JP2007029335A - Ultrasonic image formation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new technique of displaying the image of an insertion body inserted to a subject on the image of the subject. <P>SOLUTION: An ultrasonic beam formed by a probe 10 is electronically scanned over the entire ultrasonic beam scan area 60. At the time, the density of the ultrasonic beam is changed between an area 1 including the distal end of a catheter 40 and the other area 2. That is, the ultrasonic beam is scanned in a higher density in the area 1 including the distal end of the catheter 40 compared to the area 2. As a result, the ultrasonic image of a high spatial resolution is formed in the area 1 including the distal end of the catheter 40. For instance, by raising a volume rate by lowering a beam density in the area 2 and scanning the ultrasonic beam in the high density only inside the narrow area 1, the ultrasonic image clearly projecting the distal end of the catheter 40 is formed while securing the high volume rate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波画像形成システムに関し、特に、被検体に挿入された挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる超音波画像形成システムに関する。   The present invention relates to an ultrasound image forming system, and more particularly, to an ultrasound image forming system that displays an image of an insertion body inserted into a subject on an image of the subject.

心臓の冠状動脈の狭窄などを検査するために、X線造影剤を冠状動脈に流し込み、X線造影剤をX線透視下で観察する手法が知られている。X線造影剤を冠状動脈に流し込むためには、手または足の動脈からカテーテルを冠状動脈の入り口まで通す操作が行われる。カテーテルはX線非透過性の材料によって作られているため、X線透過画像によってカテーテルを認識することが可能である。一方、骨などと比較して心臓はX線透過性が高いため、X線透過画像によって心臓を認識することは困難である。そのため、カテーテルを挿入していく操作を行う際に、X線造影剤を流し込んで心臓を一瞬造影し、造影された心臓の形などを記憶しながらカテーテルを挿入していく。このようなカテーテルの挿入操作は非常に熟練を要する。また、X線透視下での操作は、患者や医師に対する被爆の問題が指摘されている。このため、X線透視に換えて超音波画像を用いてカテーテルをモニタリングする技術が提案されている(下記特許文献など)。   In order to examine the stenosis of the coronary artery of the heart, a technique is known in which an X-ray contrast medium is poured into the coronary artery and the X-ray contrast medium is observed under fluoroscopy. In order to allow the X-ray contrast medium to flow into the coronary artery, an operation of passing the catheter from the hand or foot artery to the entrance of the coronary artery is performed. Since the catheter is made of a radiopaque material, the catheter can be recognized by an X-ray transmission image. On the other hand, since the heart has higher X-ray permeability than bones and the like, it is difficult to recognize the heart from an X-ray transmission image. Therefore, when performing an operation for inserting the catheter, an X-ray contrast medium is poured to contrast the heart for a moment, and the catheter is inserted while the shape of the contrasted heart is memorized. Such a catheter insertion operation is very skillful. Moreover, the operation under X-ray fluoroscopy has been pointed out as a problem of exposure to patients and doctors. For this reason, a technique for monitoring a catheter using an ultrasonic image instead of X-ray fluoroscopy has been proposed (for example, the following patent documents).

特開2001−299756号公報JP 2001-299756 A 特開2001−340336号公報JP 2001-340336 A 特開2004−275776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-275776 特開2004−275223号公報JP 2004-275223 A 特開2004−499号公報JP 2004-499A

ところが、カテーテルの先端は小さいため、超音波画像によってカテーテルの先端を常に正確に捕らえ続けることは非常に困難である。このため、超音波画像を用いてカテーテルの先端を正確にモニタリングする技術が望まれていた。   However, since the distal end of the catheter is small, it is very difficult to always accurately capture the distal end of the catheter with an ultrasonic image. For this reason, a technique for accurately monitoring the tip of the catheter using an ultrasonic image has been desired.

例えば、特許文献1には、超音波を送信するトランスデューサをカテーテルの先端部に取り付け、外部の超音波探触子によってカテーテル先端部からの超音波を受信し、カテーテル先端の位置を確認する技術が提案されている。しかし、組織からの超音波の受信とカテーテル先端部からの受信を交互に行う必要があり、ボリュームレートを上げることができないなどの問題がある。また、カテーテルの先端部に取り付けるトランスデューサは非常に小さく、送信パワーを大きくすることができないため、位置検出精度の面でも問題がある。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for attaching a transducer that transmits ultrasonic waves to the distal end of a catheter, receiving ultrasonic waves from the distal end of the catheter with an external ultrasonic probe, and confirming the position of the catheter distal end. Proposed. However, it is necessary to alternately receive ultrasound from the tissue and receive from the catheter tip, and there is a problem that the volume rate cannot be increased. Further, since the transducer attached to the distal end portion of the catheter is very small and the transmission power cannot be increased, there is a problem in terms of position detection accuracy.

また、特許文献2には、カテーテルの先端部に造影剤を取り付け、反射エコー信号の強弱から先端部を検出する技術が開示されている。しかし、カテーテルそのものが、周囲の生体組織や血液に比べて音響インピーダンスが高いため大きな反射信号を示しており、この大きな反射信号の中から反射の異なる先端部を検出することは困難である。また、特許文献3には、カテーテルの先端部に磁気センサを取り付け、外部から発生した磁場を検出することにより、カテーテルの位置や方向を計測する技術が開示されている。しかし、超音波画像を用いてカテーテルの先端を正確にモニタリングする技術は開示されていない。   Patent Document 2 discloses a technique for attaching a contrast agent to the distal end portion of a catheter and detecting the distal end portion from the intensity of a reflected echo signal. However, since the catheter itself has a higher acoustic impedance than the surrounding biological tissue and blood, it shows a large reflected signal, and it is difficult to detect a tip portion having a different reflection from this large reflected signal. Patent Document 3 discloses a technique for measuring the position and direction of a catheter by attaching a magnetic sensor to the distal end of the catheter and detecting a magnetic field generated from the outside. However, a technique for accurately monitoring the tip of a catheter using an ultrasound image is not disclosed.

ちなみに、特許文献4には、断層画像を利用したユーザの指示に基づいて、超音波ビームの走査密度を変更させる技術が開示されている。また、特許文献5には、X線照射装置に磁気センサを取り付け、超音波探触子で収集されたエコーデータに基づいて腫瘍を検出し、検出した腫瘍にX線を的確に照射するシステムが開示されている。   Incidentally, Patent Document 4 discloses a technique for changing the scanning density of an ultrasonic beam based on a user instruction using a tomographic image. Patent Document 5 discloses a system that attaches a magnetic sensor to an X-ray irradiation apparatus, detects a tumor based on echo data collected by an ultrasonic probe, and accurately irradiates the detected tumor with X-rays. It is disclosed.

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、被検体に挿入される挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる新たな技術を提供することにある。   The present invention has been made in such a background, and an object of the present invention is to provide a new technique for displaying an image of an insert inserted into a subject on the image of the subject.

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波画像形成システムは、被検体に挿入された挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる超音波画像形成システムであって、挿入体を含む空間内に超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波手段と、前記エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、挿入体の座標情報を取得する座標情報取得手段と、を有し、前記挿入体の座標情報に基づいて超音波の送受波制御を行うことにより、前記挿入体の画像を被検体の画像上に明示させた超音波画像を形成する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ultrasound imaging system that is a preferred embodiment of the present invention is an ultrasound imaging system that displays an image of an inserted body inserted into a subject on the image of the subject. Transmitting and receiving means for transmitting and receiving ultrasonic waves in a space including the insert and acquiring an echo signal; image forming means for forming an ultrasonic image based on the echo signal; and acquiring coordinate information of the insert And forming an ultrasonic image in which the image of the insert is clearly shown on the image of the subject by performing ultrasonic wave transmission / reception control based on the coordinate information of the insert. It is characterized by.

望ましくは、前記挿入体の座標情報から得られる挿入体の位置情報に基づいて、挿入体とその近傍領域からなる高密度走査領域内において超音波ビームを高密度に走査させることにより、当該高密度走査領域内における空間分解能が高い超音波画像を形成する、ことを特徴とする。望ましくは、前記位置情報に基づいて確認される挿入体の移動に応じて前記高密度走査領域を移動させることにより前記挿入体の動きに前記高密度走査領域を追従させる、ことを特徴とする。   Preferably, based on the position information of the insert obtained from the coordinate information of the insert, the high density scanning is performed in the high density scanning region composed of the insert and the vicinity thereof, thereby the high density. An ultrasonic image having a high spatial resolution in the scanning region is formed. Preferably, the high-density scanning region is made to follow the movement of the insert by moving the high-density scanning region according to the movement of the insert confirmed based on the position information.

