JP2007037790A - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To anatomically precisely accord a pre-recorded point on ultrasonic diagnostic equipment from heterogeneous image data with a point of a subject supposed to anatomically accord with the point. <P>SOLUTION: This ultrasonic diagnostic equipment is provided with: an ultrasonic tomogram formation means forming an ultrasonic tomogram by ultrasonic signals transmitted/received in the living body; a detecting means detecting the position or orientation of the ultrasonic tomogram; a specification means specifying a feature point on the living body; a reference image data retaining means; and a guide image formation means collating anatomical positions of the specified feature point with the reference point on the reference image data and forming an image guiding the anatomical position or orientation of the ultrasonic tomogram based on the detected position or orientation and the reference result. The specification means specifies the feature point on the ultrasonic tomogram and the guide image formation means calculates the position of the feature point in the living body based on the position of the specified feature point on the ultrasonic tomogram and the detected position or orientation of the ultrasonic tomogram. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検体に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。     The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an ultrasonic image using an ultrasonic signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to a subject.

生体内に超音波を送信し、生体組織からの反射波を受信して生体の状態を画像として観察する超音波診断装置は、生体内の様子をリアルタイムで観察できるため普及している。術者は、超音波診断装置を用いる際、あらかじめ生体内の各器官、各組織の既知の解剖学的な位置関係を念頭に置きながら、現在観察している超音波断層像の解剖学上の位置を推定して超音波断層像を観察し、診断を行っている。このような診断を支援するために、超音波断層像で観察している位置を案内するガイド画像を表示する超音波診断装置が提案されている。   2. Description of the Related Art An ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves into a living body, receives reflected waves from living tissue, and observes the state of the living body as an image is popular because it can observe the state in the living body in real time. When using an ultrasonic diagnostic apparatus, the surgeon should keep in mind the known anatomical positional relationship between organs and tissues in the living body in advance, and consider the anatomy of the currently observed ultrasonic tomographic image. Diagnosis is performed by estimating the position and observing the ultrasonic tomogram. In order to support such a diagnosis, an ultrasonic diagnostic apparatus that displays a guide image for guiding a position observed on an ultrasonic tomographic image has been proposed.

例えば特開平10−151131号公報で開示された超音波診断装置では、外部からボリューム画像を含む複数の画像を入力する画像データ入力装置を設け、体外の探触子(超音波プローブ)から超音波を照射することで特定診断部位の超音波断層像を得て、この超音波断層像に対応する位置の2次元画像(断層像)を画像データ入力装置からの画像より得て超音波断層像に並べて若しくは重ねて、又は一定時間で交互に表示させる画像位置関係付け表示手段を設けている。画像位置関係付け表示手段は、磁場を発信する発信器、または磁場を受信する受信器を探触子の側面や内部に設けている。この発信器や受信器は探触子が被検体のどの部位に位置しているかを知るために用いられる。この超音波診断装置を用いることで、検査中の超音波断層面に対応するX線CT装置の断層像やMRI装置の断層像と、超音波断層像とを比較しながら検査をすることができる。   For example, in the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131, an image data input device for inputting a plurality of images including a volume image from the outside is provided, and ultrasonic waves are transmitted from an external probe (ultrasonic probe). To obtain an ultrasonic tomographic image of a specific diagnostic region, and obtain a two-dimensional image (tomographic image) of the position corresponding to this ultrasonic tomographic image from an image from the image data input device to obtain an ultrasonic tomographic image. Image position relationship display means for displaying the images side by side, overlaid, or alternately in a fixed time is provided. The image positional relationship display means is provided with a transmitter for transmitting a magnetic field or a receiver for receiving a magnetic field on the side or inside of the probe. This transmitter or receiver is used to know in which part of the subject the probe is located. By using this ultrasonic diagnostic apparatus, it is possible to inspect while comparing the tomographic image of the X-ray CT apparatus or the MRI apparatus corresponding to the ultrasonic tomographic plane under examination with the ultrasonic tomographic image. .

また、例えば特開2004−113629号公報で開示された超音波診断装置では、超音波を送受する部位の位置を検出するための超音波走査位置検出手段と、超音波信号を基に超音波断層像を生成する超音波画像生成手段と、超音波走査位置検出手段により得られる位置に対応する被検体の部位の解剖学的な模式図を人体の模式図データを有する画像情報保持手段より取得し、この模式図をガイド画像として超音波断層像と同一の画面に表示させる制御手段と、を設けている。この特開2004−113629 号公報では、超音波断層像を得る手段として被検体内に挿入する細長で可撓性のある超音波プローブを設けており、この超音波プローブとして、挿入軸の周囲に超音波振動子群をアレイ状に設けた電子ラジアル走査型超音波内視鏡と、挿入軸の一方に超音波振動子群を扇状に設けた電子コンベックス型超音波内視鏡と、挿入軸を中心に超音波振動子片が回転する機械走査型超音波内視鏡を設けた超音波診断装置とが開示されている。これら超音波内視鏡は、通常、その体腔内への可撓部の先端に、体腔内に照明光を照射する照明窓と、体腔内の様子を観察するための観察窓とを設けているのが通例である。   Further, for example, in the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-113629, ultrasonic scanning position detecting means for detecting the position of a part for transmitting and receiving ultrasonic waves, and ultrasonic tomography based on the ultrasonic signal An ultrasonic image generation unit that generates an image, and an anatomical schematic diagram of a part of the subject corresponding to the position obtained by the ultrasonic scanning position detection unit are acquired from an image information holding unit that includes schematic diagram data of a human body. And a control means for displaying the schematic diagram as a guide image on the same screen as the ultrasonic tomographic image. In this Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-113629, an elongated and flexible ultrasonic probe to be inserted into a subject is provided as means for obtaining an ultrasonic tomographic image, and this ultrasonic probe is provided around the insertion axis. An electronic radial scanning ultrasonic endoscope with an ultrasonic transducer group arranged in an array, an electronic convex ultrasonic endoscope with an ultrasonic transducer group fan-shaped on one of the insertion axes, and an insertion axis An ultrasonic diagnostic apparatus provided with a mechanical scanning ultrasonic endoscope in which an ultrasonic transducer piece rotates at the center is disclosed. These ultrasonic endoscopes are normally provided with an illumination window for irradiating illumination light into the body cavity and an observation window for observing the inside of the body cavity at the distal end of the flexible part into the body cavity. It is customary.

ところで、特開平10−151131号公報のように検査中の超音波断層面に対応するX線CT装置の断層像やMRI装置の断層像と超音波断層像とを比較したり、特開2004−113629号公報のように検査中の超音波断層像に対応した模式図と超音波断層像とを比較するためには、超音波断層像と異種の画像データとの位置関係を解剖学的に一致させる必要がある。   By the way, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131, a tomographic image of an X-ray CT apparatus corresponding to an ultrasonic tomographic plane under examination, a tomographic image of an MRI apparatus and an ultrasonic tomographic image are compared, In order to compare a schematic diagram corresponding to an ultrasonic tomographic image under examination and an ultrasonic tomographic image as in Japanese Patent No. 113629, the positional relationship between the ultrasonic tomographic image and different types of image data is anatomically matched. It is necessary to let

この方法について、上記公報には以下のように開示されている。   This method is disclosed in the above publication as follows.

特開平10−151131号公報の:「X線CT装置やMRI装置等で得られた立体画像 〜中略〜 上記立体画像中の画素を探触子の原点となる位置で指し示し、空間内で対応する位置として記録しておく。このキャリブレーションを同一平面上にない4点以上について行えば、探触子の位置や超音波断層像上の画素と対応する上記立体画像中の画素を探し出すことができる。」
特開2004−113629号公報:特に明確な開示がない。
Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131: “stereoscopic image obtained by X-ray CT apparatus, MRI apparatus, etc. —approximately—points a pixel in the stereoscopic image at a position that is the origin of the probe and corresponds in space If this calibration is performed for four or more points that are not on the same plane, the position of the probe or the pixel in the stereoscopic image corresponding to the pixel on the ultrasonic tomographic image can be found. . "
JP 2004-113629 A: There is no particularly clear disclosure.

特開2004−113629号公報には開示がないので以下では触れず、特開平10−151131号公報の一致方法についてのみ以下に述べる。特開平10− 151131号公報の記述でも立体画像中の画素を「探触子の原点」となる位置で指し示す具体的な方法は明確ではない。そのため、ひとまず、特開平10−151131号公報の記述より、この方法を以下のように解釈する。   Since there is no disclosure in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-113629, it will not be described below, and only the matching method of Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131 will be described below. Even in the description of Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131, a specific method of pointing a pixel in a stereoscopic image at a position that is the “origin of the probe” is not clear. Therefore, for the time being, this method is interpreted as follows from the description in Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131.

[1]術者は、予めX線装置やMRI装置等で得られた立体画像の体表上に該当する4点を超音波診断装置に記録させる。 [1] The surgeon causes the ultrasonic diagnostic apparatus to record four corresponding points on the body surface of a stereoscopic image obtained in advance by an X-ray apparatus, an MRI apparatus, or the like.

[2]術者は、上記各4点に解剖学的に一致する被検者の実際の体表上の4点に探触子を順次接触させる。 [2] The surgeon sequentially brings the probe into contact with the four points on the actual body surface of the subject who anatomically match the four points.

[3]画像位置関係付け表示手段は、探触子の側面または内部に設けられた発信器または受信器を用い、接触した各時刻で「探触子の原点」の位置を求め、上記解剖学的にー致する4点の被検者の実際の体表上の位置とする。 [3] The image positional relationship display means uses a transmitter or a receiver provided on the side or inside of the probe, obtains the position of the “origin of the probe” at each contact time, and The actual position on the body surface of the subject 4 points that match.

[4]画像位置関係付け表示手段は、被検者の実際の体表上の4点の位置と、予めX線装置やMRI装置等で得られた立体画像の体表上に該当する4点の位置とを照合する。 [4] The image positional relationship display means includes four positions on the actual body surface of the subject and four points corresponding to the body surface of a stereoscopic image obtained in advance by an X-ray apparatus, an MRI apparatus, or the like. To match the position of.

[5]術者は、探触子の走査を開始して、超音波診断装置に被検者の超音波断層像を表示させる。 [5] The surgeon starts scanning the probe and causes the ultrasonic diagnostic apparatus to display an ultrasonic tomographic image of the subject.

[6]超音波診断装置は、受信器からの出力を基にして超音波断層像の各画素の位置を求める。 [6] The ultrasonic diagnostic apparatus obtains the position of each pixel of the ultrasonic tomographic image based on the output from the receiver.

[7]超音波診断装置は、超音波断層像の各画素位置にー致する立体画像中の各画素を順次読み出し、二次元画像(断層像)に再構築し、画像として表示する。
特開平10−151131号公報 特開2004−113629号公報
[7] The ultrasonic diagnostic apparatus sequentially reads each pixel in the stereoscopic image that matches each pixel position of the ultrasonic tomographic image, reconstructs it into a two-dimensional image (tomographic image), and displays it as an image.
JP-A-10-151131 JP 2004-113629 A

しかし、特開平10−151131号公報で開示されている一致方法では、異種の画像データ(特開平10−151131号公報では立体画像)から超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが難しい、という課題があった。   However, in the matching method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131, a point recorded in advance in an ultrasonic diagnostic apparatus from different kinds of image data (stereoscopic image in Japanese Patent Laid-Open No. 10-151131), There was a problem that it was difficult to accurately match the points of the subject considered to be anatomically coincident with each other.

理由は以下の通りである。   The reason is as follows.

(1) 術者の認識による不一致
術者が解剖学的に一致させるための点に探触子を順次接触させたので、この点は被検者の体表以外、特に体内深部には取ることができない。加えて、超音波診断装置が多く用いられる腹部の体表には、解剖学的に特徴のある客観的な点が少ない。そのため、異種の画像データから記録された点と、術者が探触子を接触させた被検者の体表の点との間の解剖学的な一致度には、術者の認識による差が生じる。例えば接触点として骨盤の端を例にとってみても、術者によって、端の認識には5cm前後の差があり、探触子を接触させる点には術者による差が生じる。結局、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された骨盤の端と実際の接触点とは正確に一致しない。
(1) Disagreement due to the operator's recognition Since the operator has made contact with the probe in order for the operator to make an anatomical match, this point should be taken especially in the deep part of the body other than the subject's body surface. I can't. In addition, the body surface of the abdomen where an ultrasonic diagnostic apparatus is often used has few anatomically characteristic objective points. For this reason, the degree of anatomical coincidence between the points recorded from different types of image data and the points on the body surface of the subject with whom the operator has contacted the probe differs depending on the operator's recognition. Occurs. For example, even if the end of the pelvis is taken as an example of the contact point, there is a difference of about 5 cm in the recognition of the end by the operator, and there is a difference by the operator in the point where the probe is contacted. As a result, the pelvic end recorded in advance in the ultrasonic diagnostic apparatus from different types of image data does not exactly match the actual contact point.

(2) 探触子の接触の仕方による不一致
術者は「探触子の原点」の位置を探触子の外見から認識できず、また探触子も無限小の点にはならない。そのため、異種の画像データから記録された点と、術者が探触子を接触させた被検者の体表の点との間の解剖学的な一致度には、探触子の接触の仕方による差が生じる。例えば、探触子の外装のうちで探触子の原点から遠い点を、被検者の体表の点に接触させてしまった場合には、前者の点と後者の点とは、原点から接触点までの距離だけ不ー致が生じてしまう。
(2) Disagreement due to probe contact method The surgeon cannot recognize the position of the “probe origin” from the appearance of the probe, and the probe is not an infinitely small point. Therefore, the degree of anatomical coincidence between the points recorded from different types of image data and the points on the body surface of the subject to which the operator has contacted the probe is related to the contact of the probe. There is a difference depending on how. For example, if a point on the exterior of the probe that is far from the origin of the probe is in contact with a point on the subject's body surface, the former point and the latter point are Mismatch occurs only by the distance to the contact point.

そこで、本発明の目的は、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to accurately match the point recorded in advance in the ultrasonic diagnostic apparatus from different types of image data and the point of the subject considered to be anatomically coincident with this point. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be used.

本発明による超音波診断装置は、生体内に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、前記超音波断層像の位置もしくは配向を検出する検出手段と、前記生体に特徴点を指定する指定手段と、参照画像データを保持する参照画像データ保持手段と、前記指定手段が指定した特徴点と、前記参照画像データ上に設定された参照点との、解剖学上の位置を照合し、前記検出手段により検出された位置もしくは配向と、前記照合の結果とに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置もしくは配向をガイドするガイド画像を作成するガイド画像作成手段とを具備し、前記指定手段が、前記超音波断層像作成手段が作成した超音波断層像上で前記特徴点を指定し、前記ガイド画像作成手段が、前記指定手段が指定した前記特徴点の前記超音波断層像上での位置と、前記検出手段が検出した前記超音波断層像の位置もしくは配向とを基に前記特徴点の前記生体内での位置を算出したことを特徴とする。   An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes an ultrasonic tomographic image creating means for creating an ultrasonic tomographic image based on an ultrasonic signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves into a living body, and detects the position or orientation of the ultrasonic tomographic image. Detecting means for specifying, a specifying means for specifying a feature point on the living body, a reference image data holding means for holding reference image data, a feature point specified by the specifying means, and a reference set on the reference image data A guide for collating an anatomical position with a point and guiding the anatomical position or orientation of the ultrasonic tomogram based on the position or orientation detected by the detection means and the result of the collation Guide image creating means for creating an image, wherein the designating means designates the feature point on the ultrasonic tomographic image created by the ultrasonic tomographic image creating means, and the guide image creating means comprises the finger The position of the feature point in the living body is calculated based on the position of the feature point designated by the means on the ultrasonic tomographic image and the position or orientation of the ultrasonic tomographic image detected by the detection means. It is characterized by that.

前記超音波断層像作成手段は、図1又は図24における超音波観測装置400,400Aに対応する。前記検出手段は、図1又は図24における位置配向算出装置500に対応する。前記指定手段は、図1又は図24におけるキーボード720、マウス710及び位置検出プローブ530を含んで構成される。前記参照画像データ保持手段は、図1又は図24における参照画像記憶部610に対応する。前記ガイド画像作成手段は、図1又は図24における3次元ガイド画像作成回路630に対応する。
本発明の装置によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。
The ultrasonic tomographic image creating means corresponds to the ultrasonic observation apparatuses 400 and 400A in FIG. 1 or FIG. The detection means corresponds to the position / orientation calculation apparatus 500 in FIG. 1 or FIG. The designation unit includes the keyboard 720, the mouse 710, and the position detection probe 530 in FIG. 1 or FIG. The reference image data holding unit corresponds to the reference image storage unit 610 in FIG. 1 or FIG. The guide image creating means corresponds to the three-dimensional guide image creating circuit 630 in FIG. 1 or FIG.
According to the apparatus of the present invention, the point recorded in advance in the ultrasonic diagnostic apparatus from different types of image data and the point of the subject considered to be anatomically coincident with this point are accurately anatomically matched. It becomes possible to make it.

本発明において、前記超音波断層像作成手段が、血流を検出する血流検出手段を備え、前記超音波断層像作成手段が、血流が態様を変えて重畳された超音波断層像を作成し、前記指定手段が、前記血流が重畳された超音波断層像上に前記特徴点を指定したこと、を特徴とする。   In the present invention, the ultrasonic tomographic image creating means includes a blood flow detecting means for detecting blood flow, and the ultrasonic tomographic image creating means creates an ultrasonic tomographic image in which the blood flow is superimposed in a different manner. The specifying means specifies the feature point on an ultrasonic tomographic image on which the blood flow is superimposed.

前記血流検出手段は、図24におけるカラーフローマッピング回路(CFM回路)410に対応する。
本発明によれば、腹腔動脈分岐のような血管分岐を体内深部の特徴点として指定する際には、より分かりやすく、正確に指定することが可能となる。
The blood flow detection means corresponds to the color flow mapping circuit (CFM circuit) 410 in FIG.
According to the present invention, when a blood vessel branch such as a celiac artery branch is specified as a feature point in the deep part of the body, it can be specified more easily and accurately.

