のこの実施態様ではカメラ６が非 デスパン式に配置されており、カメラ１１の姿勢はデスパン標定点範囲１２の画 像を撮像し評価することによって求められる。送波器４から放出される電磁波は 両方のカメラ６によって検出され、各１つの像平面に送波器４が結像される。次 に、両方の画像の透視歪みから評価装置７において超音波ヘッド２の位置及び方 位が算出される。超音波ヘッド２は握り５を利用して自由に動かすことができ、 そのことから、画像処理システム内で算定された３次元データセットによって３ 次元物体１全体の断層検出が可能となる。 本発明による装置の図３に示した実施態様は、手で自由に動かすことのできる 超音波ヘッドｂと超音波撮像機９と画像処理システム８と超音波画像ａを撮像す るための位置検出装置１０とを示している。位置検出装置１０は、空間内での超 音波ヘッドｂの位置及び方位、従って超音波断層像ａの姿勢及び方位の算定を可 能とする。電磁波を放出する固定選択された送波器ｆ；ｇ；ｈが超音波ヘッドに 接続して取付けられている。送波器ｆ；ｇ；ｈから放出された電磁波を撮像する ためにデスパンカメラ６、例えばディジタルカメラが利用可能である。送波器ｆ ；ｇ；ｈから放出された電磁波はカメラ６によって検出される。次に、検出され た画像から評価装置７において超音波ヘッドｂの位置及び方位が算出される。超 音波ヘッドｂは握りを利用して自由に動かすことができ、そのことから、画像処 理システム内で算定された３次元データセットによって３次元物体全体の断層検 出が可能となる。 図４を利用して、“像平面の既知の相互姿勢と既知の内部方位とを有する２つ の透視から（座標を）再構成”する特殊な例でこの計測法をなお説明する。ヨル ダン／エッガート／クナイスル、測量学便覧、１９７２、２２７１頁より： １４６．２ 像平面の既知の相互位置と既知の内部方位とを有する２つの透視 から再構成： 内部方位でもって、視線束［Ｏ₁］、［Ｏ₂］及び像平面に対するそれらの姿勢 が知られることになる。それ故に、像平面の既知の相互姿勢は視線束の既知の相 互姿勢を意味する。Π₁、Π₂、Ｏ₁、Ｏ₂の既知の空間姿勢からエピポラール軸線 ｏと、直線ｓ＝（Π₁Π₂）と、エピポールＫ₁、Ｋ₂と、ｓに関するエピポラール 線束の透視配位が得られる。この場合、当該エピポラール線に結び付いた任意の 各像対Ｐ¹、Ｐ²について、視線ｓ₁＝［Ｏ₁Ｐ¹］、ｓ₂＝［Ｏ₂Ｐ²］が空間点Ｐで 交差することが保証されている。こうして視線束の系中でＰの姿勢が知られるこ とになる。与えられた立体的基準系Ｓ内でＰの姿勢を算定するにはＳ内の₁、₂の 位置を知る必要がある。後者が直接与えられていない場合、それは§１４５．３ に従って算定しなければならない。計器で実施されたのではない再構成の例とし て、いわゆるメスティッシュ写真測量を以下で扱う。 ａ）メスティッシュ写真測量（図４）＜（ａ）最も単純な描写。像平面₁、₂は ＣＣＤチップによって占めることができる＞ 水平面（平面図平面）をΓとする。像平面Π₁、Π₂は垂直、つまり主視線［Ｏ₁ Ｈ₁］、［Ｏ₂，Ｈ₂］は水平であるとする。Π₁、Π₂内の像水平線をｈ₁、ｈ₂と する。₁若しくは₂内の像座標をｘ₁、ｚ₁若しくはｘ₂、ｚ₂とする。各像座標系の 原点を主点とし、ｘ軸は水平線上にあるとする。Γの上の中心 与えられた像点Ｐ¹、Ｐ²の座標ｘ₁、ｘ₂から、既知の平面図Π'₁、Π'₂に平面 図Ｐ¹'、Ｐ²'も書き込むことができ、再構成すべき空間点Ｐの平面図Ｐ’は視線 平面図ｓ'₁＝［Ｏ'₁Ｐ'₁］、ｓ'₂＝［Ｏ'₂Ｐ'₂］の交点として見い出される（前 方部分）。基線Ｏ'₁Ｏ'₂が地図縮尺で書き込まれる一方、ｓ'₁、ｓ'₂を十分精確 に書き込むことができるように、像距離とｘ座標とに好適な係数が掛けられる。 図４に見られる類似の三角形Ｏ₂ＰＱとＯ₂Ｐ²Ｑ²から、平面［Ｏ₂ｈ₂］の上で のＰの高さζ₂が ζ₂＝ｚ₂Ｏ'₂Ｐ'／Ｏ'₂Ｐ'₂ で得られる。 ＋ζ₁を計算すると、誤差を補償することができる。 