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波画像形成システムは、被検体に挿入された挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる超音波画像形成システムであって、挿入体を含む空間内に超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波手段と、前記エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、挿入体の座標情報を取得する座標情報取得手段と、を有し、前記挿入体の座標情報に基づいて、挿入体に対応した画像を前記超音波画像上に形成することにより、前記挿入体の画像を被検体の画像上に明示させた表示画像を形成する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ultrasonic imaging system that is a preferred embodiment of the present invention is an ultrasonic imaging system that displays an image of an inserted body inserted into a subject on the image of the subject. Transmitting and receiving means for transmitting and receiving ultrasonic waves in a space including the insertion body to acquire an echo signal; image forming means for forming an ultrasonic image based on the echo signal; and acquiring coordinate information of the insertion body Coordinate information acquisition means for performing, on the basis of the coordinate information of the insert, an image corresponding to the insert is formed on the ultrasonic image, whereby the image of the insert is displayed on the image of the subject. The display image specified in is formed.

望ましくは、前記挿入体の座標情報から得られる挿入体の位置情報に基づいて、前記超音波画像上の挿入体に対応した位置に、前記挿入体に対応した画像としてマーカを形成する、ことを特徴とする。   Preferably, a marker is formed as an image corresponding to the insertion body at a position corresponding to the insertion body on the ultrasonic image based on position information of the insertion body obtained from the coordinate information of the insertion body. Features.

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波画像形成システムは、被検体に挿入されたカテーテルを含む空間内に超音波を送受波するプローブと、前記プローブを制御する送受信制御部と、前記プローブに取り付けられた第一磁気センサと、前記カテーテルに取り付けられた第二磁気センサと、を有し、前記第一磁気センサと第二磁気センサの各々から得られる座標情報に基づいて前記プローブを基準とした座標系で前記カテーテルの位置を特定し、特定されたカテーテルの位置に応じて超音波ビームの走査密度を制御する、ことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an ultrasonic imaging system according to a preferred aspect of the present invention controls a probe that transmits and receives ultrasonic waves in a space including a catheter inserted into a subject, and the probe. Coordinate information obtained from each of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor, comprising: a transmission / reception control unit; a first magnetic sensor attached to the probe; and a second magnetic sensor attached to the catheter. The position of the catheter is specified in a coordinate system based on the probe, and the scanning density of the ultrasonic beam is controlled in accordance with the specified position of the catheter.

望ましくは、前記カテーテルの位置に対応するフレームアドレスおよびラインアドレスを求めることにより、超音波ビームを特定するフレームアドレスおよびラインアドレスに基づいて、前記カテーテルの位置とその近傍領域からなる高密度走査領域を設定する、ことを特徴とする。   Preferably, by obtaining a frame address and a line address corresponding to the position of the catheter, based on the frame address and the line address for specifying the ultrasonic beam, a high-density scanning region composed of the position of the catheter and its neighboring region is obtained. It is characterized by setting.

本発明により、被検体に挿入される挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる新たな技術が提供される。これにより、例えば、挿入体とその近傍領域からなる高密度走査領域内において超音波ビームを高密度に走査させることにより当該高密度走査領域内における空間分解能が高い超音波画像を形成することなどが可能になる。   According to the present invention, a new technique for displaying an image of an inserted body inserted into a subject on the image of the subject is provided. Thereby, for example, an ultrasonic image having a high spatial resolution in the high-density scanning region can be formed by scanning the ultrasonic beam with high density in the high-density scanning region including the insert and the vicinity thereof. It becomes possible.

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る超音波画像形成システムの好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示すブロック図である。   FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic image forming system according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof.

プローブ10は、三次元エコーデータ取得用の超音波探触子である。プローブ10は、図示しない2Dアレイ振動子を備えており、2Dアレイ振動子を構成する複数の振動素子が電子走査制御され、対象組織を含む三次元空間内で超音波ビームが走査される。後に詳述するように、本実施形態の超音波画像形成システムは、カテーテル40の先端を明示した表示画像を形成することができる。このためプローブ10は、ユーザ(検査者)に把持されて被検者の体表面上に当接して用いられ、そしてカテーテル40の先端を含む空間内に超音波を送受波する。プローブ10は、被検者の体腔内に挿入して用いられるものであってもよい。   The probe 10 is an ultrasonic probe for acquiring three-dimensional echo data. The probe 10 includes a 2D array transducer (not shown), and a plurality of transducer elements constituting the 2D array transducer are electronically scanned, and an ultrasonic beam is scanned in a three-dimensional space including the target tissue. As will be described in detail later, the ultrasonic imaging system of the present embodiment can form a display image in which the distal end of the catheter 40 is clearly shown. For this reason, the probe 10 is used by being held by a user (examiner) and abutting on the body surface of the subject, and transmits and receives ultrasonic waves in a space including the distal end of the catheter 40. The probe 10 may be used by being inserted into a body cavity of a subject.

送信部12は、送信ビームフォーマーとして機能する。つまり、送信部12は、プローブ10が備える複数の振動素子の各々に対して送信信号を供給することによって超音波ビームを形成する。一方、受信部14は、受信ビームフォーマーとして機能する。つまり、複数の振動素子の各々から受信信号を取得し、得られた複数の受信信号に対して整相加算処理などを実行する。これにより各超音波ビームごとにエコー信号が形成され、受信部14から出力される。   The transmission unit 12 functions as a transmission beam former. That is, the transmission unit 12 forms an ultrasonic beam by supplying a transmission signal to each of the plurality of vibration elements included in the probe 10. On the other hand, the reception unit 14 functions as a reception beam former. That is, a reception signal is acquired from each of the plurality of vibration elements, and a phasing addition process or the like is performed on the obtained plurality of reception signals. As a result, an echo signal is formed for each ultrasonic beam and is output from the receiver 14.

送信部12および受信部14は、システム制御部20によって制御され、超音波ビームがカテーテル40の先端を含む三次元空間内に電子的に走査されて、三次元の走査空間内の全域からエコー信号が取得される。   The transmission unit 12 and the reception unit 14 are controlled by the system control unit 20, and an ultrasonic beam is electronically scanned in a three-dimensional space including the distal end of the catheter 40, and echo signals are transmitted from the entire area in the three-dimensional scanning space. Is acquired.

三次元画像作成部16は、三次元空間内から取得されたエコー信号に基づいて、対象組織の三次元画像を形成する。三次元画像作成部16は、三次元空間内のエコー信号から得られるボリュームデータに基づいて、三次元の立体的な画像を平面上に投影した画像を形成する。三次元画像作成部16は、三次元の画像を平面上に投影する際に、例えば、ボリュームレンダリング法に基づくレンダリング演算を行うことで、対象組織内部を透過表示した二次元の画像を形成する。ボリュームレンダリング法に基づくレンダリング演算は、例えば特開平10−33538号公報に示される手法が好適である。上記公報記載の手法の概要は次の通りである。   The three-dimensional image creating unit 16 forms a three-dimensional image of the target tissue based on the echo signal acquired from the three-dimensional space. The three-dimensional image creation unit 16 forms an image obtained by projecting a three-dimensional stereoscopic image onto a plane based on volume data obtained from echo signals in the three-dimensional space. When projecting a three-dimensional image onto a plane, the three-dimensional image creating unit 16 performs a rendering operation based on, for example, a volume rendering method to form a two-dimensional image that is transparently displayed inside the target tissue. For the rendering operation based on the volume rendering method, for example, a method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-33538 is suitable. The outline of the method described in the above publication is as follows.

まず、三次元空間の外側に仮想的に視点が設定され、三次元空間を間に介して、視点と反対側に二次元平面としてのスクリーンが仮想的に設定される。そして、設定された視点を基準として複数のレイ(透視線)が定義される。レイは、三次元空間を貫通してスクリーンに達する。三次元空間内において、レイ上には、複数のボクセルデータ(三次元空間内の各点におけるエコー信号の値)からなるボクセルデータ列が対応することになる。そして、レイに沿って、視点側から各ボクセルデータごとにボリュームレンダリング法に基づくボクセル演算を逐次的に実行すると、最終のボクセル演算の結果として画素値が決定される。その画素値がスクリーン上における当該レイに対応する座標にマッピングされる。こうして、各レイ毎に画素値を決定することでその集合として対象組織内部を透過表示した二次元の画像を形成する。三次元画像作成部16は、このボリュームレンダリング法に基づくレンダリング演算を行って、対象組織内部を透過表示した画像を形成する。   First, a viewpoint is virtually set outside the three-dimensional space, and a screen as a two-dimensional plane is virtually set on the opposite side of the viewpoint through the three-dimensional space. A plurality of rays (perspective lines) are defined based on the set viewpoint. Ray reaches the screen through three-dimensional space. In the three-dimensional space, a voxel data string composed of a plurality of voxel data (echo signal values at each point in the three-dimensional space) corresponds to the ray. Then, when the voxel operation based on the volume rendering method is sequentially executed for each voxel data from the viewpoint side along the ray, the pixel value is determined as a result of the final voxel operation. The pixel value is mapped to the coordinates corresponding to the ray on the screen. In this way, by determining the pixel value for each ray, a two-dimensional image that is transparently displayed inside the target tissue is formed as a set. The three-dimensional image creation unit 16 performs a rendering operation based on this volume rendering method, and forms an image that is transparently displayed inside the target tissue.