本発明において、前記指定手段が、生体の体腔表面に直接接触して前記特徴点とは別の特徴点の位置を得る位置取得手段を備えたこと、を特徴とする。
前記位置取得手段は、図1又は図24における位置検出プローブ530に対応する。
In the present invention, the specifying means includes position acquisition means for directly contacting the surface of a body cavity of a living body to obtain a position of a feature point different from the feature point.
The position acquisition means corresponds to the position detection probe 530 in FIG. 1 or FIG.

本発明によれば、特徴点を体内深部と体腔表面とのどちらにも指定することができ、関心領域に応じて適切な種々の特徴点を指定することができる。そのため、特徴点を関心領域の近傍に取る自由度が増し、超音波内視鏡の動きに伴って関心領域が動くときにも特徴点が一緒に動くことが想定でき、より正確な3次元ガイド画像を作成することができる。さらに、特に膵臓検査や肺の検査では関心領域の近傍で特徴点を取得することができ、特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より、超音波断層像マーカの位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、特徴点を体腔内の関心領域の近傍の適切な場所に取得することでより正確な3次元ガイド画像を作成することができる。   According to the present invention, feature points can be specified for both the deep part of the body and the body cavity surface, and various appropriate feature points can be specified according to the region of interest. For this reason, the degree of freedom of taking the feature point in the vicinity of the region of interest increases, and it can be assumed that the feature point moves together when the region of interest moves along with the movement of the ultrasonic endoscope. Images can be created. Furthermore, feature points can be obtained near the region of interest, especially in pancreatic examinations and lung examinations. The closer to the feature points, the more the space contained in the convex triangular pyramid created by the feature points is the triangular pyramid. Since the calculation of the position and orientation of the ultrasonic tomographic image marker is expected to be more accurate than the outer space, it is more accurate to obtain feature points at appropriate locations near the region of interest within the body cavity. A dimension guide image can be created.

本発明によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。   According to the present invention, a point recorded in advance in an ultrasonic diagnostic apparatus from different types of image data and a subject's point that is considered to be anatomically coincident with this point are accurately matched anatomically. Is possible.

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
[構成]
図1は本発明の第1の実施の形態の超音波診断装置の構成を示している。なお、この実施の形態により本発明は限定されないことは勿論である。
Embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
[Constitution]
FIG. 1 shows the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. Of course, the present invention is not limited by this embodiment.

本発明の第1の実施の形態の超音波診断装置100は、超音波プローブとしての超音波内視鏡200と、光学観察装置300と、超音波観測装置400と、位置配向算出装置500と、送信アンテナ510と、姿勢検出プレート520と、位置検出プローブ530と、超音波画像処理装置600と、マウス710と、キーボード720と、表示装置700とからなり信号線で接続されている。   The ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention includes an ultrasonic endoscope 200 as an ultrasonic probe, an optical observation apparatus 300, an ultrasonic observation apparatus 400, a position / orientation calculation apparatus 500, The transmission antenna 510, the posture detection plate 520, the position detection probe 530, the ultrasonic image processing device 600, the mouse 710, the keyboard 720, and the display device 700 are connected by signal lines.

超音波内視鏡200は、体腔内に挿入されて用いられるよう、先端のステンレス等の硬質な材料で構成された硬性部210と、硬性部210より後端側に可撓性のある材料で構成された長尺の可撓部220と、可撓部220より後端側に硬質な材料で構成された操作部230とからなる。   The ultrasonic endoscope 200 is used by being inserted into a body cavity and used with a hard portion 210 made of a hard material such as stainless steel at the tip, and a material flexible on the rear end side from the hard portion 210. It consists of a long flexible portion 220 configured and an operation portion 230 formed of a hard material on the rear end side of the flexible portion 220.

硬性部210は、カバーガラスでできた光学観察窓211と、レンズ212と、CCD(Charge Coupled Device)カメラ213と、体腔内に照明光を照射する図示しない照明光照射窓とを設けている。CCDカメラ213は光学観察装置300と信号線で接続している。図示しない照明光照射窓は照明光を照射し、体腔内を照明するよう構成されている。体腔表面の像は光学観察窓211からレンズ212を経由してCCDカメラ213に結像し、CCDカメラ213からのCCD信号は信号線を経由して光学観察装置300へ出力されるよう構成されている。   The hard part 210 includes an optical observation window 211 made of a cover glass, a lens 212, a CCD (Charge Coupled Device) camera 213, and an illumination light irradiation window (not shown) that irradiates illumination light into the body cavity. The CCD camera 213 is connected to the optical observation apparatus 300 through a signal line. An illumination light irradiation window (not shown) is configured to irradiate illumination light and illuminate the body cavity. The image of the surface of the body cavity is formed on the CCD camera 213 from the optical observation window 211 via the lens 212, and the CCD signal from the CCD camera 213 is output to the optical observation apparatus 300 via the signal line. Yes.

硬性部210は、超音波振動子214を設けている。操作部230は、モータ231と、モータ231の回転軸に接続し回転角度を検出して出力するロータリーエンコーダ232とを設けている。超音波内視鏡200は、操作部230から可撓部220を経て硬性部210にかけて、一端をモータ231の回転軸にもうー端を超音波振動子214に固定された可撓性のあるフレキシブルシャフト221を設けている。モータ231は超音波観測装置400とは制御線250で接続している。ロータリーエンコーダ232は超音波観測装置400と信号線260で接続している。超音波振動子214はモータ231の回転により、図1のフレキシブルシャフト周囲に示した矢印方向に回転しながら超音波の送受を繰り返す、所謂ラジアル走査を実施するよう構成されている。超音波振動子214は、超音波内視鏡200の挿入軸に垂直な平面(以下、ラジアル走査面)の超音波断層像に必要な超音波信号を得て、フレキシブルシャフト221とモータ231とロータリーエンコーダ232とを経由して超音波観測装置400に超音波信号を出力するよう構成されている。ここで、硬性部210に固定した正規直交基底(各方向の単位ベクトル)V、V3、V12を図1のように定義する。後述するように、Vはラジアル走査面の法線方向ベクトル、V3はラジアル走査面の3時方向ベクトル、V12はラジアル走査面の12時方向ベクトルである。   The rigid part 210 is provided with an ultrasonic transducer 214. The operation unit 230 includes a motor 231 and a rotary encoder 232 that is connected to a rotation shaft of the motor 231 and detects and outputs a rotation angle. The ultrasonic endoscope 200 has a flexible structure in which one end is fixed to the rotating shaft of the motor 231 and the other end is fixed to the ultrasonic transducer 214 from the operation unit 230 to the rigid unit 210 through the flexible unit 220. A shaft 221 is provided. The motor 231 is connected to the ultrasonic observation apparatus 400 through a control line 250. The rotary encoder 232 is connected to the ultrasonic observation apparatus 400 through a signal line 260. The ultrasonic transducer 214 is configured to perform so-called radial scanning in which ultrasonic waves are repeatedly transmitted and received while rotating in the direction of the arrow shown around the flexible shaft in FIG. The ultrasonic transducer 214 obtains an ultrasonic signal necessary for an ultrasonic tomographic image on a plane perpendicular to the insertion axis of the ultrasonic endoscope 200 (hereinafter referred to as a radial scanning plane), and outputs a flexible shaft 221, a motor 231, and a rotary. An ultrasonic signal is output to the ultrasonic observation apparatus 400 via the encoder 232. Here, orthonormal bases (unit vectors in each direction) V, V3, and V12 fixed to the rigid portion 210 are defined as shown in FIG. As will be described later, V is a normal direction vector of the radial scan plane, V3 is a 3 o'clock direction vector of the radial scan plane, and V12 is a 12 o'clock direction vector of the radial scan plane.

位置配向算出装置500は、送信アンテナ510と、姿勢検出プレート520と、長尺の位置検出プローブ530とを信号線540,550,560で接続している。   In the position / orientation calculation apparatus 500, a transmission antenna 510, an attitude detection plate 520, and a long position detection probe 530 are connected by signal lines 540, 550, and 560.

図2に位置検出プローブ530を示す。位置検出プローブ530は、可撓性のある材料で構成された外筒531を設け、外筒531内の先端に受信コイル532を固定して設け、後端にコネクタ533を設け、外筒531の表面に鉗子口マーカ534と12時方向マーカ535とを設けている。   FIG. 2 shows the position detection probe 530. The position detection probe 530 is provided with an outer cylinder 531 made of a flexible material, a reception coil 532 is fixed to the front end of the outer cylinder 531, a connector 533 is provided at the rear end, and the outer cylinder 531 A forceps opening marker 534 and a 12 o'clock direction marker 535 are provided on the surface.

受信コイル532は、図2に示すように位置検出プローブ530に固定された直交する3つの方向単位ベクトルVaとVbとVcを巻線軸とした3個のコイルを一体にしたものである。3個のコイルは、両極にそれぞれ2本ずつの計6本の信号線を設けている。コネクタ533は、図示しない6個の電極を設けている。6本の信号線はこの6個の電極に別々に接続している。電極はケーブル560を介して、位置配向算出装置500と接続している。   As shown in FIG. 2, the receiving coil 532 is formed by integrating three coils having three orthogonal unit vectors Va, Vb, and Vc fixed to the position detection probe 530 as winding axes. The three coils are provided with a total of six signal lines, two for each pole. The connector 533 is provided with six electrodes (not shown). Six signal lines are separately connected to the six electrodes. The electrodes are connected to the position / orientation calculation apparatus 500 via a cable 560.

図1に示すように、超音波内視鏡200は、操作部230から可撓部220を経て硬性部210にかけて、操作部230に第1の開口としての鉗子口201を備え、硬性部210に第2の開口としての突出口202を備えた、管状の鉗子チャンネル203を設けている。鉗子チャンネル203は位置検出プローブ530を鉗子口201から挿通し、突出口202から突出できるよう構成されている。突出口202の開口方向は、位置検出プローブ530が突出口202から突出したときに、位置検出プローブ530が光学観察窓211の光学視野範囲Rの内に入るよう向けられている。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic endoscope 200 includes a forceps port 201 as a first opening from the operation unit 230 through the flexible unit 220 to the rigid unit 210, and the rigid unit 210 includes A tubular forceps channel 203 having a projecting opening 202 as a second opening is provided. The forceps channel 203 is configured such that the position detection probe 530 can be inserted from the forceps opening 201 and protrude from the protruding opening 202. The opening direction of the projection port 202 is oriented so that the position detection probe 530 falls within the optical field of view range R of the optical observation window 211 when the position detection probe 530 projects from the projection port 202.

鉗子口マーカ534は、術者が鉗子口201から位置検出プローブ530を挿通する際、鉗子口マーカ534と鉗子口201の開口面との位置が一致したとき、位置検出プローブ530の先端の位置と突出口202の開口面の位置とが一致し、受信コイル532が超音波振動子214のラジアル走査の回転中心のごく近傍となるような外筒531の表面上の位置に、設けられている。このときには位置検出プローブ530の先端は、突出口202の開口面上に有り、突出しないことになる。   When the operator inserts the position detection probe 530 from the forceps opening 201, the forceps opening marker 534 has the same position as the tip of the position detection probe 530 when the positions of the forceps opening marker 534 and the opening surface of the forceps opening 201 coincide with each other. The receiving coil 532 is provided at a position on the surface of the outer cylinder 531 such that the position of the opening surface of the projecting opening 202 coincides and the receiving coil 532 is very close to the rotational center of radial scanning of the ultrasonic transducer 214. At this time, the tip of the position detection probe 530 is on the opening surface of the protruding port 202 and does not protrude.

操作部230は、位置検出プローブ530がその外筒に設けている12時方向マーカ535のほかに、操作部230自身も鉗子口201の周囲に12時方向マーカ536を設けている。位置検出プローブ530の外筒の表面に設けられた12時方向マーカ535と、操作部230の鉗子口付近に設けられた12時方向マーカ536とは、術者が鉗子口201から位置検出プローブ530を挿通する際、図2のベクトルVcを中心に、両12時方向マーカ535と536との位置が一致するまで位置検出プローブ530を回転させると、図2のベクトルVcが図1のベクトルVと、図2のベクトルVaが図1のベクトルV3と、図2のベクトルVbが図1のベクトルV12と、それぞれ一致するよう、設けられている。   The operation unit 230 includes a 12 o'clock direction marker 536 around the forceps port 201 in addition to the 12 o'clock direction marker 535 provided on the outer cylinder of the position detection probe 530. The twelve o'clock direction marker 535 provided on the surface of the outer cylinder of the position detection probe 530 and the twelve o'clock direction marker 536 provided in the vicinity of the forceps opening of the operation unit 230 are the position detection probe 530 from the forceps opening 201 by the operator. When the position detection probe 530 is rotated around the vector Vc in FIG. 2 until the positions of both the 12 o'clock direction markers 535 and 536 coincide with each other, the vector Vc in FIG. The vector Va in FIG. 2 is provided so as to match the vector V3 in FIG. 1, and the vector Vb in FIG. 2 is matched with the vector V12 in FIG.

操作部230は、位置検出プローブ530が挿入軸方向に動かないよう、また位置検出プローブ530が鉗子チャンネル203内でさらに不必要に回転しないよう、位置検出プローブ530を着脱可能に固定する図示しない固定治具を鉗子口201付近に設けている。   The operation unit 230 fixes the position detection probe 530 so that the position detection probe 530 is detachably fixed so that the position detection probe 530 does not move in the insertion axis direction and the position detection probe 530 does not rotate further in the forceps channel 203. A jig is provided near the forceps opening 201.

送信アンテナ510は巻線軸の配向の異なる複数の図示しない送信コイルを円筒形の筐体の中に一体に納めている。複数の送信コイルはそれぞれ位置配向算出装置500に接続している。   In the transmission antenna 510, a plurality of transmission coils (not shown) having different winding axis orientations are integrally housed in a cylindrical casing. Each of the plurality of transmission coils is connected to the position / orientation calculation apparatus 500.

図3に姿勢検出プレート520を示す。
姿勢検出プレート520は、巻線軸が単軸のコイルからなるプレートコイル520a,520b,520cの3個を内蔵している。ここで、姿勢検出プレート520に固定した直交座標軸O”−x”y”z”とその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i”、j”、k”を図3のように定義する。3個のプレートコイルのうち2個はその巻線軸がi”方向、1個はその巻線軸がj”方向を向けられて固定されている。ここで、姿勢検出プレート520の基準位置Lを3個のプレートコイルの重心に定義する。姿勢検出プレート520は基準位置Lが被検者の肋骨の剣状突起の位置に重なるよう、付属のベルトを用いて、図3の体表接触面BSで被検者に接触して固定される。
FIG. 3 shows the posture detection plate 520.
The attitude detection plate 520 includes three plate coils 520a, 520b, and 520c each having a single winding coil. Here, the orthogonal coordinate axes O ″ -x ″ y ″ z ″ fixed to the posture detection plate 520 and their orthonormal bases (unit vectors in the respective axis directions) i ″, j ″, k ″ are defined as shown in FIG. Of the three plate coils, two are fixed with their winding axes oriented in the i "direction and one with the winding axes oriented in the j" direction. Here, the reference position L of the attitude detection plate 520 is 3 is defined as the center of gravity of the three plate coils, and the posture detection plate 520 uses the attached belt so that the reference position L overlaps the position of the xiphoid process of the subject's rib, and the body surface contact surface BS of FIG. In contact with the subject and fixed.

超音波画像処理装置600は、参照画像記憶部610と、抽出回路620と、3次元ガイド画像作成回路630と、ボリュームメモリ640と、混合回路650と、表示回路660と、制御回路670とを設けている。   The ultrasonic image processing apparatus 600 includes a reference image storage unit 610, an extraction circuit 620, a three-dimensional guide image creation circuit 630, a volume memory 640, a mixing circuit 650, a display circuit 660, and a control circuit 670. ing.

表示回路660はその入力を切り替えるスイッチ661を設けている。スイッチ661は、入力端子αと、入力端子βと、入力端子γと、入力端子δと、1個の出力端子dを設けている。入力端子αは、光学観察装置300の図示しない出力端子と接続している。入力端子βは、参照画像記憶部610と接続している。入力端子γは、超音波観測装置400の図示しない出力端子と接続している。入力端子δは、混合回路650と接続している。出力端子dは表示装置700と接続している。   The display circuit 660 is provided with a switch 661 for switching the input. The switch 661 includes an input terminal α, an input terminal β, an input terminal γ, an input terminal δ, and one output terminal d. The input terminal α is connected to an output terminal (not shown) of the optical observation apparatus 300. The input terminal β is connected to the reference image storage unit 610. The input terminal γ is connected to an output terminal (not shown) of the ultrasonic observation apparatus 400. The input terminal δ is connected to the mixing circuit 650. The output terminal d is connected to the display device 700.

制御回路670は超音波画像処理装置600内の各部、回路に指令を出力できるよう、各部、回路とは図示しない信号線で接続されている。制御回路670は超音波観測装置400、マウス710、キーボード720と制御線a,b,cで直接接続している。   The control circuit 670 is connected to each unit and circuit by a signal line (not shown) so that a command can be output to each unit and circuit in the ultrasonic image processing apparatus 600. The control circuit 670 is directly connected to the ultrasonic observation apparatus 400, the mouse 710, and the keyboard 720 through control lines a, b, and c.

参照画像記憶部610は、大容量のデータを保存できるハードディスクドライブ等からなる。参照画像記憶部610は、解剖学的な画像情報として、複数の参照画像データRDを記憶している。図4に示すように、参照画像データRDは、被検者以外の凍結人体を1mmピッチで平行にスライスして撮った一辺60cmの正方形の写真データを、さらに画素ごとに器官別に分類後、色分けで属性を変えて得た画像データである。写真データの一辺を60cmにしたのは、頭部から足にかけての体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさだからである。図4の参照画像記憶部610内の参照画像データRDには説明の都合上、1番からN番までの番号が付されている。ここで、複数の参照画像データRDに対して固定した直交座標軸O’−x’y’z’とその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i’、j’、k’と、原点O’とを図4のように1番の参照画像データの最も左下に定義する。   The reference image storage unit 610 includes a hard disk drive that can store a large amount of data. The reference image storage unit 610 stores a plurality of reference image data RD as anatomical image information. As shown in FIG. 4, the reference image data RD is obtained by slicing a 60-cm square photo data obtained by slicing a frozen human body other than the subject in parallel at a pitch of 1 mm, and further classifying each pixel by organ and then color-coding it. This is the image data obtained by changing the attribute. The reason why one side of the photographic data is set to 60 cm is that the entire cross section of the human body perpendicular to the body axis from the head to the foot is large. The reference image data RD in the reference image storage unit 610 in FIG. 4 are numbered from 1 to N for convenience of explanation. Here, the orthogonal coordinate axes O′−x′y′z ′ fixed with respect to the plurality of reference image data RD, their orthonormal bases (unit vectors in each axis direction) i ′, j ′, k ′, and the origin O 'Is defined at the bottom left of the first reference image data as shown in FIG.