図４が示すように、エピポールＫ₁、Ｋ₂の平面図Ｋ'₁、Ｋ'₂は基線ｏ’＝［Ｏ '₁Ｏ'₂］とΠ'₁、Π'₂との交点として得られ、Γの上でのそれらの高さは一つま りΠ₁、Π₂内のそれらの位置は−、Ｋ₁、Ｋ₂について支持直線を鉛直にして台形 Ｏ'₁Ｏ'₂Ｏ₂Ｏ₁を反転することによって得られる。物体曲線の画像中で適切な点 を識別することができるようにするために、エピポラール線が使用される。 像平面Π^1*、Π^2*が一般に空間内にあるとする場合、鉛直像平面Π₁、Π₂の前 記事例に容易に立ち返ることができよう。このために必要なのはＯ₁からΠ^1*を Π₁に、そしてＯ₂からのΠ^2*をΠ₂に再投影することだけである。このような再 投影なしでは、図４の点Ｐ’の総体として、Π^1*、Π^2*に対する法平面に対する 撮影物体の投影が得られるであろうし、ζはこの平面からの点Ｐの距離となろう 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年５月２６日（１９９８．５．２６） 【補正内容】 −交流電源によって引き起こされる電磁雑音 等の外部パラメータはごく精確に既知でなければならない。これらの効果を検出 することは、及び／又は設計措置、例えば遮蔽又は持続的校正によってそれらを 最小にすることは、大きな支出を必要とする。それ故に、この公知の装置の欠点 は姿勢及び方位の算定時に所要の精度を達成することが困難であることにある。 手で自由に動かすことのできる超音波撮像ヘッドによって超音波画像を撮像す るための他の装置がＵＳ ５，１９７，４７６ ＮＯＷＡＣＫＩにより公知であ る。この公知の装置は人体内部の目標物を定位するのに投立つ。この装置は、若 干数の赤外線発光ダイオードを備えてテーブル上に位置決めされる３次元フレー ムと、赤外線発光ダイオードから放出される放射線を撮像するための１対の赤外 線カメラと、コンピュータと、やはり赤外線発光ダイオードを備えた超音波プロ ーブとを含んでいる。超音波プローブを作動させる前にフレームがテーブル上に 取付けられ、カメラによって赤外線発光ダイオードの位置が計測されてコンピュ ータに記憶される。引き続き人体が基準体積の内部に又はそれに直接に続いて配 置される。手で自由に動かすことのできる超音波プローブは３次元フレームによ って限定された基準体積の内部で動かされ、超音波プローブはカメラの測定体積 内にある。超音波プローブに取付けられた赤外線発光ダイオードの位置はコンピ ュータによって３次元フレーム上の赤外線発光ダイオードの初期位置と比鮫され 、これにより超音波プローブの位置はごく精確に算定することができ、目標物の 位置はコンピュータの画面に表示可能である。この公知の発明の欠点として、３ 次元フレームによって予め限定された基準体積の内部でのみ超音波写真は撮像す ることができる。 空間内でのプラットホームの姿勢及び方位を算定するための方法がＵＳ ４， ３９６，９４５ ＤＩ ＭＡＴＴＥＯに開示されている。このプラットホームに 取付けられた３つの光源を明確に識別するための手段が、光源と光ファイバコネ クタとの間に取付けられる３つの光変調器を含んでいる。３つの光変調器はそれ ぞれコード生成器によって明確なコードを供給され、各光源のオンオフ変調がこ れによって生成される。この公知の方法の他の実施態様では、その他の光源とは 異なる特定の色を反射するための色反射体を各光源が備えていることによって各 光源の明確な識別は達成される。この公知の発明の欠点は、移動物体上に取付け られた３つの光源がオンオフ変調を備えねばならず、又は反射体内で処理される 場合それらが色標識を備えていなければならないことにある。 本発明はこの点で救済策を提供せんとするものである。本発明の課題は、手で 自由に動かすことのできる超音波撮像ヘッドと超音波撮像機と位置検出装置とに よって３次元超音波画像の撮像を可能とすることであり、その際位置検出装置は 、空間内で任意の基線に対する超音波撮像ヘッドの位置及び方位、従って超音波 断層像の姿勢及び方位を長さ測定によって算定することを可能とする。 