任意断面作成部18は、三次元空間内から取得されたエコー信号に基づいて、対象組織の断面画像を形成する。つまり、三次元の立体的な画像に対して設定される断面内において、対象組織のBモード画像を形成する。なお、断面は、例えば入力部22を介してユーザ(検査者)によって任意に設定されてもよいし、三次元空間内に超音波ビームを走査させる際の任意の走査面でもよい。   The arbitrary cross-section creating unit 18 forms a cross-sectional image of the target tissue based on the echo signal acquired from the three-dimensional space. That is, a B-mode image of the target tissue is formed in a cross section set for a three-dimensional stereoscopic image. Note that the cross section may be arbitrarily set by the user (inspector) via the input unit 22, for example, or may be an arbitrary scanning surface when the ultrasonic beam is scanned in the three-dimensional space.

三次元画像作成部16において形成された三次元画像(例えば、ボリュームレンダリング法に基づく透過表示画像)や、任意断面作成部18において形成された断面画像は、表示処理部24を介して表示部26へ表示される。表示処理部24は、三次元画像や断面画像を表示させる際に、三次元画像上や断面画像上のカテーテル40の先端の位置に、カテーテル40の位置を明示するマーカなどを形成してもよい。   A three-dimensional image (for example, a transmissive display image based on the volume rendering method) formed in the three-dimensional image creation unit 16 and a cross-sectional image formed in the arbitrary cross-section creation unit 18 are displayed on the display unit 26 via the display processing unit 24. Is displayed. When displaying the three-dimensional image or the cross-sectional image, the display processing unit 24 may form a marker or the like that clearly indicates the position of the catheter 40 on the tip of the catheter 40 on the three-dimensional image or the cross-sectional image. .

カテーテル40の先端には、磁気センサ32が取り付けられている。一方、プローブ10には、磁気センサ34が取り付けられている。二つの磁気センサは、基準位置に設置された磁場発生部30が発生する磁場を検出する。   A magnetic sensor 32 is attached to the distal end of the catheter 40. On the other hand, a magnetic sensor 34 is attached to the probe 10. The two magnetic sensors detect a magnetic field generated by the magnetic field generation unit 30 installed at the reference position.

図2は、プローブ、カテーテルおよびこれらに取り付けられた磁気センサの位置関係を示す模式図である。プローブ10は、被検体内の血管50を含む空間内で超音波ビームを電子走査させる。超音波ビームスキャンエリア60は、超音波ビームが走査される三次元領域である。血管50内にはカテーテル40が挿入されている。そして、カテーテル40の先端部に磁気センサ32が取り付けられている。また、プローブ10には、磁気センサ34が取り付けられている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the probe, the catheter, and the magnetic sensor attached to them. The probe 10 electronically scans an ultrasonic beam in a space including a blood vessel 50 in the subject. The ultrasonic beam scan area 60 is a three-dimensional area in which the ultrasonic beam is scanned. A catheter 40 is inserted into the blood vessel 50. A magnetic sensor 32 is attached to the distal end portion of the catheter 40. A magnetic sensor 34 is attached to the probe 10.

二つの磁気センサは、磁場発生部30が発生する磁場70を検出する。磁場発生部30は、例えば、手術室内のベッドなどに設置され、この磁場発生部30を基準位置として、二つの磁気センサの各々の位置と方向が特定される。磁場発生部30は、互いに直交関係にある三つのコイルを備えており、各コイルから三次元的に磁場70が発生される。二つの磁気センサも、各々、互いに直交関係にある三つのコイルを備えており、三次元的に形成された磁場70を三次元的に検知する。二つの磁気センサの受信結果は磁気センサ制御部(図1の符号36)に伝えられ、磁気センサ制御部において、プローブ10とカテーテル40の先端との間の相対的な三次元的な位置関係が解析される。   The two magnetic sensors detect the magnetic field 70 generated by the magnetic field generator 30. The magnetic field generation unit 30 is installed, for example, on a bed in an operating room, and the position and direction of each of the two magnetic sensors are specified with the magnetic field generation unit 30 as a reference position. The magnetic field generation unit 30 includes three coils that are orthogonal to each other, and a magnetic field 70 is generated three-dimensionally from each coil. Each of the two magnetic sensors also includes three coils that are orthogonal to each other, and three-dimensionally detects the magnetic field 70 that is formed three-dimensionally. The reception results of the two magnetic sensors are transmitted to the magnetic sensor control unit (reference numeral 36 in FIG. 1). In the magnetic sensor control unit, the relative three-dimensional positional relationship between the probe 10 and the distal end of the catheter 40 is determined. Analyzed.

そこで、次に、プローブ10とカテーテル40の先端との間の相対的な位置関係の解析手法について説明する。なお、図1に既に示した部分には、図1における符号を付して説明する。   Then, next, the analysis method of the relative positional relationship between the probe 10 and the tip of the catheter 40 will be described. The parts already shown in FIG. 1 will be described with the reference numerals in FIG.

図3は、磁気センサの座標系と超音波ビーム走査座標系を説明するための図である。本実施形態において、システム制御部20が送信部12および受信部14を制御する場合、超音波ビームアドレスが、r,θ,φの3つの座標によって定義される超音波ビーム走査座標系で定義される。超音波ビーム走査座標系は、超音波ビームスキャンエリア60の形状に対応している。   FIG. 3 is a diagram for explaining the coordinate system of the magnetic sensor and the ultrasonic beam scanning coordinate system. In the present embodiment, when the system control unit 20 controls the transmission unit 12 and the reception unit 14, the ultrasonic beam address is defined by an ultrasonic beam scanning coordinate system defined by three coordinates r, θ, and φ. The The ultrasonic beam scanning coordinate system corresponds to the shape of the ultrasonic beam scanning area 60.

一方、カテーテル40の先端に取り付けられた磁気センサ32が、磁場発生部30から発生される磁場を検出することによって得られる座標情報は、磁場発生部30を基準とする磁場発生部座標系(Xmt,Ymt,Zmt,XmtAng,YmtAng,ZmtAng)で得られる。ここで、Xmt,Ymt,Zmtは、各々、三次元空間内の直交座標系を定義する軸である。また、XmtAng,YmtAng,ZmtAngは、各々、Xmt,Ymt,Zmt の各軸を回転軸とする回転成分である。   On the other hand, the coordinate information obtained by the magnetic sensor 32 attached to the distal end of the catheter 40 detecting the magnetic field generated from the magnetic field generator 30 is a magnetic field generator coordinate system (Xmt) based on the magnetic field generator 30. Ymt, Zmt, XmtAng, YmtAng, ZmtAng). Here, Xmt, Ymt, and Zmt are axes that define an orthogonal coordinate system in the three-dimensional space, respectively. XmtAng, YmtAng, and ZmtAng are rotational components having the respective axes of Xmt, Ymt, and Zmt as rotational axes.

このように、磁気センサ32が磁場を検出することによって得られる座標情報の座標系と、超音波ビーム走査座標系が異なるため、本実施形態では、磁気センサ32の座標情報が超音波ビーム走査座標系に変換される。この変換は、超音波ビーム走査座標系からプローブ10に取り付けられている磁気センサ34の座標系への変換マトリクスTusrxと、磁気センサ34の座標系から磁場発生部座標系への変換マトリクスTrxtxの、二つの変換マトリクスを求めることによって行われる。   Thus, since the coordinate system of the coordinate information obtained by the magnetic sensor 32 detecting the magnetic field and the ultrasonic beam scanning coordinate system are different, in this embodiment, the coordinate information of the magnetic sensor 32 is the ultrasonic beam scanning coordinate. It is converted to a system. This conversion is performed by the conversion matrix Tusrx from the ultrasonic beam scanning coordinate system to the coordinate system of the magnetic sensor 34 attached to the probe 10 and the conversion matrix Trxtx from the coordinate system of the magnetic sensor 34 to the magnetic field generating unit coordinate system. This is done by obtaining two transformation matrices.

そして、これら二つの変換マトリクスを掛け合わせることにより、超音波ビーム走査座標系から磁場発生部座標系への変換マトリクスTustxが次式のように求められる。
[数1]
Tustx = Trxtx・Tusrx
Then, by multiplying these two conversion matrices, a conversion matrix Tustx from the ultrasonic beam scanning coordinate system to the magnetic field generating unit coordinate system is obtained as follows.
[Equation 1]
Tustx = Trxtx / Tusrx

本実施形態では、カテーテル40の先端に取り付けられている磁気センサ32の磁場発生部座標系における座標値P1mgを超音波ビーム走査座標系で表現する。この場合、数1で算出される変換マトリクスTustxの逆行列Tustx-1を求めて、座標値P1mgとTustx-1とを掛け合わせることで、超音波ビーム走査座標系における表現に変換することができる。以下、超音波ビーム走査座標系への変換についてさらに詳述する。 In the present embodiment, the coordinate value P1 mg in the magnetic field generation unit coordinate system of the magnetic sensor 32 attached to the distal end of the catheter 40 is expressed in the ultrasonic beam scanning coordinate system. In this case, an inverse matrix Tustx −1 of the conversion matrix Tustx calculated by Equation 1 is obtained and multiplied by the coordinate value P1mg and Tustx −1 to be converted into an expression in the ultrasonic beam scanning coordinate system. . Hereinafter, the conversion to the ultrasonic beam scanning coordinate system will be described in more detail.