ボリュームメモリ640は大容量のデータを格納することができるよう構成されている。ボリュームメモリ640の一部の記憶領域にはボクセル空間VXSが割り当てられている。図5に示すように、ボクセル空間VXSは、直交座標軸O’−x’y’z’に対応したアドレスを持つメモリセル(以下、ボクセル)VXからなっている。   The volume memory 640 is configured to store a large amount of data. A voxel space VXS is allocated to a part of the storage area of the volume memory 640. As shown in FIG. 5, the voxel space VXS includes memory cells (hereinafter referred to as voxels) VX having addresses corresponding to the orthogonal coordinate axes O'-x'y'z '.

キーボード720は、関心器官指定キー721と、参照点指定キー722と、体腔表面特徴点指定キー723と、体内深部特徴点指定キー724と、特徴点指定中止キー725と、走査制御キー726と、表示切換キー727としての、表示切換キーαと、表示切換キーβと、表示切換キーγと、表示切換キーδとを設けている。表示切換キーαもしくはβもしくはγもしくはδが押されると、制御回路670は表示回路660へスイッチ661を入力端子αもしくはβもしくはγもしくはδへ切り換えるよう指令を出力する。スイッチ661は、表示切換キーαが押されたときには入力端子αへ、表示切換キーβが押されたときには入力端子βへ、表示切換キーγが押されたときには入力端子γへ、表示切換キーδが押されたときには入力端子δへ切り換える。   The keyboard 720 includes an organ of interest designation key 721, a reference point designation key 722, a body cavity surface feature point designation key 723, a deep body feature point designation key 724, a feature point designation stop key 725, a scanning control key 726, As the display switching key 727, a display switching key α, a display switching key β, a display switching key γ, and a display switching key δ are provided. When the display switching key α, β, γ, or δ is pressed, the control circuit 670 outputs a command to the display circuit 660 to switch the switch 661 to the input terminal α, β, γ, or δ. The switch 661 is switched to the input terminal α when the display switching key α is pressed, to the input terminal β when the display switching key β is pressed, and to the input terminal γ when the display switching key γ is pressed. When is pressed, the input terminal δ is switched.

[作用]
図1の各矢印線は以下の通りの信号、データの流れを示す。
第1:点線は光学像に関わる信号・データの流れ、
第2:破線は超音波断層像に関わる信号・データの流れ、
第3:実線は位置に関わる信号・データの流れ、
第4:一点鎖線は参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れ、
第5:太線は3次元ガイド画像データ(後述)と超音波断層像データ(後述)とを合成した最終的な表示画面に関わる信号・データの流れ、
第6:曲線はそれ以外の制御に関わる信号・データの流れ。
[Action]
Each arrow line in FIG. 1 shows the flow of signals and data as follows.
1: The dotted line is the flow of signals and data related to optical images.
Second: The broken line shows the flow of signals and data related to ultrasonic tomograms.
Third: The solid line is the flow of signals and data related to the position,
Fourth: Dash-dot line is the flow of reference image data and data created by processing it,
Fifth: A thick line represents a flow of signals and data related to a final display screen obtained by combining three-dimensional guide image data (described later) and ultrasonic tomographic image data (described later).
6th: Curve is the flow of signals and data related to other controls.

第1の光学像に関わる信号・データの流れに沿って、本第1の実施の形態の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described along the flow of signals and data related to the first optical image.

硬性部210の図示しない照明光照射窓は光学視野範囲Rに照明光を照射する。CCDカメラ213は光学視野範囲Rの物体を撮像し、CCD信号を出力する。光学観察装置300はCCD信号を基にして光学視野範囲Rの画像のデータを作成し、このデータを光学像データとして超音波画像処理装置600内の表示回路660のスイッチ661の入力端子αへ出力する。   An illumination light irradiation window (not shown) of the rigid portion 210 irradiates the optical field range R with illumination light. The CCD camera 213 images an object in the optical visual field range R and outputs a CCD signal. The optical observation device 300 creates image data in the optical visual field range R based on the CCD signal, and outputs this data as optical image data to the input terminal α of the switch 661 of the display circuit 660 in the ultrasonic image processing device 600. To do.

第2の超音波断層像に関わる信号・データの流れに沿って、本第1の実施の形態の作用を説明する。
術者が走査制御キー726を押すと、制御回路670はラジアル走査のオン/オフ制御を指令するための走査制御信号を超音波観測装置400へ出力する。超音波観測装置400は走査制御信号を受けてモータ231に回転のオン/オフを制御する回転制御信号を出力する。モータ231は回転制御信号を受けて超音波振動子214を回転させる。超音波振動子214は、体腔内で回転しながら、超音波の送信と反射波の受信とを繰り返して、各反射波を電気的な超音波信号に変換する。すなわち、超音波振動子214は可撓部220、硬性部210の挿入軸とは垂直な平面内で放射状に超音波の送受信を行う、所謂ラジアル走査を実施する。ロータリーエンコーダ232はモータ231の回転軸の角度を回転角度信号として超音波観測装置400へ出力する。
The operation of the first embodiment will be described along the flow of signals and data related to the second ultrasonic tomographic image.
When the operator presses the scan control key 726, the control circuit 670 outputs a scan control signal for instructing on / off control of radial scanning to the ultrasound observation apparatus 400. In response to the scanning control signal, the ultrasonic observation apparatus 400 outputs a rotation control signal for controlling on / off of rotation to the motor 231. The motor 231 receives the rotation control signal and rotates the ultrasonic transducer 214. The ultrasonic transducer 214 repeats transmission of ultrasonic waves and reception of reflected waves while rotating in the body cavity, and converts each reflected wave into an electrical ultrasonic signal. That is, the ultrasonic transducer 214 performs so-called radial scanning in which ultrasonic waves are transmitted and received radially within a plane perpendicular to the insertion axis of the flexible portion 220 and the rigid portion 210. The rotary encoder 232 outputs the angle of the rotation shaft of the motor 231 to the ultrasonic observation apparatus 400 as a rotation angle signal.

この際、超音波観測装置400は超音波振動子214を駆動するとともに、超音波振動子214により反射波から変換された超音波信号と、ロータリーエンコーダ232からの回転角度信号とから、超音波振動子214の1回転のラジアル走査に対し、可撓部220の挿入軸に垂直な1枚のデジタル化した超音波断層像データを作成し、超音波画像処理装置600内の混合回路650と表示回路660のスイッチ661の入力端子γとへ出力する。超音波観測装置400が超音波断層像データの12時方向を超音波内視鏡200に対してどの方向に向けて超音波断層像データを作成するかは、このロータリーエンコーダ232からの回転角度信号が決定することになる。この回転角度信号により、ラジアル走査面の法線方向ベクトルV、3時方向ベクトルV3、12時方向ベクトルV12が定義される。   At this time, the ultrasonic observation apparatus 400 drives the ultrasonic transducer 214 and generates ultrasonic vibration from the ultrasonic signal converted from the reflected wave by the ultrasonic transducer 214 and the rotation angle signal from the rotary encoder 232. One digitized ultrasonic tomographic image data perpendicular to the insertion axis of the flexible portion 220 is generated for one radial rotation of the child 214, and a mixing circuit 650 and a display circuit in the ultrasonic image processing apparatus 600 are generated. 660 to the input terminal γ of the switch 661. The rotation angle signal from the rotary encoder 232 determines in which direction the 12:00 direction of the ultrasonic tomographic image data is generated with respect to the ultrasonic endoscope 200 by the ultrasonic observation apparatus 400. Will be determined. The normal angle direction vector V, 3 o'clock direction vector V3, and 12 o'clock direction vector V12 of the radial scanning plane are defined by this rotation angle signal.

第3の位置に関わる信号・データの流れに沿って、本第1の実施の形態の作用を説明する。
位置配向算出装置500は、送信アンテナ510の図示しない送信コイルを時分割で複数回励磁する。送信アンテナ510は、受信コイル532を構成する巻線軸の異なる3個のコイル、姿勢検出プレート520の3個のプレートコイル、のために計6回に分けて、空間に交番磁場を張る。受信コイル532を構成する巻線軸の異なる3個のコイル、3個のプレートコイルは、交番磁場を検出し、検出した磁場を位置電気信号に変換して位置配向算出装置500へ出力する。
The operation of the first embodiment will be described along the flow of signals and data related to the third position.
The position / orientation calculation apparatus 500 excites a transmission coil (not shown) of the transmission antenna 510 a plurality of times in a time division manner. The transmitting antenna 510 divides the alternating magnetic field in the space in six times in total for three coils having different winding axes constituting the receiving coil 532 and three plate coils of the attitude detection plate 520. The three coils and the three plate coils having different winding axes constituting the reception coil 532 detect an alternating magnetic field, convert the detected magnetic field into a position electric signal, and output the position electric signal to the position orientation calculation apparatus 500.

位置配向算出装置500は、時分割に入力する各位置電気信号を基にして、受信コイル532の巻線軸が直交する3個のコイル位置と巻線軸の方向とを算出し、これら算出値から受信コイル532の位置と配向とを算出する。受信コイル532の位置と配向についての算出値の詳細は後述する。   The position / orientation calculation apparatus 500 calculates three coil positions at which the winding axes of the receiving coil 532 are orthogonal to each other and directions of the winding axes based on each position electric signal input in time division, and receives the calculated values from these calculated values. The position and orientation of the coil 532 are calculated. Details of the calculated values for the position and orientation of the receiving coil 532 will be described later.

位置配向算出装置500は、時分割に入力する各位置電気信号を基にして、姿勢検出プレート520の3個のプレートコイルの位置と巻線軸の方向とを算出する。そして、位置配向算出装置500は、3個のプレートコイルの位置の算出値から3個のプレートコイルの重心、すなわち姿勢検出プレート520の基準位置Lを算出する。さらに、位置配向算出装置500は、3個のプレートコイルの巻線軸の方向の算出値から姿勢検出プレート520の配向を算出する。姿勢検出プレート520の基準位置と配向についての算出値の詳細は後述する。   The position / orientation calculation apparatus 500 calculates the positions of the three plate coils of the posture detection plate 520 and the direction of the winding axis based on each position electric signal input in time division. The position / orientation calculation apparatus 500 calculates the center of gravity of the three plate coils, that is, the reference position L of the posture detection plate 520 from the calculated values of the positions of the three plate coils. Further, the position / orientation calculation apparatus 500 calculates the orientation of the attitude detection plate 520 from the calculated values of the directions of the winding axes of the three plate coils. Details of the calculated values for the reference position and orientation of the attitude detection plate 520 will be described later.

位置配向算出装置500は、上記算出した、受信コイル532の位置と配向、姿勢検出プレート520の基準位置Lと配向を位置・配向データとして超音波画像処理装置600の3次元ガイド画像作成回路630へ出力する。
ここで、本第1の実施の形態では、原点Oを送信アンテナ510上に定義して、術者が被検者を検査する実際の空間上に直交座標軸O−xyzとその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i、j、kを図6のように定義する。そして、位置・配向データの内容を時間tの関数として以下に定義する。位置・配向データを時間tの関数として定義したのは、受信コイル532、姿勢検出プレート520は空間上を動くため、その位置と配向の内容も時間tにより変化するからである。なお、位置配向算出装置500はVc(t)とVb(t)の長さをあらかじめ単位長に規格化して出力する。
The position / orientation calculation apparatus 500 uses the calculated position and orientation of the reception coil 532 and the reference position L and orientation of the attitude detection plate 520 as position / orientation data to the three-dimensional guide image creation circuit 630 of the ultrasonic image processing apparatus 600. Output.
Here, in the first embodiment, the origin O is defined on the transmission antenna 510, and the orthogonal coordinate axis O-xyz and its orthonormal basis (each The unit vectors i, j, and k in the axial direction are defined as shown in FIG. The contents of the position / orientation data are defined below as a function of time t. The reason why the position / orientation data is defined as a function of the time t is that the receiving coil 532 and the attitude detection plate 520 move in space, so that the contents of the position and orientation also change depending on the time t. The position / orientation calculation apparatus 500 normalizes the lengths of Vc (t) and Vb (t) to a unit length in advance and outputs them.

受信コイル532の位置C(t)の位置ベクトルOC(t)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第1の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルVc(t)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第2の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルVb(t)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の基準位置L(t)の位置ベクトルOL(t)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の配向を示す3×3の回転行列T(t)
ここで、T(t)は図6の直交座標軸O−xyzに対する姿勢検出プレート520の配向を示す回転行列である。
Each directional component in the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OC (t) of the position C (t) of the receiving coil 532 The orthogonal coordinate axis O− of the direction unit vector Vc (t) indicating the first winding axis direction of the receiving coil 532 Each direction component in xyz Each direction component in orthogonal coordinate axis O-xyz of direction unit vector Vb (t) indicating the second winding axis direction of receiving coil 532 Position vector OL () of reference position L (t) of posture detection plate 520 Each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of t) 3 × 3 rotation matrix T (t) indicating the orientation of the attitude detection plate 520
Here, T (t) is a rotation matrix indicating the orientation of the attitude detection plate 520 with respect to the orthogonal coordinate axis O-xyz in FIG.

厳密には、3×3の回転行列T(t)の(m,n)成分tmn(t)は、下式で定義される。i”、j”、k”は図3に示す姿勢検出プレート520に固定された直交座標軸O”−x”y”z”の正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)である。原点O”は姿勢検出プレート520と位置関係が固定されていればどこに取っても良いが、本第1の実施の形態では姿勢検出プレート520の基準位置L(t)に取る。ただし、図3では説明の都合上、分かりやすいように直交座標軸O”−x”y”z”とその正規直交基底i”、j”、k”は姿勢検出プレート520とは離して描いている。下式では「・」は内積を意味する。   Strictly speaking, the (m, n) component tmn (t) of the 3 × 3 rotation matrix T (t) is defined by the following equation. i ″, j ″, k ″ are orthonormal bases (unit vectors in the direction of the respective axes) of the orthogonal coordinate axes O ″ −x ″ y ″ z ″ fixed to the attitude detection plate 520 shown in FIG. Can be taken anywhere as long as the positional relationship with the posture detection plate 520 is fixed, but in the first embodiment, it is taken as the reference position L (t) of the posture detection plate 520. However, in FIG. 3, for convenience of explanation, the orthogonal coordinate axes O ″ -x ″ y ″ z ″ and their normal orthogonal bases i ″, j ″, k ″ are drawn away from the posture detection plate 520 for easy understanding. In the following formula, “・” means inner product.

[数1]

Figure 2007037790
このようにT(t)を定義すると、下式が成り立つ。 [Equation 1]
Figure 2007037790
When T (t) is defined in this way, the following equation holds.

[数2]

Figure 2007037790
また、一般に、T(t)は所謂オイラー角θ、φ、ψを用い、z軸め周りの角度ψの回転、y軸の周りの角度φの回転、x軸の周りの角度θの回転をこの順序で、直交座標軸O−xyzに対して施したとき、姿勢検出プレート520上に仮想的に固定された直交座標軸O”−x”y”z”と一致することを想定した行列であり下式でも表現される。被検者は時間とともに体位を変えるため、θ、φ、ψはいずれも時間tの関数である。 [Equation 2]
Figure 2007037790
Also, in general, T (t) uses so-called Euler angles θ, φ, and ψ to rotate the angle ψ around the z axis, rotate the angle φ around the y axis, and rotate the angle θ around the x axis. This matrix assumes that when applied to the Cartesian coordinate axis O-xyz in this order, it coincides with the Cartesian coordinate axis O "-x" y "z" virtually fixed on the posture detection plate 520. It is also expressed as an expression. Since the subject changes his / her posture with time, θ, φ, and ψ are all functions of time t.

[数3]

Figure 2007037790
第4の参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れについては、超音波画像処理装置600の詳細の作用とともに後述する。 [Equation 3]
Figure 2007037790
The flow of the fourth reference image data and the data created by processing the fourth reference image data will be described later together with the detailed operation of the ultrasonic image processing apparatus 600.

第5の超音波断層像データと3次元ガイド画像データ(後述)とを合成した最終的な表示両面に関わる信号・データの流れに沿って、本第1の実施の形態の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described along the flow of signals and data related to the final display both surfaces obtained by synthesizing the fifth ultrasonic tomographic image data and three-dimensional guide image data (described later).

混合回路650は超音波観測装置400からの超音波断層像データと3次元ガイド画像作成回路630(後述)からの3次元ガイド画像データとを並べて表示用の混合データを作成する。   The mixing circuit 650 generates the mixed data for display by arranging the ultrasonic tomographic image data from the ultrasonic observation apparatus 400 and the three-dimensional guide image data from the three-dimensional guide image generation circuit 630 (described later).

表示回路660はこの混合データをアナログビデオ信号に変換する。   The display circuit 660 converts this mixed data into an analog video signal.

表示装置700はこのアナログビデオ信号を基に超音波断層像と3次元ガイド画像とを並べて表示する。表示例を図23に示す。   The display device 700 displays the ultrasonic tomographic image and the three-dimensional guide image side by side based on the analog video signal. A display example is shown in FIG.

第6に制御に関わる信号・データの流れに沿って、本第1の実施の形態の作用を説明する。
超音波画像処理装置600内の3次元ガイド画像作成回路630、混合回路650、参照画像記憶部610、表示回路660は制御回路670からの指令により制御される。制御の詳細は超音波画像処理装置600の詳細な作用とともに後述する。
Sixth, the operation of the first embodiment will be described along the flow of signals and data related to control.
The three-dimensional guide image creation circuit 630, the mixing circuit 650, the reference image storage unit 610, and the display circuit 660 in the ultrasonic image processing apparatus 600 are controlled by commands from the control circuit 670. Details of the control will be described later together with the detailed operation of the ultrasonic image processing apparatus 600.