ＵＳ ５，１９７，４７６ ＮＯＷＡＣＫＩにより公知の発明では超音波画像 を撮像するために予め３次元フレームによって基準体積を定義しなければならな いのに対して、本発明は、超音波プローブの姿勢算定に役立つ基線が受波器によ って形成され、つまり超音波プローブの位置検出に役立つカメラによっても形成 することができることを可能とする。 本発明によって達成される利点は、実質的に、本発明による装置によって以下 の簡素な操作条件が達成されることに見ることができる： 全面改訂１０版、ＩＩＩａ／３巻 写真測量 ジェイ・ビー・メツラー出版社、シュトゥットガルト、１９７２（特に§§１ ４４、１４５、１４６、１４７） つまり、請求の範囲のなかに現れる用語、干渉測定、長さ測定とは、例えばレ ーザ測距において現れるような干渉測定に関係しているだけでなく、特に、１つ の像平面又は像直線に光学系によって結像（例えば中心透視結像）を生成する干 渉効果にも関係している。 更に、（例えばＣＣＤチップ上の）１つの像平面（若しくは像直線）での長さ 測定、即ち例えば図４（測量学便覧目１４６．２、図５）の区間ｚ₁、ｚ₂の長さ 測定も、また例えば伝搬時間算定法において該当するような（例えばＧＰＳシス テムにおけるような）被算定物体の絶対的長さ測定も、長さ測定と理解される。 ２つの投影面を利用する図４に示した方法の代わりに、少なくとも３つの非共 直線性１次元ＣＣＤチップによる、やはりインタセプト定理に基づく測量法も適 用することができる。製品はＯｐｔｏｔｒａｋ^TMの名で入手可能である。 本発明による装置のカメラがＣＣＤチップを装備している場合、カメラのＣＣ Ｄチップ上の４つの非共面点が最小の受波器基線を形成することができる。この 場合、計測（長さ測定）が例えば画像計測法で又はインタセプト定理によって行 われることが肝要であり、即ちＣＣＤチップ上の画像が計測される。その際、Ｃ ＣＤチップ上で相対測定が可能であるので基線は任意に選定可能であり、そのこ とからカメラを任意に位置決めすることも可能となる。その結果、ＣＣＤチップ 上で基線点の相互位置が算定されねばならないが、それは基準体積なしに例えば カメラとカメラとの距離を測定することによって可能である。 請求の範囲 １．（補正）電子データ処理によって超音波画像を撮像するための超音波撮像 機において、 Ａ）空間内で任意の基線に対する超音波断層像（ａ）の姿勢が明確に算定されて おり； Ｂ）超音波断層像（ａ）の姿勢及び位置が超音波ヘッド（ｂ）の姿勢及び位置に よって算定されており；そして Ｃ）超音波ヘッド（ｂ）に対して自由に選定可能な固定算定平面（ｉ）が、超音 波ヘッド（ｂ）に対して固定選定された少なくとも３つの区別可能な点（ｆ；ｇ ；ｈ）によって決定されて、空間内で任意の基線（ｊ）に対する超音波ヘッド（ ｂ）の位置及び姿勢の算定を長さ測定によって保証し、 算定平面（ｉ）の少なくとも３つの点が送波器（４）によって占められ、基線（ ｊ）の少なくとも４つの点が受波器（６）によって占められていることを特徴と する、超音波撮像機。 ２．超音波ヘッド（ｂ）の姿勢及び位置を算定するための長さ測定が電磁波を 利用して実行され、その際に干渉効果が利用され及び／又は伝搬時間の算定が実 行されることを特徴とする、請求の範囲１記載の超音波撮像機。 ３．（削除） ２１．（補正）手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と、超音波 撮像機（９）と、画像処理システム（８）と、超音波ヘッド（２）と評価装置（ ７）と空間内で電磁波を検出する少なくとも２つのセンサシステム（６）とを含 む位置検出装置（１０）とを含み、こうして空間内での超音波ヘッド（２）の位 置及び方位、従って超音波断層像の姿勢及び方位が算定することができるように なった３次元超音波画像を撮像するための装置において、 Ａ）電磁波を放出する少なくとも３つの手段（４）が超音波ヘッド（２）に取付 けられており、空間内で任意の基線（ｊ）に対する超音波ヘッド（２）の位置及 び姿勢の算定が長さ測定によって保証され、そして Ｂ）３次元物体（１）の断層検出画像が、画像処理システム（８）を用いてコン ピュータ（１５）内の３次元データセットとして記憶可能および処理可能である ことを特徴とする、装置。 ３６．（補正）手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と超音波撮 像機（９）と画像処理システム（８）と位置検出装置（１０）とを含み、位置検 出装置（１０）が、空間内での超音波ヘッド（２）の位置及び方位、従って超音 波断層像の姿勢及び方位を算定することを可能とするようになった３次元超音波 画像を撮像するための方法において、 Ａ）位置検出装置（１０）が、超音波ヘッド（２）に取付けられて電磁波を放出 する手段（４）と、評価装置（７）と、空間内でこれらの電磁波を検出する少な くとも２つのセンサシステム（６）とを含み、空間内で任意の基線（ｊ）に対す る超音波ヘッド（２）の位置及び姿勢の算定が長さ測定によって保証され、そし て Ｂ）３次元物体（１）の断層検出画像が、画像処理システム（８）を用いてコン ピュータ（１５）内の３次元データセットとして記憶可能および処理可能である ことを特徴とする、方法。 ３７．超音波ヘッド（２）の姿勢及び位置を算定するための長さ測定が電磁波 を利用して実行され、その際に干渉効果が利用され及び／又は伝搬時間の算定が 実行されることを特徴とする、請求の範囲３６記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/26 Ｇ０１Ｎ 29/26 Ｇ０１Ｓ 5/02 Ｇ０１Ｓ 5/02 Ｚ 5/20 5/20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子データ処理によって超音波画像を撮像するための超音波撮像機におい て、 Ａ）空間内で任意の基線に対する超音波断層像（ａ）の姿勢が明確に算定されて おり； Ｂ）超音波断層像（ａ）の姿勢及び位置が超音波ヘッド（ｂ）の姿勢及び位置に よって算定されており；そして Ｃ）超音波ヘッド（ｂ）に対して自由に選定可能な固定算定平面（ｉ）が、超音 波ヘッド（ｂ）に対して固定選定された少なくとも３つの区別可能な点（ｆ；ｇ ；ｈ）によって決定されて、空間内で任意の基線（ｊ）に対する超音波ヘッド（ ｂ）の位置及び姿勢の算定を長さ測定によって保証することを特徴とする、超音 波撮像機。 ２．超音波ヘッド（ｂ）の姿勢及び位置を算定するための長さ測定が電磁波を 利用して実行され、その際に干渉効果が利用され及び／又は伝搬時間の算定が実 行されることを特徴とする、請求の範囲１記載の超音波撮像機。 ３．算定平面（ｉ）の少なくとも３つの点が送波器によって占められ、基線（ ｊ）の少なくとも４つの点が受波器によって占められていることを特徴とする、 請求の範囲１又は２記載の超音波撮像機。 ４．算定平面（ｉ）の少なくとも３つの点が受波器によって占められ、基線（ ｊ）の少なくとも４つの点が送波器によって占められていることを特徴とする、 請求の範囲１又は２記載の超音波撮像機。 ５．超音波ヘッド（ｂ）の姿勢及び／又は位置の算定が、電磁波を基にした長 さ測定によって実行されることを特徴とする、請求の範囲１〜４のいずれか１項 記載の超音波撮像機。 ６．算定点がさまざまな周波数によって計測されることを特徴とする、請求の 範囲１〜５のいずれか１項記載の超音波撮像機。 ７．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と、超音波撮像機（９ ）と、画像処理システム（８）と、超音波ヘッド（２）と評価装置（７）と空間 内で電磁波を検出する少なくとも２つのセンサシステム（６）とを含む位置検出 装置（１０）とを含み、こうして空間内での超音波ヘッド（２）の位置及び方位 、従って超音波断層像の姿勢及び方位が算定することができるようになったもの において、 電磁波を放出する少なくとも３つの手段（４）が超音波ヘッド（２）に取付けら れていることを特徴とする、請求の範囲１又は２記載の超音波撮像機。 ８．電磁波を放出する手段（４）が赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ）である ことを特徴とする、請求の範囲７記載の超音波撮像機。 ９．電磁波を放出する手段（４）が、光源によって供給される光ファイバであ ることを特徴とする、請求の範囲７記載の超音波撮像機。 １０．電磁波を放出する手段（４）が蛍光反射体であることを特徴とする、請 求の範囲７記載の超音波撮像機。 １１．電磁波を放出する手段（４）が反射体であることを特徴とする、請求の 範囲７記載の超音波撮像機。 １２．センサシステム（６）がデスパン１次元カメラであり、こうして超音波 ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって求めることができること を特徴とする、請求の範囲７〜１１のいずれか１項記載の超音波撮像機。 １３．センサシステム（６）が１次元カメラで、非デスパン式に配置されてお り、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価することによってカメラの 姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によ って求めることができることを特徴とする、請求の範囲７〜１１のいずれか１項 記載の超音波撮像機。 １４．センサシステム（６）が、デスパン式に配置された１次元カメラであり 、こうして、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は 求めることができることを特徴とする、請求の範囲７〜１２のいずれか１項記載 の超音波撮像機。 １５．少なくとも２つのセンサシステム（６）がデスパンカメラ（１１）であ り、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって画像 計測法で求めることができることを特徴とする、請求の範囲７〜１１のいずれか １項記載の超音波撮像機。 １６．少なくとも２つのセンサシステム（６）が、非デスパン式に配置された カメラ（１１）であり、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価するこ とによってカメラ（１１）の姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及 び方位は評価装置（７）によって画像計測法で求めることができることを特徴と する、請求の範囲７〜１１のいずれか１項記載の超音波撮像機。 １７．少なくとも２つのセンサシステム（６）がデスパンカメラ（１１）であ り、こうして、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位 は求めることができることを特徴とする、請求の範囲７〜１１のいずれか１項記 載の超音波撮像機。 １８．カメラ（１１）がディジタルカメラであることを特徴とする、請求の範 囲１２〜１７のいずれか１項記載の超音波撮像機。 １９．カメラ（１１）がディジタル１次元カメラであることを特徴とする、請 求の範囲１２〜１７のいずれか１項記載の超音波撮像機。 ２０．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と超音波撮像機（９ ）と画像処理システム（８）と位置検出装置（１０）がコンピュータ支援外科シ ステム（ＣＡＳ）に接続されていることを特徴とする、請求の範囲１〜１９のい ずれか１項記載の超音波撮像機。 ２１．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と、超音波撮像機（ ９）と、画像処理システム（８）と、超音波ヘッド（２）と評価装置（７）と空 間内で電磁波を検出する少なくとも２つのセンサシステム（６）とを含む位置検 出装置（１０）とを含み、こうして空間内での超音波ヘッド（２）の位置及び方 位、従って超音波断層像の姿勢及び方位が算定することができるようになった３ 次元超音波画像を撮像するための装置において、 電磁波を放出する少なくとも３つの手段（４）が超音波ヘッド（２）に取付けら れており、空間内で任意の基線（ｊ）に対する超音波ヘッド（２）の位置及び姿 勢の算定が長さ測定によって保証されることを特徴とする、装置。 ２２．超音波ヘッド（２）の姿勢及び位置を算定するための長さ測定が電磁波 を利用して実行され、その際に干渉効果が利用され及び／又は伝搬時間の算定が 実行されることを特徴とする、請求の範囲２１記載の装置。 ２３．電磁波を放出する手段（４）が光学照明源であることを特徴とする、請 求の範囲２１又は２２記載の装置。 ２４．電磁波を放出する手段（４）が赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ）であ ることを特徴とする、請求の範囲２１又は２２記載の装置。 ２５．電磁波を放出する手段（４）が、光源によって供給される光ファイバで あることを特徴とする、請求の範囲２１又は２２記載の装置。 ２６．電磁波を放出する手段（４）が蛍光反射体であることを特徴とする、請 求の範囲２１又は２２記載の装置。 ２７．電磁波を放出する手段（４）が反射体であることを特徴とする、請求の 範囲２１又は２２記載の装置。 ２８．センサシステム（６）がデスパン１次元カメラであり、こうして超音波 ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって求めることができること を特徴とする、請求の範囲２１〜２７のいずれか１項記載の装置。 ２９．センサシステム（６）が１次元カメラで、非デスパン式に配置されてお り、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価することによってカメラの 姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によ って求めることができることを特徴とする、請求の範囲２１〜２７のいずれか１ 項記載の装置。 ３０．センサシステム（６）が、デスパン式に配置された１次元カメラであり 、こうして、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は 求めることができることを特徴とする、請求の範囲２１〜２７のいずれか１項記 載の装置。 ３１．少なくとも２つのセンサ（６）がデスパンカメラ（１１）であり、こう して超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって画像計測法で 求めることができることを特徴とする、請求の範囲２１〜２７のいずれか１項記 載の装置。 ３２．少なくとも２つのセンサ（６）が、非デスパン式に配置されたカメラ（ １１）であり、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価することによっ てカメラ（１１）の姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は 評価装置（７）によって画像計測法で求めることができることを特徴とする、請 求の範囲２１〜２７のいずれか１項記載の装置。 ３３．少なくとも２つのセンサ（６）がデスパンカメラ（１１）であり、こう して、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は求める ことができることを特徴とする、請求の範囲２１〜２７のいずれか１項記載の装 置。 ３４．カメラ（１１）がディジタルカメラであることを特徴とする、請求の範 囲２１〜３３のいずれか１項記載の装置。 ３５．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と超音波撮像機（９ ）と画像処理システム（８）と位置検出装置（１０）がコンピュータ支援外科シ ステム（ＣＡＳ）に接続されていることを特徴とする、請求の範囲２１〜３４の いずれか１項記載の装置。 ３６．