プローブ10に取り付けられる磁気センサ34は、超音波ビーム走査座標系の原点に取り付けられるとは限らない。つまり、磁気センサ34の座標系の原点と超音波ビーム走査座標系の原点との間にオフセットが存在する場合がある。そこで、本実施形態では、磁気センサ34の座標系(磁気センサ座標系)の原点と超音波ビーム走査座標系の原点との間のオフセットを加味した変換マトリクスTusrx(数1参照)が採用される。   The magnetic sensor 34 attached to the probe 10 is not necessarily attached to the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system. That is, there may be an offset between the origin of the coordinate system of the magnetic sensor 34 and the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system. Therefore, in the present embodiment, a conversion matrix Tusrx (see Formula 1) that takes into account the offset between the origin of the coordinate system (magnetic sensor coordinate system) of the magnetic sensor 34 and the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system is employed. .

図4は、磁気センサ座標系の原点と超音波ビーム走査座標系の原点との間のオフセットを説明するための図である。磁気センサ座標系の原点は、磁気センサ34内のコイルの配置構造などに応じて決定される設計事項であり、例えば、磁気センサ34の中心位置(重心位置)に設定される。一方、超音波ビーム走査座標系の原点は、プローブ10内の振動素子の配置構造などに応じて決定され、例えば、四角錐状の超音波ビームスキャンエリア(図2の符号60)の頂点に設定される。図4においては、プローブ10の送受波面の中心位置に超音波ビーム走査座標系の原点があるものとする。   FIG. 4 is a diagram for explaining an offset between the origin of the magnetic sensor coordinate system and the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system. The origin of the magnetic sensor coordinate system is a design matter determined according to the arrangement structure of the coils in the magnetic sensor 34, and is set to the center position (center of gravity position) of the magnetic sensor 34, for example. On the other hand, the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system is determined according to the arrangement structure of the vibration elements in the probe 10, and is set at the apex of the ultrasonic pyramid-shaped ultrasonic beam scanning area (reference numeral 60 in FIG. 2), for example. Is done. In FIG. 4, it is assumed that the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system is at the center position of the transmission / reception surface of the probe 10.

図4(A)に示すように、磁気センサ34はプローブ10の筐体側面などに取り付けられる。このため、磁気センサ座標系の原点(例えば、磁気センサ34の中心位置)と超音波ビーム走査座標系の原点(例えば、プローブ10の送受波面の中心位置:Puc)との間にオフセットが存在する。つまり、図4(B)に示すように、X軸上における位置オフセット成分Xofs、Z軸上における位置オフセット成分Zofsが存在し、また、図4(C)に示すように、Y軸上における位置オフセット成分Yofsが存在する。   As shown in FIG. 4A, the magnetic sensor 34 is attached to the side surface of the housing of the probe 10 or the like. For this reason, an offset exists between the origin of the magnetic sensor coordinate system (for example, the center position of the magnetic sensor 34) and the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system (for example, the center position of the transmission / reception surface of the probe 10: Puc). . That is, as shown in FIG. 4B, a position offset component Xofs on the X axis and a position offset component Zofs on the Z axis exist, and a position on the Y axis as shown in FIG. 4C. There is an offset component Yofs.

さらに、磁気センサ座標系と超音波ビーム走査座標系との間に、座標系の方向のオフセットが存在する場合もある。   Furthermore, there may be an offset in the direction of the coordinate system between the magnetic sensor coordinate system and the ultrasonic beam scanning coordinate system.

図5は、磁気センサ座標系と超音波ビーム走査座標系との間の方向のオフセットを説明するための図である。図5(A)には、磁気センサ座標系(Xmr,Ymr,Zmr)と超音波ビーム走査座標系(X,Y,Z)が示されている。なお、超音波ビーム走査座標系は、図3を利用して説明したように、超音波ビームアドレスを設定するのに適したr,θ,φの極座標系であるが、図5においては、方向のオフセットの理解を容易にするためにXYZ直交座標系として示している。ちなみに、超音波ビームアドレスを設定する際には、後に詳述するように、超音波ビーム走査座標系に関して、XYZ直交座標系からr,θ,φの極座標系への変換処理が実行される。   FIG. 5 is a diagram for explaining the offset in the direction between the magnetic sensor coordinate system and the ultrasonic beam scanning coordinate system. FIG. 5A shows a magnetic sensor coordinate system (Xmr, Ymr, Zmr) and an ultrasonic beam scanning coordinate system (X, Y, Z). The ultrasonic beam scanning coordinate system is a polar coordinate system of r, θ, and φ suitable for setting the ultrasonic beam address as described with reference to FIG. 3, but in FIG. In order to facilitate understanding of the offset, the XYZ rectangular coordinate system is shown. Incidentally, when setting the ultrasonic beam address, as will be described in detail later, conversion processing from the XYZ orthogonal coordinate system to the polar coordinate system of r, θ, φ is executed with respect to the ultrasonic beam scanning coordinate system.

図5(B)には、磁気センサ座標系(Xmr,Ymr,Zmr)と超音波ビーム走査座標系(X,Y,Z)との間の方向のオフセットが示されている。つまり、X軸とXmr軸との間の角度オフセットXangofs、Y軸とYmr軸との間の角度オフセットYangofs、Z軸とZmr軸との間の角度オフセットZangofsが示されている。   FIG. 5B shows an offset in the direction between the magnetic sensor coordinate system (Xmr, Ymr, Zmr) and the ultrasonic beam scanning coordinate system (X, Y, Z). That is, the angle offset Xangofs between the X axis and the Xmr axis, the angle offset Yangofs between the Y axis and the Ymr axis, and the angle offset Zangofs between the Z axis and the Zmr axis are shown.

本実施形態では、磁気センサ座標系の原点と超音波ビーム走査座標系の原点との間のオフセット(位置オフセット)と、磁気センサ座標系と超音波ビーム走査座標系との間の方向のオフセット(角度オフセット)とを加味して、変換マトリクスTusrxが次式のように定義される。

Figure 2007029335
In this embodiment, an offset (position offset) between the origin of the magnetic sensor coordinate system and the origin of the ultrasonic beam scanning coordinate system, and an offset in the direction between the magnetic sensor coordinate system and the ultrasonic beam scanning coordinate system ( The conversion matrix Tusrx is defined as follows, taking into account the angle offset).
Figure 2007029335

位置オフセットの値や角度オフセットの値は、磁気センサ34のプローブ10への取り付け位置や角度によって幾何学的に決定される値である。つまり、数2に定義される変換マトリクスTusrxは、磁気センサ34のプローブ10への取り付け位置や角度によって幾何学的に決定される。   The value of the position offset or the value of the angle offset is a value that is geometrically determined by the attachment position or angle of the magnetic sensor 34 to the probe 10. That is, the conversion matrix Tusrx defined in Equation 2 is geometrically determined by the attachment position and angle of the magnetic sensor 34 to the probe 10.

一方、数1における変換マトリクスTrxtxは、磁気センサ34の座標系から磁場発生部座標系への変換マトリクスであり、次のように決定される。磁気センサ34は、磁場発生部30が発生する磁場を検出することにより、磁場発生部座標系における磁気センサ34の座標情報として、座標値P0mg(図3参照)を磁気センサ制御部36へ出力する。つまり位置を示す(Xmt0,Ymt0,Zmt0)と方向を示す(XmtAng0,YmtAng0,ZmtAng0)を出力する。この検出値を利用して、変換マトリクスTrxtxが次式のように求められる。

Figure 2007029335
On the other hand, the conversion matrix Trxtx in Equation 1 is a conversion matrix from the coordinate system of the magnetic sensor 34 to the magnetic field generation unit coordinate system, and is determined as follows. The magnetic sensor 34 detects a magnetic field generated by the magnetic field generation unit 30 and outputs a coordinate value P0 mg (see FIG. 3) to the magnetic sensor control unit 36 as coordinate information of the magnetic sensor 34 in the magnetic field generation unit coordinate system. . That is, (Xmt0, Ymt0, Zmt0) indicating the position and (XmtAng0, YmtAng0, ZmtAng0) indicating the direction are output. Using this detected value, a conversion matrix Trxtx is obtained as follows.
Figure 2007029335

数2および数3を数1に適用することにより、Tustxが決定され、その結果、Tustx-1が演算により求められる。そして、変換マトリクスTustx-1を利用して、磁気センサ32から得られる磁気センサ32の位置Pr2(Xmt1,Ymt1,Zmt1)を超音波ビーム走査座標系のXYZ直交座標Pr2(x2,y2,z2)で表すと次式のようになる。

Figure 2007029335
By applying Equation 2 and Equation 3 to Equation 1 , Tustx is determined, and as a result, Tustx −1 is obtained by calculation. The position Pr2 (Xmt1, Ymt1, Zmt1) of the magnetic sensor 32 obtained from the magnetic sensor 32 is converted into the XYZ orthogonal coordinates Pr2 (x2, y2, z2) of the ultrasonic beam scanning coordinate system using the transformation matrix Tustx- 1. Is expressed as follows.
Figure 2007029335

数4により、磁気センサ32から得られる磁気センサ32の位置を超音波ビーム走査座標系のXYZ直交座標で表すことが可能になる。次に、超音波ビーム走査座標系に関して、XYZ直交座標系からr,θ,φの極座標系への変換処理について説明する。   Expression 4 enables the position of the magnetic sensor 32 obtained from the magnetic sensor 32 to be expressed by XYZ orthogonal coordinates in the ultrasonic beam scanning coordinate system. Next, regarding the ultrasonic beam scanning coordinate system, a conversion process from the XYZ orthogonal coordinate system to the polar coordinate system of r, θ, φ will be described.