図7は本第1の実施の形態の超音波画像処理装置600、キーボード720、マウス710、表示装置700の作用の全体を説明するフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the entire operation of the ultrasonic image processing apparatus 600, the keyboard 720, the mouse 710, and the display apparatus 700 according to the first embodiment.

図7に示すように、本第1の実施の形態のフローは、(S−1)関心器官抽出処理、(S−2)参照点指定処理、(S−3)体腔表面特徴点指定処理、(S−4)体内深部特徴点指定処理、(S−5)3次元ガイド画像作成・表示処理からなる。図8、図11、図13、図15、図18はその各々のフローチャートである。本第1の実施の形態ではこれらの処理がこの順番で実行される。以下、これらの処理の詳細を説明する。   As shown in FIG. 7, the flow of the first embodiment includes (S-1) an interest organ extraction process, (S-2) a reference point designation process, (S-3) a body cavity surface feature point designation process, (S-4) Deep body feature point designation processing, (S-5) Three-dimensional guide image creation / display processing. FIG. 8, FIG. 11, FIG. 13, FIG. 15 and FIG. In the first embodiment, these processes are executed in this order. Details of these processes will be described below.

(S−1)関心器官抽出処理の説明
図8を参照して、関心器官抽出処理の詳細を説明する。本第1の実施の形態では関心器官として、膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸を抽出する処理を例にあげて説明する。
(S-1) Description of Interesting Organ Extraction Processing Details of the interested organ extraction processing will be described with reference to FIG. In the first embodiment, processing for extracting pancreas, aorta, superior mesenteric vein, and duodenum as an organ of interest will be described as an example.

(S−1−1)
術者は表示切換キーβを押す。表示回路660のスイッチ661は入力端子βに切り換わる。
(S−1−2)
制御回路670は表示回路660に参照画像記憶部610から参照画像データを読み出させる。制御回路670は初回は1番の参照画像データを読み出させる。
(S-1-1)
The surgeon presses the display switching key β. The switch 661 of the display circuit 660 is switched to the input terminal β.
(S-1-2)
The control circuit 670 causes the display circuit 660 to read reference image data from the reference image storage unit 610. The control circuit 670 reads the first reference image data for the first time.

(S−1−3)
表示回路660は参照画像データをアナログビデオ信号に変換し、アナログビデオ信号を表示装置700に出力する。表示装置700は参照画像を表示する。
(S-1-3)
The display circuit 660 converts the reference image data into an analog video signal, and outputs the analog video signal to the display device 700. The display device 700 displays a reference image.

(S−1−4)
術者は表示装置700の表示画面上で参照画像に関心器官が写っているかどうかを確認する。ここで、関心器官が写っていれば処理は(S−1−6)へ、写っていなければ処理は(S−1−5)ヘジャンプする。
(S-1-4)
The surgeon confirms whether or not the organ of interest is shown in the reference image on the display screen of the display device 700. If the organ of interest is shown, the process jumps to (S-1-6), and if not, the process jumps to (S-1-5).

(S−1−5)
術者はキーボード720上の所定のキーを押すか画面上のメニューをマウス710でクリックし、表示するべき参照画像データを他の参照画像データに選択し直す。本第1の実施の形態では、例えば術者は次の番号の参照画像データを選択するよう指示する。この後、制御回路670は処理を(S−1−2)ヘジャンプさせ、処理を繰り返す。
(S-1-5)
The surgeon presses a predetermined key on the keyboard 720 or clicks a menu on the screen with the mouse 710 and reselects the reference image data to be displayed as other reference image data. In the first embodiment, for example, the operator instructs to select the reference image data of the next number. Thereafter, the control circuit 670 jumps the process to (S-1-2) and repeats the process.

(S−1−6)
術者は表示装置700の表示画面上に写っている関心器官を指定する。この様子を図9に示す。図9ではn番の参照画像データに対応する参照画像が表示されている。表示画面上には、参照画像が体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさで、画素ごとに器官別に色分けされて表示されている。図9では膵臓は水色、大動脈は赤、上腸間膜静脈は紫、十二指腸は黄で表示されている。また、表示画面上には、マウス710で動かすことのできるカーソルが表示されている。術者は、関心のある膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸の上に、順次カーソルを移動させ、それぞれの上で関心器官指定キー721を押す。
(S-1-6)
The surgeon designates the organ of interest shown on the display screen of the display device 700. This is shown in FIG. In FIG. 9, a reference image corresponding to the nth reference image data is displayed. On the display screen, the reference image is displayed in a size that almost fits the entire cross section of the human body perpendicular to the body axis, and is color-coded by organ for each pixel. In FIG. 9, the pancreas is light blue, the aorta is red, the superior mesenteric vein is purple, and the duodenum is yellow. A cursor that can be moved with the mouse 710 is displayed on the display screen. The operator sequentially moves the cursor over the pancreas, aorta, superior mesenteric vein, and duodenum that are of interest, and presses an organ designating key 721 on each.

(S−1−7)
抽出回路620は1番からN番までの全ての参照画像データにわたり、指定された関心器官に対応する画素を抽出する。例えば、(S−1−6)で膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸が関心器官として指定されていれば、全ての参照画像データにわたり水色、赤、紫、黄の画素が抽出される。
(S−1−8)
抽出回路620は、ボクセル空間VXSの全てのボクセルVXにデータを割り当てるよう、参照画像データごとに抽出されたデータを補間する。この補間された画素のデータをまとめて、抽出データと呼ぶ。
(S-1-7)
The extraction circuit 620 extracts pixels corresponding to the designated organ of interest over all reference image data from No. 1 to N. For example, if pancreas, aorta, superior mesenteric vein, and duodenum are designated as organs of interest in (S-1-6), pixels of light blue, red, purple, and yellow are extracted over all reference image data. .
(S-1-8)
The extraction circuit 620 interpolates the extracted data for each reference image data so as to allocate data to all the voxels VX in the voxel space VXS. The interpolated pixel data is collectively referred to as extracted data.

(S−1−9)
抽出回路620は、抽出データをボリュームメモリ640内のボクセル空間VXSへ書き出す。この際、抽出回路620は、抽出データを各々の画素の直交座標軸O’−x’y’z’上の座標に対応したアドレスを持つボクセル空間VXSのボクセルVXヘ書き出す。ここで、抽出回路620は(S−1−7)で抽出した画素に対応するボクセルVXにはその画素の着色されたデータを、(S−1−7)で抽出した画素の間に相当するボクセルVXにはその画素を補間したデータを、それ以外のボクセルVXには0(透明)を割り当て、ボクセル空間VXSの全てのボクセルVXにデータを割り当てて稠密なデータを構築する。
(S-1-9)
The extraction circuit 620 writes the extracted data to the voxel space VXS in the volume memory 640. At this time, the extraction circuit 620 writes the extracted data to the voxel VX in the voxel space VXS having an address corresponding to the coordinate on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ of each pixel. Here, the extraction circuit 620 corresponds to the voxel VX corresponding to the pixel extracted in (S-1-7) with the colored data of the pixel between the pixels extracted in (S-1-7). Data obtained by interpolating the pixel is assigned to the voxel VX, 0 (transparent) is assigned to the other voxels VX, and data is assigned to all the voxels VX in the voxel space VXS to construct dense data.

ボクセル空間VXSへ書き出された抽出データを図10に示す。図10は関心器官として膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸が関心器官として指定された場合の図である。図10では関心器官の形状が分かりやすいよう十二指腸は省略してある。   The extracted data written to the voxel space VXS is shown in FIG. FIG. 10 is a diagram when the pancreas, aorta, superior mesenteric vein, and duodenum are designated as the organs of interest. In FIG. 10, the duodenum is omitted so that the shape of the organ of interest can be easily understood.

(S−2)参照点指定処理の説明
図11を参照して、参照点指定処理の詳細を説明する。本第1の実施の形態では参照点として、剣状突起、十二指腸乳頭(総胆管の十二指腸への出口)、噴門(胃の入口)、幽門(胃の出口)、血管分岐を指定する処理を例にあげて説明する。血管分岐は、以下、本第1の実施の形態では腹腔動脈が総肝動脈と脾動脈とに分かれる分岐点(以下、腹腔動脈分岐)を例にとる。この腹腔動脈分岐に相当する領域は、被検者によらず「骨盤右端」などより小さい。さらに、短い腹腔動脈が大動脈とすぐつながっているため、被検者の体位によらず比較的動かない一定の位置に存在する。この分岐点は膵臓の背面すぐの体内深部に存在し、胃、十二指腸などの消化管には露出していない。
(S-2) Description of Reference Point Designation Process Details of the reference point designation process will be described with reference to FIG. In the first embodiment, as a reference point, an example is a process of designating a xiphoid process, duodenal papilla (exit to the duodenum of the common bile duct), cardia (stomach entrance), pylorus (stomach exit), and blood vessel branching I will explain it. In the following description of the first embodiment, the branching of the blood vessel is a branch point where the celiac artery is divided into the common hepatic artery and the splenic artery (hereinafter referred to as the celiac artery branch). The area corresponding to the celiac artery branch is smaller than the “pelvic right end” or the like regardless of the subject. Further, since the short celiac artery is immediately connected to the aorta, it exists at a fixed position that does not move relatively regardless of the posture of the subject. This branch point exists in the deep part of the body immediately behind the pancreas and is not exposed to the digestive tract such as the stomach and duodenum.

(S−2−1)〜(S−2−3)
図8の(S−1−1)〜(S−1−3)と同じである。
(S−2−4)
術者は表示装置700の表示画面上で参照画像に参照点が写っているかどうかを確認する。ここで、参照点が写っていれば処理は(S−2−6)へ、写っていなければ処理は(S−2−5)ヘジャンプする。
(S−2−5)
図8の(S−1−5)と同じである。
(S-2-1) to (S-2-3)
This is the same as (S-1-1) to (S-1-3) in FIG.
(S-2-4)
The surgeon checks on the display screen of the display device 700 whether or not the reference point is shown in the reference image. If the reference point is shown, the process jumps to (S-2-6), and if not, the process jumps to (S-2-5).
(S-2-5)
This is the same as (S-1-5) in FIG.

(S−2−6)
術者は表示装置700の表示画面上に写っている参照点を指定する。この様子を図12に示す。図12ではm番の参照画像データに対応する参照画像が表示されている。表示画面上には、参照画像が体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさで、画素ごとに器官別に色分けされて表示されている。図12では剣状突起が表示されている。また、表示画面上には、マウス710で動かすことのできるカーソルが表示されている。術者は、参照点として関心のある点(剣状突起)の上にカーソルを移動させ、その上で参照点指定キー722を押す。
(S-2-6)
The surgeon designates a reference point shown on the display screen of the display device 700. This is shown in FIG. In FIG. 12, a reference image corresponding to the m-th reference image data is displayed. On the display screen, the reference image is displayed in a size that almost fits the entire cross section of the human body perpendicular to the body axis, and is color-coded by organ for each pixel. In FIG. 12, sword-shaped projections are displayed. A cursor that can be moved with the mouse 710 is displayed on the display screen. The surgeon moves the cursor over a point of interest (the xiphoid process) as a reference point, and presses a reference point designation key 722 thereon.

(S−2−7)
抽出回路620は指定された参照点の位置ベクトルの直交座標軸O’−x’y’z’における方向成分をボリュームメモリ640に書き出す。
(S−2−8)
制御回路670は、5つの参照点の指定が終了している場合には参照点指定処理を終了させ、それ以外の場合には処理を(S−2−2)ヘジャンプさせ、処理を繰り返す。
(S-2-7)
The extraction circuit 620 writes the direction component of the position vector of the designated reference point on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ to the volume memory 640.
(S-2-8)
The control circuit 670 terminates the reference point designation process when the designation of the five reference points has been completed, and otherwise jumps the process to (S-2-2) and repeats the process.

このようにして術者が指定した5参照点を、指定した順番に参照点L’、P0’、P1’、P2’、P3’とする。本第1の実施の形態では、以下、この参照点L’は剣状突起、P0’は十二指腸乳頭、P1’は噴門、P2’は幽門、P3’は腹腔動脈分岐として説明する。   The five reference points designated by the operator in this way are designated as reference points L ′, P0 ′, P1 ′, P2 ′, and P3 ′ in the designated order. In the first embodiment, the reference point L 'is described as a xiphoid process, P0' is a duodenal papilla, P1 'is a cardia, P2' is a pylorus, and P3 'is a celiac artery branch.

抽出回路620は、参照点が指定される順に、位置ベクトルO’L’の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分(x’、y’、z’)と、位置ベクトルO’P0’の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分(xp0’、yp0’、zp0’)と、位置ベクトルO’P1’の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分(xp1’、yp1’、zp1’)と、位置ベクトルO’P2’の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分(xp2’、yp2’、zp2’)と、位置ベクトルO’P3’の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分(xp3’、yp3’、zp3’)とをボリュームメモリ640に書き出す。各参照画像データは一辺60cmで一定の大きさであり、一定の1mmピッチで平行であるため、抽出回路620は各方向成分を演算できる。
直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分が上記の通り定義できたため、下式が成り立つ。
The extraction circuit 620 includes each directional component (x L ′, y L ′, z L ′) on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ of the position vector O′L ′ in the order in which the reference points are designated, Each direction component (xp0 ', yp0', zp0 ') in the orthogonal coordinate axis O'-x'y'z' of the position vector O'P0 'and the orthogonal coordinate axis O'-x'y' of the position vector O'P1 ' Each direction component (xp1 ′, yp1 ′, zp1 ′) in z ′ and each direction component (xp2 ′, yp2 ′, zp2 ′) in the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ of the position vector O′P2 ′ And the directional components (xp3 ′, yp3 ′, zp3 ′) of the position vector O′P3 ′ in the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ are written in the volume memory 640. Since each reference image data has a fixed size of 60 cm on a side and is parallel at a fixed 1 mm pitch, the extraction circuit 620 can calculate each direction component.
Since each directional component in the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ can be defined as described above, the following equation holds.

[数4]

Figure 2007037790
(S−3)体腔表面特徴点指定処理の説明
図13を参照して、体腔表面特徴点指定処理の詳細を説明する。以下に説明する「特徴点」P0、P1、P2、P3は、「参照点」P0’、P1’、P2’、P3’に解剖学的に対応する、被検者の体腔表面上もしくは体内深部の実際の点である。本第1の実施の形態では特徴点として、参照点のうち剣状突起を除く十二指腸乳頭、噴門、幽門、腹腔動脈分岐を指定する処理を例にあげて説明する。 [Equation 4]
Figure 2007037790
(S-3) Description of Body Cavity Surface Feature Point Designation Processing Details of the body cavity surface feature point designation processing will be described with reference to FIG. “Feature points” P0, P1, P2, and P3 described below are anatomically corresponding to “reference points” P0 ′, P1 ′, P2 ′, and P3 ′ on the surface of the body cavity of the subject or deep in the body. Is the actual point. In the first embodiment, processing for designating the duodenal papilla excluding the xiphoid process, the cardia, the pylorus, and the celiac artery branch as reference points will be described as an example.

参照点P0’と特徴点P0は十二指腸乳頭、参照点P1’と特徴点P1は噴門、参照点P2’と特徴点P2は幽門、参照点P3’と特徴点P3は腹腔動脈分岐であるから、特徴点P0、P1、P2は被検者の体腔表面上の点、特徴点P3は被検者の体内深部の点である。
従って、以下で説明する(S−3)体腔表面特徴点指定処理のフローの中では、被検者の体腔表面上の特徴点P0の十二指腸乳頭、特徴点P1の噴門、特徴点P2の幽門を指定する処理のみ説明する。
Since the reference point P0 ′ and the feature point P0 are the duodenal papilla, the reference point P1 ′ and the feature point P1 are cardia, the reference point P2 ′ and the feature point P2 are the pylorus, and the reference point P3 ′ and the feature point P3 are the celiac artery branch. The feature points P0, P1, and P2 are points on the surface of the body cavity of the subject, and the feature point P3 is a point deep in the body of the subject.
Therefore, in the flow of the body cavity surface feature point designation process described below (S-3), the duodenal papilla of the feature point P0 on the surface of the body cavity of the subject, the cardia of the feature point P1, and the pylorus of the feature point P2 are included. Only the specified process will be described.

(S−3−1)
術者は表示切換キーαを押す。表示回路660のスイッチ661は入力端子αに切り換わる。
(S−3−2)
表示回路660は光学観察装置300からの光学像データをアナログビデオ信号に変換し、アナログビデオ信号を表示装置700に出力する。表示装置700は光学像を表示する。
(S-3-1)
The surgeon presses the display switching key α. The switch 661 of the display circuit 660 is switched to the input terminal α.
(S-3-2)
The display circuit 660 converts the optical image data from the optical observation device 300 into an analog video signal, and outputs the analog video signal to the display device 700. The display device 700 displays an optical image.

(S−3−3)
術者は硬性部210と可撓部220を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部210を特徴点(十二指腸乳頭)近傍へ移動する。
(S-3-3)
The operator inserts the rigid part 210 and the flexible part 220 into the body cavity of the subject, looks for the feature point while observing the optical image, and moves the rigid part 210 to the vicinity of the feature point (duodenal papilla).

(S−3−4)
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ530を鉗子口201から挿入し、突出口202から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ530の先端を特徴点(十二指腸乳頭)に接触させる。
この様子を図14に示す。図14は光学像の表示画面を示している。図14では表示画面に光学像が表示されている。光学像には十二指腸乳頭と位置検出プローブ530とが写っている。術者は光学像を見ながら、位置検出プローブ530の先端を十二指腸乳頭に接触させる。
(S-3-4)
While observing the optical image, the operator inserts the position detection probe 530 from the forceps opening 201 and protrudes from the protruding opening 202. Then, the operator brings the tip of the position detection probe 530 into contact with the feature point (duodenal papilla) under the optical image field.
This is shown in FIG. FIG. 14 shows an optical image display screen. In FIG. 14, an optical image is displayed on the display screen. The optical image shows the duodenal papilla and the position detection probe 530. The operator brings the tip of the position detection probe 530 into contact with the duodenal papilla while viewing the optical image.