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と超音波撮像機（９ ）と画像処理システム（８）と位置検出装置（１０）とを含み、位置検出装置（ １０）が、空間内での超音波ヘッド（２）の位置及び方位、従って超音波断層像 の姿勢及び方位を算定することを可能とするようになった３次元超音波画像を撮 像するための方法において、 位置検出装置（１０）が、超音波ヘッド（２）に取付けられて電磁波を放出する 手段（４）と、評価装置（７）と、空間内でこれらの電磁波を検出する少なくと も２つのセンサシステム（６）とを含み、空間内で任意の基線（ｊ）に対する超 音波ヘッド（２）の位置及び姿勢の算定が長さ測定によって保証されることを特 徴とする、方法。 ３７．超音波ヘッド（２）の姿勢及び位置を算定するための長さ測定が電磁波 を利用して実行され、その際に干渉効果が利用され及び／又は伝搬時間の算定が 実行されることを特徴とする、請求の範囲３６記載の方法。 ３８．電磁波を放出する手段（４）が光学照明源であることを特徴とする、請 求の範囲３６又は３７記載の方法。 ３９．電磁波を放出する手段（４）が赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ）であ ることを特徴とする、請求の範囲３６又は３７記載の方法。 ４０．電磁波を放出する手段（４）が、光源によって供給される光ファイバで あることを特徴とする、請求の範囲３６又は３７記載の方法。 ４１．電磁波を放出する手段（４）が蛍光反射体であることを特徴とする、請 求の範囲３６又は３７記載の方法。 ４２．電磁波を放出する手段（４）が反射体であることを特徴とする、請求の 範囲３６又は３７記載の方法。 ４３．センサシステム（６）がデスパン１次元カメラであり、こうして超音波 ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって求めることができること を特徴とする、請求の範囲３６〜４２のいずれか１項記載の方法。 ４４．センサシステム（６）が１次元カメラで、非デスパン式に配置されてお り、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価することによってカメラの 姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によ って求めることができることを特徴とする、請求の範囲３６〜４２のいずれか１ 項記載の方法。 ４５．センサシステム（６）が、デスパン式に配置された１次元カメラであり 、こうして、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は 求めることができることを特徴とする、請求の範囲３６〜４２のいずれか１項記 載の方法。 ４６．少なくとも２つのセンサシステム（６）がデスパンカメラ（１１）であ り、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は評価装置（７）によって画像 計測法で求めることができることを特徴とする、請求の範囲３６〜４２のいずれ か１項記載の方法。 ４７．少なくとも２つのセンサ（６）が、非デスパン式に配置されたカメラ（ １１）であり、デスパン標定点範囲（１２）の画像を撮像し評価することによっ てカメラ（１１）の姿勢が生じ、こうして超音波ヘッド（２）の位置及び方位は 評価装置（７）によって画像計測法で求めることができることを特徴とする、請 求の範囲３６〜４２のいずれか１項記載の方法。 ４８．少なくとも２つのセンサ（６）がデスパンカメラ（１１）であり、こう して、例えば患者に取付けられた非デスパン標定点範囲の姿勢及び方位は求める ことができることを特徴とする、請求の範囲３６〜４２のいずれか１項記載の方 法。 ４９．カメラ（１１）がディジタルカメラであることを特徴とする、請求の範 囲３６〜４８のいずれか１項記載の方法。 ５０．手で自由に動かすことのできる超音波ヘッド（２）と超音波撮像機（９ ）と画像処理システム（８）と位置検出装置（１０）がコンピュータ支援外科シ ステム（ＣＡＳ）に接続されていることを特徴とする、請求の範囲３６〜４９の いずれか１項記載の方法。