超音波ビーム走査の設定は、フレームアドレス、ラインアドレスを利用して行われる。このため、数4によって得られるXYZ直交座標系で得られる磁気センサ32の位置Pr2(x2,y2,z2)は、θ方向をラインアドレス、φ方向をフレームアドレスとするθφ座標系に変換する必要がある。   Ultrasonic beam scanning is set using a frame address and a line address. For this reason, the position Pr2 (x2, y2, z2) of the magnetic sensor 32 obtained in the XYZ orthogonal coordinate system obtained by Equation 4 needs to be converted into a θφ coordinate system in which the θ direction is a line address and the φ direction is a frame address. There is.

図6は、超音波ビーム走査座標系についての直交座標系と極座標系との対応関係を説明するための図であり、図6(A)(B)には、θ方向(図3参照)をラインアドレス、φ方向(図3参照)をフレームアドレスとするθφ座標系(超音波ビームの深さ方向をr方向としたrθφ三次元極座標系に対応する)とXYZ直交座標系との対応関係が示されている。ちなみに、図6においては、一例として、ライン総数を40本、フレーム総数を40枚としている。   FIG. 6 is a diagram for explaining the correspondence between the orthogonal coordinate system and the polar coordinate system for the ultrasonic beam scanning coordinate system, and FIGS. 6A and 6B show the θ direction (see FIG. 3). The correspondence relationship between the line address and the θφ coordinate system (corresponding to the rθφ three-dimensional polar coordinate system in which the ultrasonic beam depth direction is the r direction) with the φ direction (see FIG. 3) as the frame address, It is shown. Incidentally, in FIG. 6, as an example, the total number of lines is 40 and the total number of frames is 40.

図6(A)に示す幾何学的配置関係から、XYZ直交座標系における磁気センサ32の位置Pr2(x2,y2,z2)のフレームアドレスCathPosFAdrsは、次式のように求めることができる。

Figure 2007029335
From the geometrical arrangement relationship shown in FIG. 6A, the frame address CathPosFAdrs of the position Pr2 (x2, y2, z2) of the magnetic sensor 32 in the XYZ orthogonal coordinate system can be obtained as follows.
Figure 2007029335

一方、図6(B)に示す幾何学的配置関係から、XYZ直交座標系における磁気センサ32の位置Pr2(x2,y2,z2)のラインアドレスCathPosLAdrsは、次式のように求めることができる。

Figure 2007029335
On the other hand, the line address CathPosLAdrs of the position Pr2 (x2, y2, z2) of the magnetic sensor 32 in the XYZ orthogonal coordinate system can be obtained from the geometric arrangement relationship shown in FIG.
Figure 2007029335

本実施形態では、XYZ直交座標系で得られる磁気センサ32の位置Pr2(x2,y2,z2)から、位置Pr2に対応するラインアドレスおよびフレームアドレスを数5および数6を利用して算出し、そして、磁気センサ32の位置Pr2、つまりカテーテル40の先端付近に超音波ビームを高密度に走査させる。   In the present embodiment, the line address and frame address corresponding to the position Pr2 are calculated from the position Pr2 (x2, y2, z2) of the magnetic sensor 32 obtained in the XYZ orthogonal coordinate system using the formulas 5 and 6. Then, the ultrasonic beam is scanned at a high density near the position Pr2 of the magnetic sensor 32, that is, near the tip of the catheter 40.

図7は、ビーム密度を変化させた超音波ビームの走査を説明するための図である。プローブ10によって形成される超音波ビームは、超音波ビームスキャンエリア60内の全域に亘って電子走査される。その際、カテーテル40の先端を含む領域1と、それ以外の領域2との間で超音波ビームの密度が変更される。つまり、領域2に比べて、カテーテル40の先端を含む領域1において、超音波ビームが高密度に走査される。その結果、カテーテル40の先端を含む領域1において空間分解能が高い超音波画像を形成することが可能になる。例えば、領域2におけるビーム密度を低くしてボリュームレートを上げる一方、狭い領域1内にのみ超音波ビームを高密度に走査することにより、高いボリュームレートを確保しつつ、カテーテル40の先端を明瞭に映し出した超音波画像を形成することができる。このため、例えば、三次元画像をリアルタイムで確認し、明瞭に映し出されるカテーテル40を観察しながら、カテーテル40の挿入操作を行うことが可能になる。そこで、次に超音波ビームの走査密度の制御について詳述する。   FIG. 7 is a diagram for explaining scanning of an ultrasonic beam with the beam density changed. The ultrasonic beam formed by the probe 10 is electronically scanned over the entire area in the ultrasonic beam scan area 60. At that time, the density of the ultrasonic beam is changed between the region 1 including the distal end of the catheter 40 and the other region 2. That is, compared with the region 2, the ultrasonic beam is scanned with higher density in the region 1 including the distal end of the catheter 40. As a result, an ultrasonic image with high spatial resolution can be formed in the region 1 including the distal end of the catheter 40. For example, while lowering the beam density in the region 2 to increase the volume rate, the ultrasonic beam is scanned at a high density only in the narrow region 1 so that the distal end of the catheter 40 is clear while ensuring a high volume rate. A projected ultrasonic image can be formed. For this reason, for example, it becomes possible to perform the insertion operation of the catheter 40 while confirming the three-dimensional image in real time and observing the catheter 40 clearly displayed. Then, control of the scanning density of an ultrasonic beam is explained in full detail next.

図8は、走査密度を変化させる場合の超音波ビームの形成位置を示す模式図であり、図3に示す超音波ビームスキャンエリア60をプローブ10側から見た場合の底面に対応している。図8において、横軸方向はφ(フレームアドレス)を示しており、縦軸方向はθ(ラインアドレス)を示している。そして、黒丸で示される複数の点が超音波ビームの形成位置を示している。なお、図8においては、設定可能な最大フレーム数を40枚、設定可能な最大ライン数を40本として説明するが、本発明においてフレーム数やライン数はこれらの数に限定されない。   FIG. 8 is a schematic diagram showing the formation position of the ultrasonic beam when the scanning density is changed, and corresponds to the bottom surface when the ultrasonic beam scan area 60 shown in FIG. 3 is viewed from the probe 10 side. In FIG. 8, the horizontal axis direction represents φ (frame address), and the vertical axis direction represents θ (line address). A plurality of points indicated by black circles indicate the formation position of the ultrasonic beam. In FIG. 8, the maximum number of frames that can be set is 40 and the maximum number of lines that can be set is 40. However, in the present invention, the number of frames and the number of lines are not limited to these numbers.

また、数5および数6によって求められる磁気センサ32の位置Pr2(つまりカテーテル40の先端の位置)は、ラインアドレス15、フレームアドレス19とする。そして、カテーテル40の先端を中心として、領域1のサイズをラインアドレス幅9、フレームアドレス幅9とする。さらに、領域1におけるライン方向のビーム密度を1(ラインアドレス1つに対して1本)、フレーム方向のビーム密度を1(フレームアドレス1つに対して1本)とし、領域2におけるライン方向のビーム密度を0.5(ラインアドレス2つに対して1本)、フレーム方向のビーム密度を0.5(フレームアドレス2つに対して1本)とする。   Further, the position Pr2 (that is, the position of the tip of the catheter 40) of the magnetic sensor 32 obtained by the equations 5 and 6 is set to the line address 15 and the frame address 19. The size of the region 1 is set to a line address width 9 and a frame address width 9 with the tip of the catheter 40 as the center. Further, the beam density in the line direction in the region 1 is 1 (one for one line address), the beam density in the frame direction is 1 (one for one frame address), and the line density in the region 2 is The beam density is 0.5 (one for two line addresses), and the beam density in the frame direction is 0.5 (one for two frame addresses).