(S−3−5)
術者は体腔表面特徴点指定キー723を押す。この時刻をt0と定義する。
(S−3−6)
3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から位置・配向データを取り込む。
3次元ガイド画像作成回路630は位置・配向データより位置検出プローブ530先端の受信コイル532の位置C(t0)の位置ベクトルOC(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
(S-3-5)
The operator presses the body cavity surface feature point designation key 723. This time is defined as t0.
(S-3-6)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 takes in position / orientation data from the position / orientation calculation apparatus 500.
The three-dimensional guide image creation circuit 630 acquires each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OC (t0) of the position C (t0) of the receiving coil 532 at the tip of the position detection probe 530 from the position / orientation data.

十二指腸乳頭の位置P0の位置ベクトルOP0(t0)とその直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp0(t0)、yp0(t0)、zp0(t0)は、OP0(t0)がOC(t0)と同じであるから下式で表現できる。   The position vector OP0 (t0) of the position P0 of the duodenal papilla and its respective direction components xp0 (t0), yp0 (t0), zp0 (t0) on the orthogonal coordinate axis O-xyz have OP0 (t0) equal to OC (t0). Therefore, it can be expressed by the following formula.

[数5]

Figure 2007037790
このとき、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に再び姿勢検出プレート520の基準位置L(t0)の位置ベクトルOL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
さらに、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に姿勢検出プレート520の基準点L(t0)の配向を示す回転行列T(t0)とを取得する。
位置ベクトルOL(t0)と回転行列T(t0)とは被検者の体位の変化による、特徴点P0の位置の変化を補正するときに用いる。 [Equation 5]
Figure 2007037790
At this time, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously obtains each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OL (t0) of the reference position L (t0) of the posture detection plate 520 simultaneously from the position / orientation calculation apparatus 500. .
Furthermore, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously obtains a rotation matrix T (t0) indicating the orientation of the reference point L (t0) of the posture detection plate 520 from the position / orientation calculation device 500.
The position vector OL (t0) and the rotation matrix T (t0) are used when correcting the change in the position of the feature point P0 due to the change in the body position of the subject.

3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t0でのOP0(t0)、OL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t0)とを取得できたことになる。   The three-dimensional guide image creation circuit 630 can acquire the respective direction components of the OP0 (t0) and OL (t0) on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix T (t0) at the time t0.

(S−3−7)
3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t0でのOP0(t0)、OL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t0)とをボリュームメモリ640に書き出す。
(S−3−8)
制御回路670は、このステップまでに術者からの特徴点指定中止キー725ヘの入力がある場合には体腔表面特徴点指定処理を終了させる。それ以外の場合には処理を(S−3−3)ヘジャンプさせ、(S−3−3)〜(S−3−7)までの処理を繰り返す。
(S-3-7)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 writes OP0 (t0), OL (t0) direction components on the orthogonal coordinate axis O-xyz at this time t0, and the rotation matrix T (t0) to the volume memory 640.
(S-3-8)
If there is an input to the feature point designation stop key 725 from the operator by this step, the control circuit 670 ends the body cavity surface feature point designation process. In other cases, the process jumps to (S-3-3), and the processes from (S-3-3) to (S-3-7) are repeated.

上記した(S−3−3)〜(S−3−7)では体腔表面の特徴点を十二指腸乳頭として説明したが、本第1の実施の形態ではさらに(S−3−3)〜(S−3−7)までの処理を繰り返す過程で、噴門、幽門の順で同様の作用を実施する。この作用を噴門での作用では(S−3−3)’〜(S−3−7)’、幽門での作用では(S−3−3)”〜(S−3−7)”として以下に示す。図13からは省略する。   In the above (S-3-3) to (S-3-7), the feature point on the surface of the body cavity has been described as the duodenal papilla. However, in the first embodiment, (S-3-3) to (S In the process of repeating the process up to -3-7), the same action is performed in the order of cardia and pylorus. This action is referred to as (S-3-3) 'to (S-3-7)' in the cardia action, and (S-3-3) "to (S-3-7)" in the pylorus action. Shown in It is omitted from FIG.

術者は十二指腸乳頭、噴門、幽門の3つの体腔表面特徴点を入力した後、特徴点指定中止キー725を押す。図13からは省略する。
繰り返しの2目目では以下の通りである。
After inputting three body cavity surface feature points of the duodenal papilla, cardia, and pylorus, the operator presses a feature point designation stop key 725. It is omitted from FIG.
The second iteration is as follows.

(S−3−3)’
術者は硬性部210と可撓部220を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部210を特徴点(噴門)近傍へ移動する。
(S−3−4)’
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ530を鉗子口201から挿入し、突出口202から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ530の先端を特徴点(噴門)に接触させる。
(S−3−5)’
術者は体腔表面特徴点指定キー723を押す。この時刻をt1と定義する。
(S-3-3) '
The surgeon inserts the rigid portion 210 and the flexible portion 220 into the body cavity of the subject, looks for the feature point while observing the optical image, and moves the rigid portion 210 to the vicinity of the feature point (cardia).
(S-3-4) '
While observing the optical image, the operator inserts the position detection probe 530 from the forceps opening 201 and protrudes from the protruding opening 202. Then, the operator brings the tip of the position detection probe 530 into contact with the feature point (cardia) under the optical image field.
(S-3-5) '
The operator presses the body cavity surface feature point designation key 723. This time is defined as t1.

(S−3−6)’
3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から位置・配向データを取り込む。
3次元ガイド画像作成回路630は位置・配向データより位置検出プローブ530先端の受信コイル532の位置C(t1)の位置ベクトルOC(t1)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
十二指腸乳頭の位置P1の位置ベクトルOP1(t1)とその直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp1(t1)、yp1(t1)、zp1(t1)は、OP1(t1)がOC(t1)と同じであるから下式で表現できる。
(S-3-6) '
The three-dimensional guide image creation circuit 630 takes in position / orientation data from the position / orientation calculation apparatus 500.
The three-dimensional guide image creation circuit 630 obtains each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OC (t1) of the position C (t1) of the receiving coil 532 at the tip of the position detection probe 530 from the position / orientation data.
The position vector OP1 (t1) of the position P1 of the duodenal papilla and the respective direction components xp1 (t1), yp1 (t1), and zp1 (t1) on the orthogonal coordinate axis O-xyz have OP1 (t1) equal to OC (t1). Therefore, it can be expressed by the following formula.

[数6]

Figure 2007037790
このとき、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に再び姿勢検出プレート520の基準位置L(t1)の位置ベクトOL(t1)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
さらに、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に姿勢検出プレート520の基準点L(t1)の配向を示す回転行列T(t1)とを取得する。
位置ベクトルOL(t1)と回転行列T(t1)とは被検者の体位の変化による、特徴点P1の位置の変化を補正するときに用いる。 [Equation 6]
Figure 2007037790
At this time, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously obtains each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OL (t1) of the reference position L (t1) of the posture detection plate 520 simultaneously from the position / orientation calculation apparatus 500. .
Further, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously obtains a rotation matrix T (t1) indicating the orientation of the reference point L (t1) of the posture detection plate 520 from the position / orientation calculation device 500.
The position vector OL (t1) and the rotation matrix T (t1) are used when correcting the change in the position of the feature point P1 due to the change in the posture of the subject.

3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t1でのOP1(t1)、OL(t1)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t1)とを取得できたことになる。
(S−3−7)’
3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t1でのOP1(t1)、OL(t1)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t1)とをボリュームメモリ640に書き出す。
繰り返しの3回目では以下の通りである。
The three-dimensional guide image creation circuit 630 has acquired each direction component of the OP1 (t1) and OL (t1) on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix T (t1) at the time t1.
(S-3-7) '
The three-dimensional guide image creation circuit 630 writes the OP1 (t1), OL (t1) direction components on the orthogonal coordinate axis O-xyz, and the rotation matrix T (t1) at the time t1 to the volume memory 640.
The third iteration is as follows.

(S−3−3)”
術者は硬性部210と可撓部220を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部210を特徴点(幽門)近傍へ移動する。
(S−3−4)”
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ530を鉗子口201から挿入し、突出口202から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ530の先端を特徴点(幽門)に接触させる。
(S−3−5)”
術者は体腔表面特徴点指定キー723を押す。この時刻をt2と定義する。
(S-3-3) "
The surgeon inserts the rigid portion 210 and the flexible portion 220 into the body cavity of the subject, looks for the feature point while observing the optical image, and moves the rigid portion 210 to the vicinity of the feature point (pylorus).
(S-3-4) "
While observing the optical image, the operator inserts the position detection probe 530 from the forceps opening 201 and protrudes from the protruding opening 202. Then, the operator brings the tip of the position detection probe 530 into contact with the feature point (pylorus) under the optical image field.
(S-3-5) "
The operator presses the body cavity surface feature point designation key 723. This time is defined as t2.

(S−3−6)”
3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から位置・配向データを取り込む。
3次元ガイド画像作成回路630は位置・配向データより位置検出プローブ530先端の受信コイル532の位置C(t2)の位置ベクトルOC(t2)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
十二指腸乳頭の位置P2の位置ベクトルOP2(t2)とその直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp2(t2)、yp2(t2)、zp2(t2)は、OP2(t2)がOC(t2)と同じであるから下式で表現できる。
(S-3-6) "
The three-dimensional guide image creation circuit 630 takes in position / orientation data from the position / orientation calculation apparatus 500.
The three-dimensional guide image creation circuit 630 acquires each directional component of the position vector OC (t2) of the position vector OC (t2) of the position C (t2) of the receiving coil 532 at the tip of the position detection probe 530 from the position / orientation data.
The position vector OP2 (t2) of the position P2 of the duodenal papilla and the respective direction components xp2 (t2), yp2 (t2), and zp2 (t2) on the orthogonal coordinate axis O-xyz have OP2 (t2) the same as OC (t2). Therefore, it can be expressed by the following formula.

[数7]

Figure 2007037790
このとき、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に再び姿勢検出プレート520の基準位置L(t2)の位置ベクトルOL(t2)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分を取得する。
さらに、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から同時に姿勢検出プレート520の基準点L(t2)の配向を示す回転行列T(t2)とを取得する。
位置ベクトルOL(t2)と回転行列T(t2)とは被検者の体位の変化による、特徴点P2の位置の変化を補正するときに用いる。 [Equation 7]
Figure 2007037790
At this time, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously acquires each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OL (t2) of the reference position L (t2) of the posture detection plate 520 simultaneously from the position / orientation calculation apparatus 500. .
Further, the three-dimensional guide image creation circuit 630 simultaneously obtains a rotation matrix T (t2) indicating the orientation of the reference point L (t2) of the posture detection plate 520 from the position / orientation calculation device 500.
The position vector OL (t2) and the rotation matrix T (t2) are used when correcting the change in the position of the feature point P2 due to the change in the body position of the subject.

3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t2でのOP2(t2)、OL(t2)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t2)とを取得できたことになる。
(S−3−7)”
3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t2でのOP2(t2)、OL(t2)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t2)とをボリュームメモリ640に書き出す。
The three-dimensional guide image creation circuit 630 is able to acquire the respective directional components of the OP2 (t2) and OL (t2) on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix T (t2) at the time t2.
(S-3-7) "
The three-dimensional guide image creation circuit 630 writes OP2 (t2) and each direction component of the OL (t2) on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix T (t2) to the volume memory 640 at the time t2.

(S−4)体内深部特徴点指定処理の説明
図15を参照して、体内深部特徴点指定処理の詳細を説明する。参照点P3’と特徴点P3は腹腔動脈分岐であるから、特徴点P3は被検者の体内深部の点である。
(S−4−1)
術者は位置検出プローブ530の鉗子口マーカ534と鉗子口201の開口面との位置を一致させる。このとき、位置検出プローブ530の先端の位置と突出口202の開口面の位置とがー致し、受信コイル532が超音波振動子214のラジアル走査の回転中心のごく近傍となる。
さらに術者は位置検出プローブ530の12時方向マーカ535と操作部230の鉗子口201周囲に設けられた12時方向マーカ536との位置が一致するまで位置検出プローブ530を回転させる。このとき、図2のベクトルVcが図1のベクトルVと、図2のベクトルVaが図1のベクトルV3と、図2のベクトルVbが図1のベクトルV12と、それぞれ一致する。
(S-4) Description of Deep Body Feature Point Specifying Process Details of the deep body feature point specifying process will be described with reference to FIG. Since the reference point P3 ′ and the feature point P3 are celiac artery branches, the feature point P3 is a point deep in the body of the subject.
(S-4-1)
The operator matches the positions of the forceps port marker 534 of the position detection probe 530 and the opening surface of the forceps port 201. At this time, the position of the tip of the position detection probe 530 and the position of the opening surface of the projection port 202 match, and the reception coil 532 is very close to the rotational center of radial scanning of the ultrasonic transducer 214.
Further, the operator rotates the position detection probe 530 until the positions of the 12 o'clock direction marker 535 of the position detection probe 530 and the 12 o'clock direction marker 536 provided around the forceps port 201 of the operation unit 230 coincide with each other. At this time, the vector Vc in FIG. 2 matches the vector V in FIG. 1, the vector Va in FIG. 2 matches the vector V3 in FIG. 1, and the vector Vb in FIG. 2 matches the vector V12 in FIG.

そして、術者は位置検出プローブ530が鉗子チャンネル203で動かないよう固定する。
このように固定することで、位置・配向データの内容は以下のように解釈される。
Then, the operator fixes the position detection probe 530 so as not to move in the forceps channel 203.
By fixing in this way, the contents of the position / orientation data are interpreted as follows.

受信コイル532は超音波振動子214の近傍に固定されるため、受信コイル532のOC(t)は超音波振動子214の回転中心位置の位置ベクトルと考えて実使用上差し支えない。
受信コイル532の第1の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルVcが図1のベクトルVと一致するため、Vc(t)は超音波振動子214のラジアル走査面の法線方向、すなわち超音波断層像データの法線方向を示すベクトルVと考えて実使用上差し支えない。
Since the receiving coil 532 is fixed in the vicinity of the ultrasonic transducer 214, the OC (t) of the receiving coil 532 can be considered as a position vector of the rotational center position of the ultrasonic transducer 214 and can be used in actual use.
Since the direction unit vector Vc indicating the first winding axis direction of the receiving coil 532 coincides with the vector V in FIG. 1, Vc (t) is the normal direction of the radial scanning plane of the ultrasonic transducer 214, that is, the ultrasonic tomography. It can be considered as a vector V indicating the normal direction of the image data for practical use.

受信コイル532の第2の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルVb(t)が図1のベクトルV12と一致するため、Vb(t)は超音波振動子214のラジアル走査面の12時方向を示すベクトルV12と考えて実使用上差し支えない。
以下、VとV12とを時間の関数V(t)、V12(t)とし、Vc(t)をV(t)に、Vb(t)をV12(t)に置き換えて説明する。
Since the direction unit vector Vb (t) indicating the second winding axis direction of the receiving coil 532 coincides with the vector V12 in FIG. 1, Vb (t) indicates the 12 o'clock direction of the radial scanning surface of the ultrasonic transducer 214. Considering the vector V12, there is no problem in actual use.
In the following description, V and V12 are time functions V (t) and V12 (t), Vc (t) is replaced with V (t), and Vb (t) is replaced with V12 (t).

(S−4−2)
術者は表示切換キーγを押す。表示回路660のスイッチ661は入力端子γに切り換わる。
(S−4−3)
術者は走査制御キー726を押す。超音波振動子214はラジアル走査を開始する。
(S−4−4)
表示回路660は超音波観測装置400からの超音波断層像データをアナログビデオ信号に変換し、超音波断層像を表示装置700に出力する。表示装置700は超音波断層像を表示する。
(S-4-2)
The surgeon presses the display switching key γ. The switch 661 of the display circuit 660 is switched to the input terminal γ.
(S-4-3)
The operator presses the scan control key 726. The ultrasonic transducer 214 starts radial scanning.
(S-4-4)
The display circuit 660 converts the ultrasonic tomographic image data from the ultrasonic observation apparatus 400 into an analog video signal, and outputs the ultrasonic tomographic image to the display apparatus 700. The display device 700 displays an ultrasonic tomographic image.

(S−4−5)
術者は超音波断層像を観察しながら可撓部220、硬性部210を動かし、向きを変えて特徴点(腹腔動脈分岐)を探し、特徴点を超音波断層像上に描出する。
この様子を図16に示す。図16は超音波断層像の表示画面を示している。図16では表示画面に超音波断層像がカーソルを重畳されて表示されている。超音波断層像には大動脈、腹腔動脈、総肝動脈、脾動脈が写っている。腹腔動脈分岐は腹腔動脈が総肝動脈と脾動脈とへ枝分かれする部分である。図16では説明の都合上、腹腔動脈分岐は点線の仮想円で示されている。腹腔動脈分岐は実際の被検者の体内では直径1〜2cm程度の円内に収まる領域である。
(S-4-5)
The operator moves the flexible part 220 and the rigid part 210 while observing the ultrasonic tomographic image, changes the direction, searches for the characteristic point (abdominal artery branch), and draws the characteristic point on the ultrasonic tomographic image.
This is shown in FIG. FIG. 16 shows an ultrasonic tomographic image display screen. In FIG. 16, the ultrasonic tomographic image is displayed with the cursor superimposed on the display screen. The ultrasonic tomogram shows the aorta, celiac artery, common hepatic artery, and splenic artery. The celiac artery branch is a portion where the celiac artery branches into the common hepatic artery and the splenic artery. In FIG. 16, for the convenience of explanation, the celiac artery branch is indicated by a dotted virtual circle. The celiac artery branch is a region that fits within a circle having a diameter of about 1 to 2 cm in the body of an actual subject.

(S−4−6)
術者はマウス710を用いて、図16の点線矢印で示すようにカーソルを動かし、腹腔動脈分岐の部分を指し示す。
図17に、このときの超音波断層像の表示画面を示している。術者がカーソルで指し示した画面中心からのアドレスを(−Q1,−Q2)で示している。アドレスは、縦は12時方向、横は3時方向が正である。
そして、術者は体内深部特徴点指定キー724を押す。この時刻をt3と定義する。
(S−4−7)
3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500から位置・配向データを取り込む。具体的には以下のデータである。
(S-4-6)
The operator uses the mouse 710 to move the cursor as indicated by the dotted arrow in FIG.
FIG. 17 shows an ultrasonic tomographic image display screen at this time. The address from the center of the screen pointed by the operator with the cursor is indicated by (−Q1, −Q2). The address is positive at 12 o'clock in the vertical direction and at 3 o'clock in the horizontal direction.
The surgeon then presses a deep body feature point designation key 724. This time is defined as t3.
(S-4-7)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 takes in position / orientation data from the position / orientation calculation apparatus 500. Specifically, it is the following data.

受信コイル532の位置C(t3)の位置ベクトルOC(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第1の巻線軸方向を示す方向ベクトルV(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第2の巻線軸方向を示す方向ベクトルV12(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の基準位置L(t3)の位置ベクトルOL(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の配向を示す3×3の回転行列T(t3)
OC(t3)、V(t3)、V12(t3)を取り込むのは、後述する通り、特徴点P3の位置ベクトルOP3(t3)とその直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp3(t3)、yp3(t3)、zp3(t3)を計算するためである。
Each direction component in the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OC (t3) of the position C (t3) of the reception coil 532 The orthogonal coordinate axis O-xyz of the direction vector V (t3) indicating the first winding axis direction of the reception coil 532 Each direction component in the direction vector V12 (t3) indicating the second winding axis direction of the receiving coil 532 Each direction component in the orthogonal coordinate axis O-xyz The position vector OL (t3) of the reference position L (t3) of the attitude detection plate 520 Each directional component of the orthogonal coordinate axis O-xyz of 3 × 3 rotation matrix T (t3) indicating the orientation of the posture detection plate 520
OC (t3), V (t3), and V12 (t3) are taken in, as will be described later, the position vector OP3 (t3) of the feature point P3 and the directional components xp3 (t3), yp3 on the orthogonal coordinate axes O-xyz. This is because (t3) and zp3 (t3) are calculated.

OL(t3)とT(t3)を取り込むのは、後述する通り、3次元ガイド画像作成回路630が常に被検者の体位変化により移動する特徴点P3の現在位置を正しく補正するためである。
(S−4−8)
3次元ガイド画像作成回路630はアドレス(−Q1,−Q2)を用いて、この時刻t3での特徴点P3の位置ベクトルOP3(t3)を算出する。
超音波振動子214の回転中心位置、すなわち超音波断層像の中心は点C(t3)で、その位置ベクトルはOC(t3)である。
The reason why OL (t3) and T (t3) are taken in is that the three-dimensional guide image creation circuit 630 always corrects the current position of the feature point P3 that is always moved by the change in the posture of the subject as will be described later.
(S-4-8)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 calculates the position vector OP3 (t3) of the feature point P3 at the time t3 using the address (−Q1, −Q2).
The rotation center position of the ultrasonic transducer 214, that is, the center of the ultrasonic tomographic image is the point C (t3), and its position vector is OC (t3).

超音波断層像の法線方向を示す方向単位ベクトルはV(t3)、ラジアル走査面の12時方向を示す方向単位ベクトルはV12(t3)であるから、超音波断層像の3時方向を示す方向単位ベクトルはV12(t3)×V(t3)と書ける。これら3つのベクトルV(t3)、V12(t3)、V12(t3)×V(t3)と超音波断層像との位置関係は図17に示されている。ここで、V12(t3)×V(t3)はV12(t3)とV(t3)との外積である。
特徴点P3の位置ベクトルOP3(t3)は図17より下式で求められる。
Since the direction unit vector indicating the normal direction of the ultrasonic tomographic image is V (t3) and the direction unit vector indicating the 12 o'clock direction of the radial scanning plane is V12 (t3), it indicates the 3 o'clock direction of the ultrasonic tomographic image. The direction unit vector can be written as V12 (t3) × V (t3). The positional relationship between these three vectors V (t3), V12 (t3), V12 (t3) × V (t3) and the ultrasonic tomogram is shown in FIG. Here, V12 (t3) × V (t3) is an outer product of V12 (t3) and V (t3).
The position vector OP3 (t3) of the feature point P3 is obtained by the following equation from FIG.

[数8]

Figure 2007037790
OC(t3)、V(t3)、V12(t3)はいずれも直交座標軸O−xyzにおける各方向成分で表現できるので、腹腔動脈分岐の位置P3の位置ベクトルOP3(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp3(t3)、yp3(t3)、zp3(t3)は上式から求めることができる。OP3(t3)とその直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp3(t3)、yp3(t3)、zp3(t3)とは以下の関係がある。 [Equation 8]
Figure 2007037790
Since OC (t3), V (t3), and V12 (t3) can all be expressed by respective direction components on the orthogonal coordinate axis O-xyz, the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OP3 (t3) of the position P3 of the celiac artery branch P3. Each direction component xp3 (t3), yp3 (t3), and zp3 (t3) in can be obtained from the above equation. There is the following relationship between OP3 (t3) and each directional component xp3 (t3), yp3 (t3), zp3 (t3) in the orthogonal coordinate axis O-xyz.

[数9]

Figure 2007037790
(S−4−9)
3次元ガイド画像作成回路630はこの時刻t3でのOP3(t3)、OL(t3)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t3)とをボリュームメモリ640に書き出す。
(S−4−10)
制御回路670は、このステップまでに術者からの特徴点指定中止キー725ヘの入力がある場合には体内深部特徴点指定処理を終了させる。それ以外の場合には処理を(S−4−5)ヘジャンプさせ、(S−4−5)〜(S−4−9)までの処理を繰り返す。 [Equation 9]
Figure 2007037790
(S-4-9)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 writes OP3 (t3), OL (t3) direction components on the orthogonal coordinate axis O-xyz at this time t3, and the rotation matrix T (t3) to the volume memory 640.
(S-4-10)
When there is an input to the feature point designation stop key 725 from the operator by this step, the control circuit 670 ends the deep body feature point designation processing. In other cases, the process jumps to (S-4-5), and the processes from (S-4-5) to (S-4-9) are repeated.

本第1の実施の形態では、体内深部の特徴点をこの腹腔動脈分岐1点として説明し、術者が腹腔動脈分岐を入力した後、特徴点指定中止キー725を押し、繰り返さない例として説明する。何故なら、特徴点は参照点と同じく4点必要であるが、既に十二指腸乳頭、噴門、幽門の3特徴点は体腔表面特徴点指定処理で指定済みであり、体内深部特徴点として残り1点があれば、特徴点として4点揃うからである。   In the first embodiment, the feature point in the deep part of the body is described as one celiac artery branch, and after the operator inputs the celiac artery branch, the feature point designation stop key 725 is pressed and the example is not repeated. To do. This is because 4 feature points are required as well as the reference points, but 3 feature points of duodenal papilla, cardia and pylorus have already been designated in the body cavity surface feature point designation process, and the remaining 1 point is the deep body feature point. This is because there are four feature points.

(S−5)3次元ガイド画像作成・表示処理の説明
図18を参照して、3次元ガイド画像作成・表示処理の詳細を説明する。
(S−5−1)
(S−4−1)と同じである。
(S−5−2)、
術者は表示切換キーδを押す。表示回路660のスイッチ661は入力端子δに切り換わる。
(S-5) Description of 3D Guide Image Creation / Display Processing Details of the 3D guide image creation / display processing will be described with reference to FIG.
(S-5-1)
Same as (S-4-1).
(S-5-2),
The operator presses the display switching key δ. The switch 661 of the display circuit 660 is switched to the input terminal δ.

(S−5−3)
3次元ガイド画像作成回路630はボリュームメモリ640から5つの参照点L’、P0’、P1’、P2’、P3’の位置ベクトルの直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分を読み出す。そして、3次元ガイド画像作成回路630はボリュームメモリ640から4つの特徴点P0、P1、P2、P3の位置ベクトルの直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列とを読み出す。
(S−5−4)
術者は走査制御キー726を押す。超音波振動子214はラジアル走査を開始する。ラジアル走査に応じて、混合回路650には超音波観測装置400から逐次超音波断層像データが入力する。
(S-5-3)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 obtains each direction component from the volume memory 640 on the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ of the position vectors of the five reference points L ′, P0 ′, P1 ′, P2 ′, P3 ′. read out. Then, the three-dimensional guide image creation circuit 630 reads from the volume memory 640 each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix of the position vectors of the four feature points P0, P1, P2, and P3.
(S-5-4)
The operator presses the scan control key 726. The ultrasonic transducer 214 starts radial scanning. In accordance with the radial scanning, ultrasonic tomographic image data is sequentially input from the ultrasonic observation apparatus 400 to the mixing circuit 650.

(S−5−5)
超音波振動子214が1回のラジアル走査をして超音波観測装置400が超音波断層像データを作成し、超音波断層像データが超音波観測装置400から混合回路650に入力するたびに、制御回路670は3次元ガイド画像作成回路630に指令を出す。
3次元ガイド画像作成回路630はこの指令により位置配向算出装置500から位置・配向データを取り込む。この時刻をtsと定義する。
(S-5-5)
Each time the ultrasonic transducer 214 performs one radial scan and the ultrasonic observation apparatus 400 creates ultrasonic tomographic image data, and the ultrasonic tomographic image data is input from the ultrasonic observation apparatus 400 to the mixing circuit 650, The control circuit 670 issues a command to the three-dimensional guide image creation circuit 630.
The three-dimensional guide image creation circuit 630 takes in position / orientation data from the position / orientation calculation apparatus 500 in response to this command. This time is defined as ts.

3次元ガイド画像作成回路630は位置・配向データより以下のデータを取得する。   The three-dimensional guide image creation circuit 630 acquires the following data from the position / orientation data.

受信コイル532の位置C(ts)の位置ベクトルOC(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第1の巻線軸方向を示す方向ベクトルV(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
受信コイル532の第2の巻線軸方向を示す方向ベクトルV12(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の基準位置L(ts)の位置ベクトルOL(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分
姿勢検出プレート520の配向を示す3×3の回転行列T(ts)
OC(ts)、V(ts)、V12(ts)を取得するのは、後述する通り、3次元ガイド画像作成回路630が常にラジアル走査面の位置と方向を正しく補正するためである。
Each direction component in the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OC (ts) of the position C (ts) of the receiving coil 532 The orthogonal coordinate axis O-xyz of the direction vector V (ts) indicating the first winding axis direction of the receiving coil 532 Each direction component in the direction vector V12 (ts) indicating the second winding axis direction of the receiving coil 532 Each direction component in the orthogonal coordinate axis O-xyz The position vector OL (ts) of the reference position L (ts) of the attitude detection plate 520 Each directional component of the orthogonal coordinate axis O-xyz of 3 × 3 rotation matrix T (ts) indicating the orientation of the attitude detection plate 520
The reason why OC (ts), V (ts), and V12 (ts) are acquired is that the three-dimensional guide image creation circuit 630 always corrects the position and direction of the radial scanning plane correctly, as will be described later.

OL(ts)とT(ts)を取得するのは、後述する通り、3次元ガイド画像作成回路630が常に被検者の体位変化により移動する特徴点P0、P1、P2、P3の現在位置を正しく補正するためである。
(S−5−6)
3次元ガイド画像作成回路630は時刻tsにおける特徴点P0、P1、P2、P3の位置を、被検者の体位変化を考慮して正しく補正し算出する。このとき、被検者の体は伸縮したり歪んだりすることがなく、L(剣状突起)、P0、P1、P2、P3の互いの位置関係は時間的に不変と仮定する。
以下、時刻tsにおける特徴点P0の位置の算出方法を例にとり具体的に説明する。
OL (ts) and T (ts) are acquired based on the current positions of the feature points P0, P1, P2, and P3 at which the three-dimensional guide image creation circuit 630 always moves due to the change in the posture of the subject, as will be described later. This is to correct correctly.
(S-5-6)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 corrects and calculates the positions of the feature points P0, P1, P2, and P3 at time ts in consideration of changes in the body position of the subject. At this time, it is assumed that the body of the subject does not stretch or distort, and the positional relationship between L (sword-shaped projections), P0, P1, P2, and P3 is not changed in time.
Hereinafter, the calculation method of the position of the feature point P0 at the time ts will be specifically described as an example.

姿勢検出プレート520の、基準位置Lの位置ベクトルOL(t)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、配向を示す回転行列T(t)とは、被検者の体位変化に応じて逐次変化する。   Each direction component of the position vector OL (t) of the reference position L on the orthogonal coordinate axis O-xyz and the rotation matrix T (t) indicating the orientation of the posture detection plate 520 are sequentially changed according to the change in the posture of the subject. Change.

(S−3−7)において、時刻t0でのOL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t0)とは同時にボリュームメモリ640に書き出され、記憶されている。
(S−5−5)において、時刻tsでのOL(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(ts)とは同時に3次元画像作成回路により取得されている。
従って、時刻t0からtsまでの被検者の体位変化は、OL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分とOL(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分との変化、及び、回転行列T(t0)と回転行列T(ts)との変化とから算出することができる。
In (S-3-7), each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OL (t0) at time t0 and the rotation matrix T (t0) are simultaneously written and stored in the volume memory 640. .
In (S-5-5), each directional component of the orthogonal coordinate axis O-xyz of OL (ts) at time ts and the rotation matrix T (ts) are simultaneously acquired by the three-dimensional image creation circuit.
Therefore, the change in the posture of the subject from time t0 to ts is a change between each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OL (t0) and each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OL (ts), and The rotation matrix T (t0) and the change between the rotation matrix T (ts) can be calculated.

(S−3−7)において、時刻t0での特徴点P0の位置ベクトルOP0(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp0(t0)、yp0(t0)、zp0(t0)はボリュームメモリ640に書き出され、記憶されている。   In (S-3-7), each directional component xp0 (t0), yp0 (t0), zp0 (t0) on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OP0 (t0) of the feature point P0 at time t0 is a volume memory. 640 is written and stored.

従って、時刻tsでの特徴点P0の位置ベクトルOP0(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp0(ts)、yp0(ts)、zp0(ts)は、OL(t0)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(t0)と、OL(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分と、回転行列T(ts)とを用い、xp0(t0)、yp0(t0)、zp0(t0)から求めることができる。   Therefore, each directional component xp0 (ts), yp0 (ts), zp0 (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OP0 (ts) of the feature point P0 at time ts is the orthogonal coordinate axis O of OL (t0). Each direction component in -xyz, rotation matrix T (t0), each direction component in orthogonal coordinate axis O-xyz of OL (ts), and rotation matrix T (ts) are used, and xp0 (t0), yp0 (t0) ), Zp0 (t0).

すなわち、時刻tsにおける特徴点P0の位置は、(S−3−7)で既にボリュームメモリ640に記憶された値と、(S−5−5)で3次元ガイド画像作成回路630が取り込んだ位置・配向データとから、被検者の体位変化を考慮して正しく補正され算出される。
時刻tsにおける特徴点P1、P2、P3の位置の算出方法も同様である。結局、以下の値が被検者の体位変化を考慮して正しく補正され算出される。
That is, the position of the feature point P0 at time ts is the value already stored in the volume memory 640 in (S-3-7) and the position captured by the 3D guide image creation circuit 630 in (S-5-5). -Corrected and calculated from the orientation data in consideration of changes in the posture of the subject.
The calculation method of the positions of the feature points P1, P2, and P3 at time ts is the same. After all, the following values are corrected and calculated in consideration of the change in the posture of the subject.

OP0(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp0(ts)、yp0(ts)、zp0(ts)
OP1(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp1(ts)、yp1(ts)、zp1(ts)
OP2(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp2(ts)、yp2(ts)、zp2(ts)
OP3(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分xp3(ts)、yp3(ts)、zp3(ts)
(S−5−7)
以下、図19及び図20を参照して説明する。図19は特徴点とラジアル走査面631を示している。図20は参照点と超音波断層像マーカ632を示している。
Each direction component xp0 (ts), yp0 (ts), zp0 (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP0 (ts)
Each direction component xp1 (ts), yp1 (ts), zp1 (ts) in the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP1 (ts)
Each direction component xp2 (ts), yp2 (ts), zp2 (ts) in the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP2 (ts)
Each direction component xp3 (ts), yp3 (ts), zp3 (ts) in the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP3 (ts)
(S-5-7)
Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 shows feature points and a radial scanning plane 631. FIG. 20 shows reference points and ultrasonic tomographic image markers 632.

3次元ガイド画像作成回路630は、抽出データとともにボクセル空間VXSの中で超音波断層像を示すべき指標(以下、超音波断層像マーカ)632の位置と配向とを算出する。図21に超音波断層像マーカ632を示す。超音波断層像マーカ632は、ボクセル空間VXSの中で超音波振動子214の1回転のラジアル走査に対して超音波観測装置400が出力する超音波断層像データと解剖学的に位置と配向とが一致する模式図である。   The three-dimensional guide image creation circuit 630 calculates the position and orientation of an index (hereinafter referred to as an ultrasonic tomographic image marker) 632 to indicate an ultrasonic tomographic image in the voxel space VXS together with the extracted data. FIG. 21 shows an ultrasonic tomographic image marker 632. The ultrasonic tomographic image marker 632 includes the ultrasonic tomographic image data output from the ultrasonic observation apparatus 400 with respect to one rotation of the ultrasonic transducer 214 in the voxel space VXS and the anatomical position and orientation. FIG.

図20に示す通り、超音波断層像マーカ632の中心位置を点C’(ts)、超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルをV’(ts)、12時方向ベクトルをV12’(ts)と定義する。すると、3時方向ベクトルはV12’(ts)×V’(ts)となるため、超音波断層像マーカ632は図19が示すように位置ベクトルが下式を満足する点R’(ts)の集合となる。ここで、V12’(ts)×V’(ts)はV12’(ts)とV’(ts)との外積である。X’は点R’(ts)と点C’(ts)との間の3時方向の距離、Y’は点R’(ts)と点C’(ts)との間の12時方向の距離である。   As shown in FIG. 20, the center position of the ultrasonic tomographic image marker 632 is the point C ′ (ts), the normal direction vector of the ultrasonic tomographic image marker 632 is V ′ (ts), and the 12 o'clock direction vector is V12 ′ (ts). ). Then, since the 3 o'clock direction vector is V12 ′ (ts) × V ′ (ts), the ultrasonic tomographic image marker 632 has a position vector at a point R ′ (ts) where the position vector satisfies the following expression as shown in FIG. It becomes a set. Here, V12 ′ (ts) × V ′ (ts) is an outer product of V12 ′ (ts) and V ′ (ts). X ′ is the distance in the 3 o'clock direction between the point R ′ (ts) and the point C ′ (ts), and Y ′ is the 12 o'clock direction between the point R ′ (ts) and the point C ′ (ts). Distance.