図8は、これらの条件の下における超音波ビームの形成位置を示している。図示するように、領域2に比べて領域1内において、黒丸で示される点の密度つまり超音波ビームの密度が高い。超音波ビーム密度の制御は、主にシステム制御部20によって行われる。   FIG. 8 shows the formation position of the ultrasonic beam under these conditions. As shown in the figure, the density of points indicated by black circles, that is, the density of the ultrasonic beam is higher in the area 1 than in the area 2. The control of the ultrasonic beam density is mainly performed by the system control unit 20.

図9は、超音波ビーム密度を制御する際に利用されるテーブルを示しており、図9(A)はビームディレイテーブルを示し、図9(B)はビームシーケンステーブルを示している。また、図10は、超音波ビームのビーム制御部周辺のブロック図である。図10に示す各構成は、システム制御部20内で実現される。図9および図10を利用して超音波ビームの走査手順を説明する。   FIG. 9 shows a table used when controlling the ultrasonic beam density, FIG. 9A shows a beam delay table, and FIG. 9B shows a beam sequence table. FIG. 10 is a block diagram around the beam control unit of the ultrasonic beam. Each configuration illustrated in FIG. 10 is realized in the system control unit 20. An ultrasonic beam scanning procedure will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

まず、システムの初期化時に、ビーム制御部200は、ディレイ情報が格納されたビームディレイテーブル230を設定する。ビームディレイテーブル230は、θ方向走査角、φ方向走査角、1ボリュームを構成する設定可能最大フレーム数、1フレームを構成する設定可能最大ライン数、診断レンジなどのパラメータに応じて設定される。図8の例を用いれば、設定可能最大フレーム数40枚、最大ライン数40本であるため、合計1600本の超音波ビームの各々に関するディレイ情報が計算されてビームディレイテーブル230として設定される。   First, when the system is initialized, the beam control unit 200 sets a beam delay table 230 in which delay information is stored. The beam delay table 230 is set according to parameters such as the θ-direction scanning angle, the φ-direction scanning angle, the maximum number of frames that can be configured in one volume, the maximum number of lines that can be configured in one frame, and the diagnostic range. If the example of FIG. 8 is used, since the maximum number of frames that can be set is 40 and the maximum number of lines is 40, delay information about each of a total of 1600 ultrasonic beams is calculated and set as the beam delay table 230.

次に、ビーム制御部200は、磁気センサ制御部36から磁気センサ32および磁気センサ34に関する座標情報を取得し、数1から数6を利用して、カテーテル40の先端位置に対応するフレームアドレスとラインアドレスを求める。そして、ビーム制御部200は、超音波ビーム密度を大きくする領域1を設定する。図8の例を用いれば、ラインアドレス11から19、且つ、フレームアドレス15から23の領域を領域1とする。   Next, the beam control unit 200 acquires coordinate information related to the magnetic sensor 32 and the magnetic sensor 34 from the magnetic sensor control unit 36, and uses the equations 1 to 6 to obtain a frame address corresponding to the distal end position of the catheter 40 and Find the line address. Then, the beam control unit 200 sets a region 1 where the ultrasonic beam density is increased. If the example of FIG. 8 is used, the area | region of the line addresses 11-19 and the frame addresses 15-23 will be the area | region 1. FIG.

次に、ビーム制御部200は、超音波ビームを送受信する順にビームシーケンステーブル220にビーム番号を設定する。つまり、図9(B)に示すように、ビーム番号が小さい順に送受信すべきビーム番号が選択的に設定される。図8の例を用いれば、領域1におけるライン方向のビーム密度とフレーム方向のビーム密度は共に1であるため、図9(A)の領域1に対応するビーム番号は全て選択される。これに対し、領域2におけるライン方向のビーム密度とフレーム方向のビーム密度は共に0.5であるため、図9(A)の領域2(領域1以外の領域)においては、ラインアドレス2つに対して1本、フレームアドレス2つに対して1本の割合でビーム番号が選択され、図9(B)のように設定される。   Next, the beam control unit 200 sets beam numbers in the beam sequence table 220 in the order of transmitting and receiving ultrasonic beams. That is, as shown in FIG. 9B, beam numbers to be transmitted and received are selectively set in ascending order of beam numbers. If the example of FIG. 8 is used, since the beam density in the line direction and the beam density in the frame direction in the region 1 are both 1, all the beam numbers corresponding to the region 1 in FIG. 9A are selected. On the other hand, since the beam density in the line direction and the beam density in the frame direction in the area 2 are both 0.5, in the area 2 (area other than the area 1) in FIG. On the other hand, one beam number is selected at a rate of one for every two frame addresses, and is set as shown in FIG. 9B.

そして、ビーム制御部200は、ビームカウンタ210のカウントをスタートさせる。カウント値はビームシーケンステーブル220に入力され、ビームシーケンステーブル220は、カウントごとにテーブル内に設定されているビーム番号を順にビームディレイテーブル230へ出力する。ビームディレイテーブル230は、ビームシーケンステーブル220から出力されるビーム番号に対応した送信ディレイ情報を送信部12へ出力し、また、受信ディレイ情報を受信部14へ出力する。こうして、超音波ビーム密度が制御される。   Then, the beam control unit 200 starts counting of the beam counter 210. The count value is input to the beam sequence table 220, and the beam sequence table 220 sequentially outputs the beam numbers set in the table for each count to the beam delay table 230. The beam delay table 230 outputs transmission delay information corresponding to the beam number output from the beam sequence table 220 to the transmission unit 12 and outputs reception delay information to the reception unit 14. Thus, the ultrasonic beam density is controlled.

なお、図8から図10に示した例では、超音波ビームを高密度に形成する領域1のサイズをラインアドレス幅9、フレームアドレス幅9の正方形としているが、領域1のサイズは、例えば、入力部22を介してユーザが任意に設定してもよい。また、領域の形状も正方形に限定する必要はない。さらに、密度の異なる領域を段階的に設けてもよい。   In the example shown in FIGS. 8 to 10, the size of the region 1 where the ultrasonic beam is formed at a high density is a square having a line address width 9 and a frame address width 9. However, the size of the region 1 is, for example, The user may arbitrarily set via the input unit 22. Further, the shape of the region need not be limited to a square. Further, regions having different densities may be provided in stages.

図11は、超音波ビームの高密度領域の設定例を示す図である。図11(A)は、超音波ビームを高密度に形成する領域1の形状が、カテーテル先端を中心とする円形の例である。円形の領域1内において領域2よりも超音波ビームが高密度に形成される。また、図11(B)は、高密度領域を段階的に設定した例である。つまり、カテーテル先端付近の領域1において最も高密度に超音波ビームを形成し、領域1を取り囲む近傍の領域2を経て、カテーテル先端から離れた領域3にかけて、段階的に超音波ビームの密度を低くしている。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of setting a high-density region of an ultrasonic beam. FIG. 11A shows an example in which the shape of the region 1 where the ultrasonic beam is formed at a high density is a circle centering on the distal end of the catheter. In the circular region 1, the ultrasonic beam is formed at a higher density than in the region 2. FIG. 11B shows an example in which a high-density region is set stepwise. That is, the ultrasonic beam is formed at the highest density in the region 1 near the catheter tip, and gradually decreases in density from the region 2 surrounding the region 1 to the region 3 away from the catheter tip. is doing.

さらに、図12に示すように、カテーテル先端を基準として密度勾配を設けてもよい。例えば、カテーテル先端を最大値としてカテーテル先端から離れるに従って直線的に密度を小さくする直線勾配300を設けてもよい。またカテーテル先端を最大値としてカテーテル先端から離れるに従って曲線的に密度を小さくする曲線勾配400を設けてもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 12, a density gradient may be provided with the catheter tip as a reference. For example, a linear gradient 300 that linearly decreases the density with increasing distance from the catheter tip with the maximum value at the catheter tip may be provided. Further, a curve gradient 400 may be provided in which the density is reduced in a curve as the distance from the catheter tip increases with the catheter tip as a maximum value.

以上説明したように、本実施形態では超音波ビームの走査密度が制御されて、各超音波ビームごとにエコー信号が取得される。一般に、各超音波ビームごとに得られたエコー信号は、二次元スキャンコンバートまたは三次元スキャンコンバートされて、ボリュームデータとなる。本実施形態では、例えば、三次元画像作成部16内においてスキャンコンバートが行われ、この際、超音波ビームの走査密度が考慮される。   As described above, in this embodiment, the scanning density of the ultrasonic beam is controlled, and an echo signal is acquired for each ultrasonic beam. In general, the echo signal obtained for each ultrasonic beam is converted into volume data by two-dimensional scan conversion or three-dimensional scan conversion. In the present embodiment, for example, scan conversion is performed in the three-dimensional image creation unit 16, and at this time, the scanning density of the ultrasonic beam is taken into consideration.