[数10]

Figure 2007037790
以下、(1)超音波断層像データの平面上の任意点と超音波断層像マーカ632上の点との対応関係、(2)超音波断層像マーカ632の位置と配向として、その中心位置、法線方向、12時方向の算出方法の原理について説明する。
3次元ガイド画像作成回路630はこの原理の説明で最終的に得られる(33)式と(34)式とより中心位置C’(ts)の位置ベクトルO’C’(ts)とその直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分を、(40)式もしくは、(44)式と(45)式とで超音波断層像マーカ632の12時方向ベクトルV12’(ts)とその直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分を、(57)式と(58)式とで超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルV’(ts)とその直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分を算出する。 [Equation 10]
Figure 2007037790
Hereinafter, (1) the correspondence between an arbitrary point on the plane of the ultrasonic tomographic image data and a point on the ultrasonic tomographic image marker 632, (2) the center position as the position and orientation of the ultrasonic tomographic image marker 632, The principle of the calculation method for the normal direction and the 12 o'clock direction will be described.
The three-dimensional guide image creation circuit 630 obtains the position vector O′C ′ (ts) of the center position C ′ (ts) and its orthogonal coordinate axes based on the equations (33) and (34) finally obtained by explanation of this principle. Each direction component in O′−x′y′z ′ is expressed by the following expression (40) or the 12 o'clock direction vector V12 ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 by the expressions (44) and (45). Each directional component on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ is expressed by the normal direction vector V ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 and its orthogonal coordinate axis O ′ by the equations (57) and (58). Each directional component at −x′y′z ′ is calculated.

(1)超音波断層像データの平面上の任意点と超音波断層像マーカ632上の点との対応関係
点R(ts)を直交座標軸O−xyz上にあるラジアル走査面631上の任意点とする。点P0と点R(ts)との間の位置ベクトルP0R(ts)は適当な実数a、b、cをとって下式の通り表現することができる。なお、下式ではベクトルを全て時間の関数にして扱っている。
(1) Correspondence relationship between arbitrary point on plane of ultrasonic tomographic image data and point on ultrasonic tomographic image marker 632 Point R (ts) is an arbitrary point on radial scanning plane 631 on orthogonal coordinate axis O-xyz. And A position vector P0R (ts) between the point P0 and the point R (ts) can be expressed by the following equation by taking appropriate real numbers a, b, and c. In the following equation, all vectors are handled as functions of time.

[数11]

Figure 2007037790
一方、参照画像データ上の参照点P0’、P1’、P2’、P3’は、各々特徴点P0、P1、P2、P3に解剖学的に同じ位置として対応づけられている。さらに、人体の解剖学的な構造が人によらず凡そ同じであると考えられる。そのため、点R(ts)が特徴点を頂点とする三角錐P0P1P2P3に対して特定の位置にあるとすると、参照画像データ上の参照点を頂点とする三角錐P0’P1’P2’P3’に対して同等の位置にある点R’(ts)は点R(ts)と解剖学的に同じ器官、もしくは同じ組織上の点に相当すると仮定することができる。この仮定の下では、(17)式のa、b、cを使って下式のように同様に表現できる直交座標軸O’−x’y’z’上にある点R’(ts)こそが点R(ts)の解剖学的な対応点と言える。 [Equation 11]
Figure 2007037790
On the other hand, the reference points P0 ′, P1 ′, P2 ′, and P3 ′ on the reference image data are associated with the feature points P0, P1, P2, and P3 as anatomically the same positions. Furthermore, it is thought that the anatomical structure of the human body is almost the same regardless of the person. Therefore, if the point R (ts) is at a specific position with respect to the triangular pyramid P0P1P2P3 having the feature point as a vertex, the triangular pyramid P0′P1′P2′P3 ′ having the reference point on the reference image data as a vertex is obtained. It can be assumed that the point R ′ (ts) in the equivalent position corresponds to a point on the same organ or tissue anatomically as the point R (ts). Under this assumption, the point R ′ (ts) on the orthogonal coordinate axis O′−x′y′z ′ that can be similarly expressed as in the following equation using a, b, and c in the equation (17). It can be said that it is an anatomical corresponding point of the point R (ts).

[数12]

Figure 2007037790
ここで、点R(ts)の位置ベクトルOR(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxR(ts)、yR(ts)、zR(ts)と定義し、点R’(ts)の位置ベクトルO’R’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxR’(ts)、yR’(ts)、zR’(ts)と定義すると、下式が成り立つ。 [Equation 12]
Figure 2007037790
Here, each direction component in the orthogonal coordinate axis O-xyz of the position vector OR (ts) of the point R (ts) is defined as xR (ts), yR (ts), zR (ts), and the point R ′ (ts) If each directional component of the position vector O′R ′ (ts) in the orthogonal coordinate axes O′−x′y′z ′ is defined as xR ′ (ts), yR ′ (ts), zR ′ (ts), Holds.

[数13]

Figure 2007037790
以下では、これまでに出てきた式を基に、直交座標軸O−xyz上にあるラジアル走査面上の任意点R(ts)の解剖学的な対応点R’(ts)の位置ベクトルO’R’とその直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分xR’(ts)、yR’(ts)、zR’(ts)とを求める。
まず、(17)式より、下式が成り立つ。 [Equation 13]
Figure 2007037790
In the following, based on the equations given so far, the position vector O ′ of the anatomical corresponding point R ′ (ts) of the arbitrary point R (ts) on the radial scanning plane on the orthogonal coordinate axis O-xyz. R ′ and each directional component xR ′ (ts), yR ′ (ts), zR ′ (ts) in the orthogonal coordinate axes O′-x′y′z ′ are obtained.
First, the following equation is established from the equation (17).

[数14]

Figure 2007037790
(21)式に(19)式と、(S−5−6)で算出したOP0(ts)、OP1(ts)、OP2(ts)、OP3(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分(xp0(ts)、yp0(ts)、zp0(ts))と、(xp1(ts)、yp1(ts)、zp1(ts))と、(xp2(ts)、yp2(ts)、zp2(ts))と、(xp3(ts)、yp3(ts)、zp3(ts))とを代入して、下式が成り立つ。 [Formula 14]
Figure 2007037790
Each directional component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP0 (ts), OP1 (ts), OP2 (ts), and OP3 (ts) calculated in (19) and (S-5-6) in (21) (Xp0 (ts), yp0 (ts), zp0 (ts)), (xp1 (ts), yp1 (ts), zp1 (ts)), (xp2 (ts), yp2 (ts), zp2 (ts) )) And (xp3 (ts), yp3 (ts), zp3 (ts)) are substituted, and the following equation is established.

[数15]

Figure 2007037790
ここで、以降の式を簡単に表現するために3×3行列Q(ts)を下式で定義する。
[数16]
Figure 2007037790
(23)式を(22)式に代入して
[数17]
Figure 2007037790
故に下式が成り立つ。ここでQ(ts)−1はQ(ts)の逆行列を意味する。 [Equation 15]
Figure 2007037790
Here, a 3 × 3 matrix Q (ts) is defined by the following equation in order to easily express the following equations.
[Equation 16]
Figure 2007037790
Substituting equation (23) into equation (22), [Equation 17]
Figure 2007037790
Therefore, the following equation holds. Here, Q (ts) −1 means an inverse matrix of Q (ts).

[数18]

Figure 2007037790
一方、(18)式からも(21)式と同様な式が導かれる。
[数19]
Figure 2007037790
(21)式に(19)式と、(S−5−6)で算出したOP0(ts)、OP1(ts)、OP2(ts)、OP3(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分とを代入して(22)式が導かれたのと同様に、(26)式に(7)〜(10)式と(20)式とを代入して下式が成り立つ。 [Equation 18]
Figure 2007037790
On the other hand, an equation similar to the equation (21) is derived from the equation (18).
[Equation 19]
Figure 2007037790
Each directional component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OP0 (ts), OP1 (ts), OP2 (ts), and OP3 (ts) calculated in (19) and (S-5-6) in (21) In the same manner as the expression (22) is derived by substituting, the following expression is established by substituting the expressions (7) to (10) and (20) into the expression (26).

[数20]

Figure 2007037790
ここで、以降の式を簡単に表現するために3×3行列Q’を下式で定義する。
[数21]
Figure 2007037790
(28)式を(27)式に代入して下式を得る。 [Equation 20]
Figure 2007037790
Here, in order to easily express the following equations, a 3 × 3 matrix Q ′ is defined by the following equation.
[Equation 21]
Figure 2007037790
Substituting equation (28) into equation (27) gives the following equation:

[数22]

Figure 2007037790
(25)式で、a、b、cが求まっているから、これを(29)式へ代入して、下式を得る。
[数23]
Figure 2007037790
故に、下式を得る
[数24]
Figure 2007037790
こうして、(20)式と(31)式とで直交座標軸O−xyz上にあるラジアル走査面631上の任意点R(ts)の解剖学的な対応点R’(ts)の位置ベクトルO’R’(ts)とその直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分xR’(ts)、yR’(ts)、zR’(ts)とを求めることができた。つまり、ラジアル走査面631上の任意点R(ts)に対し、3次元ガイド画像作成回路630が(S−5−3)でボリュームメモリ640から読み出した5つの参照点と4特徴点の位置ベクトルの方向成分と回転行列とを用い、(20)式と(31)式とで計算できる点R’(ts)の集合こそが超音波断層像マーカ632なのである。 [Equation 22]
Figure 2007037790
Since a, b, and c are obtained in equation (25), these are substituted into equation (29) to obtain the following equation.
[Equation 23]
Figure 2007037790
Therefore, the following formula is obtained [Equation 24]
Figure 2007037790
Thus, the position vector O ′ of the anatomical corresponding point R ′ (ts) of the arbitrary point R (ts) on the radial scanning plane 631 on the orthogonal coordinate axis O-xyz in the expressions (20) and (31). R ′ (ts) and each directional component xR ′ (ts), yR ′ (ts), zR ′ (ts) in the orthogonal coordinate axes O′−x′y′z ′ could be obtained. That is, the position vector of the five reference points and the four feature points read from the volume memory 640 by the three-dimensional guide image creation circuit 630 in (S-5-3) with respect to the arbitrary point R (ts) on the radial scanning plane 631. The set of points R ′ (ts) that can be calculated by the equations (20) and (31) using the direction component and the rotation matrix is the ultrasonic tomographic image marker 632.

(2)超音波断層像マーカ632の中心位置、法線方向、12時方向の算出方法
(31)式で直交座標軸O−xyz上にあるラジアル走査面631上の任意点R(ts)と、直交座標軸O’−x’y’z’上にある解剖学的な対応点R’(ts)との対応関係を求めることができた。
以下、超音波断層像マーカ632の中心位置C’(ts)、法線方向ベクトルV’(ts)、12時方向ベクトルV12’(ts)の算出方法について、それぞれ述べる。
(2) Calculation method of the center position, normal direction, and 12 o'clock direction of the ultrasonic tomographic image marker 632 The arbitrary point R (ts) on the radial scanning plane 631 on the orthogonal coordinate axis O-xyz in the equation (31), The correspondence relationship with the anatomical corresponding point R ′ (ts) on the orthogonal coordinate axis O′−x′y′z ′ could be obtained.
Hereinafter, calculation methods of the center position C ′ (ts), the normal direction vector V ′ (ts), and the 12 o'clock direction vector V12 ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 will be described.

(2)−1:超音波断層像マーカの中心位置C’(ts)の算出
受信コイル532の位置C(ts)の解剖学上の対応点をC’(ts)とする。点C(ts)は超音波振動子214の回転中心であるため、結局ラジアル走査面631の中心である。故に、点C’(ts)は超音波断層像マーカ632の中心である。
(2) -1: Calculation of Center Position C ′ (ts) of Ultrasonic Tomographic Image Marker An anatomical corresponding point of the position C (ts) of the receiving coil 532 is defined as C ′ (ts). Since the point C (ts) is the rotation center of the ultrasonic transducer 214, it is eventually the center of the radial scanning surface 631. Therefore, the point C ′ (ts) is the center of the ultrasonic tomographic image marker 632.

OC(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxc(ts)、yc(ts)、zc(ts)とすれば下式が成り立つ。   If each directional component of OC (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz is xc (ts), yc (ts), zc (ts), the following equation is established.

[数25]

Figure 2007037790
O’C’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxc’(ts)、yc’(ts)、zc’(ts)とすれば下式が成り立つ。 [Equation 25]
Figure 2007037790
If each directional component of O′C ′ (ts) on the orthogonal coordinate axis O′−x′y′z ′ is xc ′ (ts), yc ′ (ts), zc ′ (ts), the following equation is established.

[数26]

Figure 2007037790
(31)式では点R(ts)がラジアル走査面631上の任意点であったため、点R(ts)を点C(ts)、点R’(ts)を点C’(ts)と考えれば、下式が成り立つ。 [Equation 26]
Figure 2007037790
In the equation (31), the point R (ts) is an arbitrary point on the radial scanning plane 631, so the point R (ts) can be considered as the point C (ts) and the point R ′ (ts) as the point C ′ (ts). For example, the following equation holds.

[数27]

Figure 2007037790
(33)式、(34)式より参照画像データ上における超音波断層像マーカ632の中心位置C’(ts)が求められた。 [Equation 27]
Figure 2007037790
The center position C ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 on the reference image data was obtained from the equations (33) and (34).

(2)−2:超音波断層像マーカ632の12時方向ベクトルV12’(ts)の算出
ラジアル走査面631上で、平面の中心C(ts)から12時方向へ単位距離にある点をR12(ts)とする。点R12(ts)は図示されていない。点R12(ts)の解剖学上の対応点を点R12’(ts)とする。
OR12(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxR12(ts)、yR12(ts)、zR12(ts)とすれば下式が成り立つ。
(2) -2: Calculation of the 12 o'clock direction vector V12 ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 On the radial scanning plane 631, a point at a unit distance in the 12 o'clock direction from the center C (ts) of the plane is R12. (Ts). Point R12 (ts) is not shown. An anatomical corresponding point of the point R12 (ts) is defined as a point R12 ′ (ts).
If each directional component of the OR12 (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz is xR12 (ts), yR12 (ts), zR12 (ts), the following equation is established.

[数28]

Figure 2007037790
O’R12’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxR12’(ts)、yR12’(ts)、zR12’(ts)とすれば下式が成り立つ。
[数29]
Figure 2007037790
(31)式では点R(ts)がラジアル走査面631上の任意点であったため、点R(ts)を点R12(ts)、点R’(ts)を点R12’(ts)と考えれば(31)式より以下の式を得る。 [Equation 28]
Figure 2007037790
If each directional component of O′R12 ′ (ts) on the orthogonal coordinate axes O′−x′y′z ′ is xR12 ′ (ts), yR12 ′ (ts), zR12 ′ (ts), the following equation is established.
[Equation 29]
Figure 2007037790
In the equation (31), the point R (ts) is an arbitrary point on the radial scanning plane 631, so the point R (ts) can be considered as the point R12 (ts) and the point R ′ (ts) can be considered as the point R12 ′ (ts). From the formula (31), the following formula is obtained.

[数30]

Figure 2007037790
(36)式、(37)式よりラジアル走査面631の中心C(ts)から12時方向へ単位距離にある点R12(ts)の解剖学上の対応点R12’(ts)が求められた。 [Equation 30]
Figure 2007037790
From the equations (36) and (37), the anatomical corresponding point R12 ′ (ts) of the point R12 (ts) at a unit distance in the 12 o'clock direction from the center C (ts) of the radial scanning surface 631 was obtained. .

このとき、点R12(ts)の位置ベクトルについて、超音波断層像の12時方向ベクトルV12(ts)を用いると下式が成り立つ。
[数31]

Figure 2007037790
(39)式より、O’R12’(ts)−O’C’(ts)の方向が超音波断層像マーカ632の12時方向ベクトルV12’(ts)の方向であり、12時方向ベクトルV12’(ts)を求めるにはこれを単位長に規格化すれば良い。すなわち、下式が成り立つ。 At this time, with respect to the position vector of the point R12 (ts), the following expression is established by using the 12 o'clock direction vector V12 (ts) of the ultrasonic tomographic image.
[Equation 31]
Figure 2007037790
From the equation (39), the direction of O′R12 ′ (ts) −O′C ′ (ts) is the direction of the 12 o'clock direction vector V12 ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632, and the 12 o'clock direction vector V12. In order to obtain '(ts), this may be normalized to a unit length. That is, the following equation holds.

[数32]

Figure 2007037790
(33)式と(34)式とでO’C’(ts)が、(36)式と(37)式とでO’R12’(ts)が既に求められているため、(40)式でV12’(ts)が求められたことになる。
ここで、より明快にV12’(ts)を求める方法を述べておく。
因みに、(34)式と(37)式とを両辺差し引くと、下式が成り立つ。この左辺はO’R12’(ts)−O’C’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分である。右辺の{ }の中はOR12(ts)−OC(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分である。 [Formula 32]
Figure 2007037790
Since O'C '(ts) is already obtained from the equations (33) and (34), and O'R12' (ts) is already obtained from the equations (36) and (37), the equation (40) Thus, V12 ′ (ts) is obtained.
Here, a method for obtaining V12 ′ (ts) more clearly will be described.
Incidentally, the following equation is established by subtracting both sides of Equation (34) and Equation (37). This left side is each directional component on the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ of O′R12 ′ (ts) −O′C ′ (ts). Items in {} on the right side are each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of OR12 (ts) -OC (ts).