図13は、スキャンコンバートで参照されるテーブルを説明するための図である。図13(d)に示すビーム密度パターン(図8に相当する密度パターン)において、フレームアドレスに着目した場合、(a)から(c)の三種類のフレームパターンが存在する。つまり、(a)に示す領域1のみのパターン、(b)に示す領域1と領域2を含むパターン、そして(c)に示す領域2のみのパターンの三種類のフレームパターンが存在する。   FIG. 13 is a diagram for explaining a table referred to in scan conversion. In the beam density pattern shown in FIG. 13D (density pattern corresponding to FIG. 8), when focusing on the frame address, there are three types of frame patterns from (a) to (c). That is, there are three types of frame patterns, that is, a pattern only for area 1 shown in (a), a pattern including area 1 and area 2 shown in (b), and a pattern only for area 2 shown in (c).

これらのフレームパターン(テーブル)は、ラインデータを補間してフレーム上の格子点の輝度値(ボクセルデータ)を算出する際に参照される。つまり、例えば、三次元画像作成部16は、図13(a)から(c)の三種類のフレームパターンを参照して、スキャンコンバートを実行する。このため、システム制御部20は、初期化時などに三種類のフレームパターンを作成し、作成した三種類のフレームパターンを三次元画像作成部16に提供しておく。三次元画像作成部16は、受信部14から超音波ビームごとにエコー信号を取得しながら、そのエコー信号が属するフレームのパターンを特定し、三種類のフレームパターンの中から該当するパターンを選択して補間処理を行う。なお、任意断面作成部18においても三種類のフレームパターンの中から該当するパターンが選択され補間処理が行われる。   These frame patterns (tables) are referred to when the luminance values (voxel data) of the lattice points on the frame are calculated by interpolating the line data. That is, for example, the three-dimensional image creation unit 16 refers to the three types of frame patterns shown in FIGS. 13A to 13C and executes scan conversion. Therefore, the system control unit 20 creates three types of frame patterns at the time of initialization or the like, and provides the created three types of frame patterns to the three-dimensional image creation unit 16. The three-dimensional image creation unit 16 acquires an echo signal for each ultrasonic beam from the reception unit 14, identifies a frame pattern to which the echo signal belongs, and selects a corresponding pattern from the three types of frame patterns. To perform interpolation processing. In the arbitrary section creation unit 18, the corresponding pattern is selected from the three types of frame patterns, and interpolation processing is performed.

さらに、本実施形態では、カテーテル先端の移動に応じて高密度領域を移動させ、カテーテルの動きに高密度領域を追従させることができる。   Furthermore, in this embodiment, a high-density area | region can be moved according to the movement of the catheter front-end | tip, and a high-density area | region can be made to follow the movement of a catheter.

図14は、本実施形態の超音波画像形成システムの画像形成処理動作を説明するための図である。まず、システムが初期化され(S102)、超音波ビーム送受信が開始される(S103)。そして、プローブとカテーテルに取り付けられた磁気センサからプローブとカテーテルの座標情報が読み取られ(S104)、システム制御部20によってカテーテルの位置に変化があるか否かが確認される(S105)。カテーテルの位置に変化がなければS112へ進み、カテーテルの位置に変化があればS106へ進む。   FIG. 14 is a diagram for explaining the image forming processing operation of the ultrasonic image forming system according to the present embodiment. First, the system is initialized (S102), and ultrasonic beam transmission / reception is started (S103). Then, the coordinate information of the probe and the catheter is read from the magnetic sensor attached to the probe and the catheter (S104), and it is confirmed by the system control unit 20 whether there is a change in the position of the catheter (S105). If there is no change in the position of the catheter, the process proceeds to S112, and if there is a change in the position of the catheter, the process proceeds to S106.

カテーテルの位置に変化がある場合、超音波ビームの送受信が停止される(S106)。そして、システム制御部20において、カテーテル先端位置が超音波ビーム走査座標系に変換され(S107)、カテーテル先端位置を中心とした超音波ビームの高密度領域が設定される(S108)。さらに、新たに設定された高密度領域に応じてビームシーケンステーブル(図9)が書き換えられ(S109)、また、新たに設定された高密度領域に応じて三次元画像作成部や任意断面作成部において利用される補間テーブル(図13において説明したフレームパターンテーブル)も設定される(S110)。こうして、新たに設定された高密度領域に対応した超音波ビームの送受信が開始される(S111)。   When there is a change in the position of the catheter, transmission / reception of the ultrasonic beam is stopped (S106). Then, the system control unit 20 converts the catheter tip position into the ultrasound beam scanning coordinate system (S107), and sets a high-density region of the ultrasound beam centered on the catheter tip position (S108). Further, the beam sequence table (FIG. 9) is rewritten according to the newly set high-density region (S109), and the three-dimensional image creation unit and the arbitrary cross-section creation unit according to the newly set high-density region. An interpolation table (frame pattern table described with reference to FIG. 13) used in is also set (S110). In this way, transmission / reception of an ultrasonic beam corresponding to the newly set high-density region is started (S111).

超音波ビームが送受信されると、受信部14において超音波ビームごとのエコー信号から超音波ラインデータが生成される(S112)。そして、三次元画像作成部16において、超音波ラインデータから二次元スキャンコンバートによりフレームデータが生成され(S113)、さらに、フレームデータから三次元スキャンコンバートによりボリュームデータが生成される(S114)。三次元画像作成部16はボリュームデータをレンダリング処理して、三次元画像(ボリュームレンダリング法に基づく透過表示画像)を作成する(S115)。一方、任意断面作成部18において、超音波ラインデータから二次元スキャンコンバートにより、断面画像として、フレームデータが生成される(S116)。   When the ultrasonic beam is transmitted and received, ultrasonic line data is generated from the echo signal for each ultrasonic beam in the receiving unit 14 (S112). Then, the 3D image creation unit 16 generates frame data from the ultrasonic line data by two-dimensional scan conversion (S113), and further generates volume data from the frame data by three-dimensional scan conversion (S114). The three-dimensional image creation unit 16 renders the volume data to create a three-dimensional image (transparent display image based on the volume rendering method) (S115). On the other hand, the arbitrary cross section creation unit 18 generates frame data as a cross section image by two-dimensional scan conversion from the ultrasonic line data (S116).

表示処理部24は、三次元画像と断面画像を合成して、例えば、三次元画像と断面画像を二枚並べた表示画像を形成して表示部26へ表示させる(S117)。そして、システム制御部20は、画像形成処理を終了するか否かを判断し(S118)、画像形成処理を続けるのであればS104に戻り、再びプローブとカテーテルの位置を確認して、カテーテルの位置の変化が判断される。画像形成処理を終了するのであれば本フローが終了する。こうして、カテーテルの位置の変化に応じて超音波ビームの高密度走査領域(例えば、図8における領域1)の位置が更新される。   The display processing unit 24 synthesizes the three-dimensional image and the cross-sectional image, for example, forms a display image in which two three-dimensional images and a cross-sectional image are arranged, and displays the display image on the display unit 26 (S117). Then, the system control unit 20 determines whether or not to end the image forming process (S118). If the image forming process is continued, the system control unit 20 returns to S104, confirms the positions of the probe and the catheter again, and determines the position of the catheter. Change is judged. If the image forming process is finished, this flow is finished. Thus, the position of the high-density scanning region (for example, region 1 in FIG. 8) of the ultrasonic beam is updated according to the change in the position of the catheter.

図15は、カテーテル先端の移動に応じてリアルタイムに高密度走査領域を移動させる手法を示す概念図である。つまり、図15の(a)から(d)の順にカテーテル先端が移動した場合に、カテーテル先端の移動ごとに、カテーテル先端が中心となるように高密度走査領域500が移動設定される。   FIG. 15 is a conceptual diagram showing a method of moving the high-density scanning region in real time according to the movement of the catheter tip. That is, when the catheter tip moves in the order of (a) to (d) in FIG. 15, the high-density scanning region 500 is set to move so that the catheter tip is centered with each movement of the catheter tip.

一方、図16は、カテーテル先端の移動に応じて領域ごとに高密度走査領域を移動させる手法を示す概念図である。つまり、超音波ビームの走査領域全域が、予め複数の領域に区分けされ、図16の(a)から(d)の順にカテーテル先端が移動した場合に、カテーテル先端の移動ごとにカテーテル先端が属する領域を判断して、カテーテル先端が属する領域を高密度走査領域500とする。   On the other hand, FIG. 16 is a conceptual diagram showing a method of moving the high-density scanning region for each region in accordance with the movement of the catheter tip. That is, when the entire scanning region of the ultrasonic beam is divided into a plurality of regions in advance and the catheter tip moves in the order of (a) to (d) in FIG. 16, the region to which the catheter tip belongs every time the catheter tip moves. Therefore, the region to which the catheter tip belongs is defined as a high-density scanning region 500.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した超音波画像形成システムは、例えば、超音波診断装置と位置検出装置で構成される。つまり、図1の磁場発生部30、磁気センサ32、磁気センサ34および磁気センサ制御部36からなる位置検出装置を利用して、超音波診断装置のプローブ10に磁気センサ34を取り付ける構成である。また、磁気センサ制御部36およびシステム制御部20のうちの少なくとも一方がコンピュータで構成されてもよい。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described ultrasonic image forming system includes, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus and a position detection apparatus. In other words, the magnetic sensor 34 is attached to the probe 10 of the ultrasonic diagnostic apparatus using the position detection device including the magnetic field generator 30, the magnetic sensor 32, the magnetic sensor 34, and the magnetic sensor controller 36 in FIG. Further, at least one of the magnetic sensor control unit 36 and the system control unit 20 may be configured by a computer.

さらに、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上述した実施形態では、カテーテル先端の近傍でビーム密度を大きくする旨の技術を示したが、カテーテル先端の近傍で超音波ビームを収束(フォーカス)させて、カテーテル先端の近傍の空間分解能を向上させてもよい。また、カテーテル先端の近傍で、ボリュームレンダリングを行う際のレイの密度を大きく設定することなども可能である。   Further, the above-described embodiments are merely examples in all respects, and do not limit the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the technique for increasing the beam density in the vicinity of the catheter tip has been shown. However, the ultrasonic beam is converged (focused) in the vicinity of the catheter tip, so that the spatial resolution near the catheter tip is increased. It may be improved. It is also possible to set a large ray density when performing volume rendering near the tip of the catheter.

本発明に係る超音波画像形成システムの全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the overall configuration of an ultrasonic image forming system according to the present invention. プローブ、カテーテルおよびこれらに取り付けられた磁気センサの位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positional relationship of a probe, a catheter, and the magnetic sensor attached to these. 磁気センサの座標系と超音波ビーム走査座標系を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the coordinate system and ultrasonic beam scanning coordinate system of a magnetic sensor. 磁気センサ座標系の原点と超音波ビーム走査座標系の原点との間のオフセットを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the offset between the origin of a magnetic sensor coordinate system, and the origin of an ultrasonic beam scanning coordinate system. 磁気センサ座標系と超音波ビーム走査座標系との間の方向のオフセットを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the offset of the direction between a magnetic sensor coordinate system and an ultrasonic beam scanning coordinate system. 超音波ビーム走査座標系についての直交座標系と極座標系との対応関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correspondence of the orthogonal coordinate system and polar coordinate system about an ultrasonic beam scanning coordinate system. ビーム密度を変化させた超音波ビームの走査を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning of the ultrasonic beam which changed the beam density. 走査密度を変化させる場合の超音波ビームの形成位置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation position of the ultrasonic beam in the case of changing scanning density. 超音波ビーム密度を制御する際に利用されるテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table utilized when controlling an ultrasonic beam density. 超音波ビームのビーム制御部周辺のブロック図である。It is a block diagram around the beam control part of an ultrasonic beam. 超音波ビームの高密度領域の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the high-density area | region of an ultrasonic beam. カテーテル先端を基準とした密度勾配を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the density gradient on the basis of the catheter front-end | tip. スキャンコンバートで参照されるテーブルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the table referred by scan conversion. 本実施形態の超音波画像形成システムの画像形成処理動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image formation processing operation of the ultrasonic image formation system of this embodiment. カテーテル先端の移動に応じてリアルタイムに高密度走査領域を移動させる手法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the method of moving a high-density scanning area | region in real time according to the movement of the catheter front-end | tip. カテーテル先端の移動に応じて領域ごとに高密度走査領域を移動させる手法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the method of moving a high-density scanning area | region for every area | region according to the movement of the catheter front-end | tip.

符号の説明Explanation of symbols

10 プローブ、12 送信部、14 受信部、16 三次元画像作成部、18 任意断面作成部、20 システム制御部、24 表示処理部、30 磁場発生部、32,34 磁気センサ、36 磁気センサ制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Probe, 12 Transmission part, 14 Reception part, 16 3D image creation part, 18 Arbitrary cross section creation part, 20 System control part, 24 Display processing part, 30 Magnetic field generation part, 32, 34 Magnetic sensor, 36 Magnetic sensor control part .

Claims (7)

被検体に挿入された挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる超音波画像形成システムであって、
挿入体を含む空間内に超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波手段と、
前記エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、
挿入体の座標情報を取得する座標情報取得手段と、
を有し、
前記挿入体の座標情報に基づいて超音波の送受波制御を行うことにより、前記挿入体の画像を被検体の画像上に明示させた超音波画像を形成する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
An ultrasound imaging system for displaying an image of an inserted body inserted into a subject on the image of the subject,
Wave transmitting / receiving means for acquiring an echo signal by transmitting / receiving an ultrasonic wave in a space including an insert;
Image forming means for forming an ultrasonic image based on the echo signal;
Coordinate information acquisition means for acquiring the coordinate information of the insert;
Have
By performing ultrasonic wave transmission / reception control based on the coordinate information of the insert, an ultrasonic image in which the image of the insert is clearly shown on the image of the subject is formed.
An ultrasonic imaging system characterized by that.
請求項1に記載の超音波画像形成システムにおいて、
前記挿入体の座標情報から得られる挿入体の位置情報に基づいて、挿入体とその近傍領域からなる高密度走査領域内において超音波ビームを高密度に走査させることにより、当該高密度走査領域内における空間分解能が高い超音波画像を形成する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
The ultrasonic imaging system according to claim 1,
Based on the position information of the insert obtained from the coordinate information of the insert, the ultrasonic beam is scanned at a high density in the high-density scan area composed of the insert and the vicinity thereof. Form an ultrasound image with high spatial resolution at
An ultrasonic imaging system characterized by that.
請求項2に記載の超音波画像形成システムにおいて、
前記位置情報に基づいて確認される挿入体の移動に応じて前記高密度走査領域を移動させることにより前記挿入体の動きに前記高密度走査領域を追従させる、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
The ultrasonic imaging system according to claim 2,
Causing the high-density scanning region to follow the movement of the insert by moving the high-density scanning region according to the movement of the insert confirmed based on the position information;
An ultrasonic imaging system characterized by that.
被検体に挿入された挿入体の画像を被検体の画像上に表示させる超音波画像形成システムであって、
挿入体を含む空間内に超音波を送受波してエコー信号を取得する送受波手段と、
前記エコー信号に基づいて超音波画像を形成する画像形成手段と、
挿入体の座標情報を取得する座標情報取得手段と、
を有し、
前記挿入体の座標情報に基づいて、挿入体に対応した画像を前記超音波画像上に形成することにより、前記挿入体の画像を被検体の画像上に明示させた表示画像を形成する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
An ultrasound imaging system for displaying an image of an inserted body inserted into a subject on the image of the subject,
Wave transmitting / receiving means for acquiring an echo signal by transmitting / receiving an ultrasonic wave in a space including an insert;
Image forming means for forming an ultrasonic image based on the echo signal;
Coordinate information acquisition means for acquiring the coordinate information of the insert;
Have
Based on the coordinate information of the insert, an image corresponding to the insert is formed on the ultrasound image, thereby forming a display image in which the image of the insert is clearly shown on the image of the subject.
An ultrasonic imaging system characterized by that.
請求項4に記載の超音波画像形成システムにおいて、
前記挿入体の座標情報から得られる挿入体の位置情報に基づいて、前記超音波画像上の挿入体に対応した位置に、前記挿入体に対応した画像としてマーカを形成する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
The ultrasonic imaging system according to claim 4.
Based on the position information of the insert obtained from the coordinate information of the insert, a marker is formed as an image corresponding to the insert at a position corresponding to the insert on the ultrasonic image.
An ultrasonic imaging system characterized by that.
被検体に挿入されたカテーテルを含む空間内に超音波を送受波するプローブと、
前記プローブを制御する送受信制御部と、
前記プローブに取り付けられた第一磁気センサと、
前記カテーテルに取り付けられた第二磁気センサと、
を有し、
前記第一磁気センサと第二磁気センサの各々から得られる座標情報に基づいて前記プローブを基準とした座標系で前記カテーテルの位置を特定し、特定されたカテーテルの位置に応じて超音波ビームの走査密度を制御する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
A probe for transmitting and receiving ultrasonic waves in a space including a catheter inserted into a subject;
A transmission / reception controller for controlling the probe;
A first magnetic sensor attached to the probe;
A second magnetic sensor attached to the catheter;
Have
Based on the coordinate information obtained from each of the first magnetic sensor and the second magnetic sensor, the position of the catheter is specified in a coordinate system based on the probe, and an ultrasonic beam is determined according to the specified position of the catheter. Control the scanning density,
An ultrasonic imaging system characterized by that.
請求項6に記載の超音波画像形成システムにおいて、
前記カテーテルの位置に対応するフレームアドレスおよびラインアドレスを求めることにより、超音波ビームを特定するフレームアドレスおよびラインアドレスに基づいて、前記カテーテルの位置とその近傍領域からなる高密度走査領域を設定する、
ことを特徴とする超音波画像形成システム。
The ultrasonic imaging system according to claim 6.
By obtaining a frame address and a line address corresponding to the position of the catheter, based on the frame address and the line address for specifying the ultrasonic beam, a high-density scanning region composed of the position of the catheter and its neighboring region is set.
An ultrasonic imaging system characterized by that.
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