[数33]

Figure 2007037790
さらに右辺の{ }の中は、(39)式よりV12(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分であり、3次元ガイド画像作成回路630は位置配向算出装置500からこの各方向成分を(S−5−5)で取得している。V12(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxv12(ts)、yv12(ts)、zv12(ts)とすれば、(41)式より下式を得る。
[数34]
Figure 2007037790
結局、これを(40)式のように規格化して、超音波断層像マーカ632の12時方向ベクトルV12’(ts)が求められる。なお、こでV12’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxv12’(ts)、yv12’(ts)、zv12’(ts)とする。 [Equation 33]
Figure 2007037790
Further, in {} on the right side is each direction component on the orthogonal coordinate axis O-xyz of V12 (ts) according to the equation (39). (S-5-5). If each direction component of the orthogonal coordinate axis O-xyz of V12 (ts) is xv12 (ts), yv12 (ts), zv12 (ts), the following expression is obtained from the expression (41).
[Formula 34]
Figure 2007037790
Eventually, this is normalized as shown in Equation (40), and the 12 o'clock direction vector V12 ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 is obtained. Here, each direction component of the orthogonal coordinate axis O′−x′y′z ′ of V12 ′ (ts) is assumed to be xv12 ′ (ts), yv12 ′ (ts), and zv12 ′ (ts).

[数35]

Figure 2007037790
(2)−3:超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルV’(ts)の算出
超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルをV’(ts)とすると、V’(ts)は結局、超音波断層像マーカ632上の如何なるベクトルとも直交すれば良い。 [Equation 35]
Figure 2007037790
(2) -3: Calculation of normal direction vector V ′ (ts) of ultrasonic tomographic image marker 632 If the normal direction vector of ultrasonic tomographic image marker 632 is V ′ (ts), V ′ (ts) is After all, it is sufficient to be orthogonal to any vector on the ultrasonic tomographic image marker 632.

ところで、点R1’(ts)、点R2’(ts)を超音波断層像マーカ632上の任意点とする。   Incidentally, the points R 1 ′ (ts) and R 2 ′ (ts) are set as arbitrary points on the ultrasonic tomographic image marker 632.

点R1’(ts)、点R2’(ts)にはもともとラジアル走査面631上に解剖学上の対応点があったはずなのでそれらを点R1(ts)、点R2(ts)とする。   Since the points R1 ′ (ts) and R2 ′ (ts) should have anatomical corresponding points on the radial scanning plane 631, they are designated as points R1 (ts) and R2 (ts).

点R1(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxR1(ts)、yR1(ts)、zR1(ts)、点R2(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxR2(ts)、yR2(ts)、zR2(ts)とする。このとき下式が成り立つ。   Each directional component of the point R1 (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz is expressed as xR1 (ts), yR1 (ts), zR1 (ts), and each directional component of the point R2 (ts) on the orthogonal coordinate axis O-xyz is expressed as xR2 (ts). ), YR2 (ts), zR2 (ts). At this time, the following equation holds.

[数36]

Figure 2007037790
点R1’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxR1’(ts)、yR1’(ts)、zR1’(ts)、点R2’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxR2’(ts)、yR2’(ts)、zR2’(ts)とする。このとき下式が成り立つ。
[数37]
Figure 2007037790
(31)式より点R1(ts)と点R1’(ts)、点R2(ts)と点R2’(ts)には下式の関係がある。 [Equation 36]
Figure 2007037790
Each directional component of the point R1 ′ (ts) on the orthogonal coordinate axis O′−x′y′z ′ is represented by xR1 ′ (ts), yR1 ′ (ts), zR1 ′ (ts), and the orthogonal coordinate axis of the point R2 ′ (ts). The directional components in O′−x′y′z ′ are xR2 ′ (ts), yR2 ′ (ts), and zR2 ′ (ts). At this time, the following equation holds.
[Equation 37]
Figure 2007037790
From the equation (31), there is a relationship of the following equation between the point R1 (ts) and the point R1 ′ (ts), and the point R2 (ts) and the point R2 ′ (ts).

[数38]

Figure 2007037790
(50)式と(51)式とを両辺差し引くと、下式が成り立つ。 [Equation 38]
Figure 2007037790
Subtracting both sides of equation (50) and equation (51) gives the following equation.

[数39]

Figure 2007037790
両辺に左からQ(ts)Q’−1(ts)をかけると下式が成り立つ。
[数40]
Figure 2007037790
ここでラジアル走査面631の法線方向ベクトルV(ts)の直交座標軸O−xyzにおける各方向成分をxv(ts)、yv(ts)、zv(ts)とすれば下式を得る。
[数41]
Figure 2007037790
ここで、V(ts)はラジアル走査面631の法線方向ベクトルだから、点R2(ts)を始点としR1(ts)を終点とするベクトルR2R1(ts)とは直交する。従って、下式が成り立つ。 [Equation 39]
Figure 2007037790
When Q (ts) Q ′ −1 (ts) is applied to both sides from the left, the following equation is established.
[Equation 40]
Figure 2007037790
Here, if the respective direction components on the orthogonal coordinate axis O-xyz of the normal direction vector V (ts) of the radial scanning plane 631 are xv (ts), yv (ts), and zv (ts), the following expression is obtained.
[Equation 41]
Figure 2007037790
Here, since V (ts) is a normal vector of the radial scanning plane 631, it is orthogonal to the vector R2R1 (ts) starting from the point R2 (ts) and ending at R1 (ts). Therefore, the following equation holds.

[数42]

Figure 2007037790
右辺の{ }の中に(53)式を代入して、下式を得る。
[数43]
Figure 2007037790
ここで、V’(ts)の直交座標軸O’−x’y’z’における各方向成分をxv’(ts)、yv’(ts)、zv’(ts)とすれば下式を得る。
[数44]
Figure 2007037790
さらに各方向成分を以下のように定義する。 [Formula 42]
Figure 2007037790
Substituting Expression (53) into {} on the right side, the following expression is obtained.
[Equation 43]
Figure 2007037790
Here, if each directional component of the orthogonal coordinate axis O′-x′y′z ′ of V ′ (ts) is xv ′ (ts), yv ′ (ts), zv ′ (ts), the following equation is obtained.
[Equation 44]
Figure 2007037790
Furthermore, each direction component is defined as follows.

[数45]

Figure 2007037790
このように定義して、(56)式に代入すると下式が得られる。
[数46]
Figure 2007037790
すなわち、下式が得られる。
[数47]
Figure 2007037790
(60)式は結局、V’(ts)が超音波断層像マーカ632上の任意の2点を結ぶベクトルに常に直交するということを意味しているから、(57)式、(58)式で与えられるV’(ts)は超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルである。このようにして(57)式と(58)式とで超音波断層像マーカ632の法線方向ベクトルV’(ts)が求められた。 [Equation 45]
Figure 2007037790
By defining in this way and substituting into the equation (56), the following equation is obtained.
[Equation 46]
Figure 2007037790
That is, the following formula is obtained.
[Equation 47]
Figure 2007037790
After all, equation (60) means that V ′ (ts) is always orthogonal to a vector connecting any two points on the ultrasonic tomographic image marker 632, so equations (57) and (58) V ′ (ts) given by is a normal direction vector of the ultrasonic tomographic image marker 632. In this way, the normal direction vector V ′ (ts) of the ultrasonic tomographic image marker 632 was obtained by the equations (57) and (58).

(S−5−8)
3次元ガイド画像作成回路630は(S−5−7)で求めた超音波断層像マーカ632の位置と配向(中心位置、法線方向、12時方向)とを基に、図21に示す12時方向マーカ633を付した平行四辺形の超音波断層像マーカ632を作成する。そして、3次元ガイド画像作成回路630は、超音波断層像マーカ632をその位置と配向とを基にして、ボリュームメモリ640内のボクセル空間VXSの対応するボクセルVXヘ書き出す。ボクセル空間VXS内には既に抽出回路620が抽出して補間した抽出データが書き出されているので、超音波断層像マーカ632と抽出データとは合成されたデータ(以下、合成データ)となる。図22に合成データを示す。
(S-5-8)
Based on the position and orientation (center position, normal direction, 12 o'clock direction) of the ultrasonic tomographic image marker 632 obtained in (S-5-7), the three-dimensional guide image creation circuit 630 is shown in FIG. A parallelogram ultrasonic tomographic marker 632 with a time direction marker 633 is created. Then, the three-dimensional guide image creation circuit 630 writes the ultrasonic tomographic image marker 632 to the corresponding voxel VX in the voxel space VXS in the volume memory 640 based on the position and orientation thereof. Since the extracted data extracted and interpolated by the extraction circuit 620 has already been written in the voxel space VXS, the ultrasonic tomographic image marker 632 and the extracted data are combined data (hereinafter referred to as combined data). FIG. 22 shows the composite data.

十二指腸は図10では省略していたが、図22の超音波断層像マーカ632の中に十二指腸壁を示す指標を重畳している。
(S−5−9)
3次元ガイド画像作成回路630は、ボリュームメモリ640内のボクセル空間VXSから合成データを読み出す。3次元ガイド画像作成回路630は、読み出した直後、ボクセル空間VXSから超音波断層像マーカ632を消去しておく。
(S−5−10)
3次元ガイド画像作成回路630は、合成データを基に、陰面消去、陰影付加、視線変換に伴う座標変換等の公知の3次元画像処理を加え、3次元ガイド画像データを作成する。そして、3次元ガイド画像作成回路630は、3次元ガイド画像データを混合回路650へ出力する。
Although the duodenum is omitted in FIG. 10, an index indicating the duodenal wall is superimposed on the ultrasonic tomographic image marker 632 in FIG. 22.
(S-5-9)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 reads the composite data from the voxel space VXS in the volume memory 640. The three-dimensional guide image creation circuit 630 erases the ultrasonic tomographic image marker 632 from the voxel space VXS immediately after the reading.
(S-5-10)
The three-dimensional guide image creation circuit 630 creates known three-dimensional guide image data by applying known three-dimensional image processing such as shadow removal, shading addition, and coordinate transformation accompanying line-of-sight transformation based on the composite data. Then, the three-dimensional guide image creation circuit 630 outputs the three-dimensional guide image data to the mixing circuit 650.

(S−5−11)
混合回路650は、超音波観測装置400から入力する超音波断層像データと、3次元ガイド画像作成回路630から入力する3次元ガイド画像データとを並べて、混合データとして表示回路660へ出力する。表示回路660は混合データをアナログビデオ信号に変換し、表示装置700に出力する。図23は3次元ガイド画像701と超音波断層像702を並べて表示した表示例を示している。表示装置700は図23に示すように、超音波断層像702と、3次元ガイド画像701とを並べて表示する。3次元ガイド画像701上で表現される各器官は、もともと参照画像データで器官別に色分けされた色で表示される。図23の3次元ガイド画像701上において膵臓は水色、大動脈は赤、上腸間膜静脈は紫、十二指腸は黄で表示されている。矢印Aは超音波断層像マーカ632がラジアル走査面631の移動に連動して移動することを表している。
(S-5-11)
The mixing circuit 650 arranges the ultrasonic tomographic image data input from the ultrasonic observation apparatus 400 and the three-dimensional guide image data input from the three-dimensional guide image creation circuit 630, and outputs them to the display circuit 660 as mixed data. The display circuit 660 converts the mixed data into an analog video signal and outputs it to the display device 700. FIG. 23 shows a display example in which a three-dimensional guide image 701 and an ultrasonic tomographic image 702 are displayed side by side. As shown in FIG. 23, the display device 700 displays an ultrasonic tomographic image 702 and a three-dimensional guide image 701 side by side. Each organ represented on the three-dimensional guide image 701 is displayed in a color that is originally color-coded by organ in the reference image data. On the three-dimensional guide image 701 in FIG. 23, the pancreas is displayed in light blue, the aorta is displayed in red, the superior mesenteric vein is displayed in purple, and the duodenum is displayed in yellow. An arrow A indicates that the ultrasonic tomographic image marker 632 moves in conjunction with the movement of the radial scanning plane 631.

(S−5−12)
制御回路670は、(S−5−5)から(S−5−11)の間、術者が再び走査制御キーを押すか否かを確認している。
術者が再び走査制御キー726を押した場合には、ここで上記の処理を終了させ、ラジアル走査の制御オフ(OFF)を指令するための走査制御信号を超音波観測装置400へ出力する。超音波観測装置400は走査制御信号を受けてモータ231に回転をオフに制御する回転制御信号を出力する。モータ231は回転制御信号を受けて超音波振動子214の回転を停止させる。
術者が術者が再び走査制御キー726を押していなかった場合には、処理は(S−5−5)ヘジャンプする。
(S-5-12)
The control circuit 670 confirms whether or not the operator presses the scan control key again during (S-5-5) to (S-5-11).
When the surgeon presses the scan control key 726 again, the above processing is ended here, and a scan control signal for commanding the radial scan control OFF is output to the ultrasound observation apparatus 400. In response to the scanning control signal, the ultrasonic observation apparatus 400 outputs a rotation control signal for controlling the rotation off to the motor 231. The motor 231 receives the rotation control signal and stops the rotation of the ultrasonic transducer 214.
If the surgeon has not pressed the scan control key 726 again, the process jumps to (S-5-5).

このようにして、(S−5−5)から(S−5−11)で述べた処理を繰り返すことで、超音波振動子214が1回のラジアル走査をして超音波観測装置400が超音波断層像データを作成し、超音波断層像データが超音波観測装置400から混合回路650に入力するたびに、新たな3次元ガイド画像701が作成され、新たな超音波断層像702とともに表示装置700の表示両面にリアルタイムに更新されつつ表示される。すなわち、術者の可撓部220、硬性部210の用手的な操作に伴うラジアル走査面631の移動とともに、3次元ガイド画像701の超音波断層像マーカ632が抽出データに対して移動していく。   In this way, by repeating the processing described in (S-5-5) to (S-5-11), the ultrasonic transducer 214 performs one radial scan, and the ultrasonic observation apparatus 400 performs the ultrasonic scanning. Each time ultrasonic tomographic image data is generated and ultrasonic tomographic image data is input from the ultrasonic observation apparatus 400 to the mixing circuit 650, a new three-dimensional guide image 701 is generated and displayed together with the new ultrasonic tomographic image 702. 700 is displayed on both sides of the display while being updated in real time. That is, the ultrasonic tomographic image marker 632 of the three-dimensional guide image 701 moves with respect to the extracted data along with the movement of the radial scanning surface 631 accompanying the manual operation of the flexible portion 220 and the rigid portion 210 of the surgeon. Go.

<効果>
本第1の実施の形態によれば、超音波観測装置400が作成した超音波断層像702上で、術者がキーボード720とマウス710とを用いて腹腔動脈分岐の位置を入力し、3次元ガイド画像作成回路630が腹腔動脈分岐の位置を位置・配向データに基づき算出するよう構成したため、「骨盤の端」などより小さい腹腔動脈分岐を特徴点に選ぶことができ、異種の画像データから超音波診断装置100に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを被検者によらずに解剖学的に正確に一致させることができる。さらに、腹腔動脈分岐は短い腹腔動脈が大動脈と直ぐにつながっており、被検者の体位によらず比較的動かない一定の位置に存在するため、上記一致をー層正確にすることができる。さらに、腹腔動脈分岐は超音波断層像702の描出が膵臓等より比較的容易で術者の習熟度によらないので、こういった体内深部の点をガイド画像を作成するための特徴点として採用することには合理性がある。
<Effect>
According to the first embodiment, an operator inputs the position of the celiac artery branch using the keyboard 720 and the mouse 710 on the ultrasonic tomographic image 702 created by the ultrasonic observation apparatus 400, and is three-dimensional. Since the guide image creation circuit 630 is configured to calculate the position of the celiac artery branch based on the position / orientation data, a smaller celiac artery branch such as “pelvic end” can be selected as a feature point. The point recorded in advance in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 and the subject's point that is considered to be anatomically coincident with this point can be accurately matched anatomically without depending on the subject. Furthermore, since the short celiac artery is immediately connected to the aorta in the branch of the celiac artery and is present at a certain position where it does not move relatively regardless of the body position of the subject, the above-mentioned matching can be made accurate. Furthermore, the celiac artery branch is relatively easy to draw the ultrasonic tomographic image 702 than the pancreas, etc. and does not depend on the skill level of the operator, so these deep points in the body are adopted as feature points for creating a guide image. There is reasonableness to do.

また、超音波診断装置100のうち、とくに被検者の体腔内に挿入する可撓性のある材料でつくられた超音波内視鏡200は、術者が体腔内での走査面の位置を直視できないため、病変部を推定して超音波画像に映し出しており、これを読映するにはかなりの熟練度が要求され、超音波内視鏡200の普及の妨げとなっていた。本第1の実施の形態によれば、被検者の体腔内に挿入する可撓性のある材料でつくられた可撓部220を設けた超音波内視鏡200を用い、参照画像データ上の関心器官の配置と実際の被検者の器官の配置は同じであると仮定し、特徴点から補正した超音波断層像702の観察位置を、計算式により参照画像データより構築した3次元ガイド画像701上に超音波断層像マーカ632として重畳するよう構成、作用させたため、超音波断層像702による観察位置を、より分かりやすい3次元ガイド画像701で表示することができる。例えば術者は器官別に色分けされた3次元ガイド画像701を観察して、現在、超音波断層像702で解剖学的に被検者のどの位置を観察しているのかを認識しながらより正確に診断を行うことができる。このことは、被検者の体外から照射するタイプの超音波診断装置100よりも医学的な有用性ははるかに大きく、特に検査時間の短縮と初心者の学習時間の軽減に寄与が大きい。   In the ultrasonic diagnostic apparatus 100, an ultrasonic endoscope 200 made of a flexible material that is inserted into the body cavity of the subject, in particular, allows the operator to determine the position of the scanning plane in the body cavity. Since it cannot be directly viewed, a lesioned part is estimated and displayed on an ultrasonic image, and a considerable level of skill is required to read this, which hinders the spread of the ultrasonic endoscope 200. According to the first embodiment, using the ultrasonic endoscope 200 provided with the flexible portion 220 made of a flexible material to be inserted into the body cavity of the subject, the reference image data Assuming that the arrangement of the organ of interest and the arrangement of the actual subject's organ are the same, the observation position of the ultrasonic tomographic image 702 corrected from the feature points is a three-dimensional guide constructed from reference image data by a calculation formula Since the ultrasonic tomographic image marker 632 is configured and operated so as to be superimposed on the image 701, the observation position by the ultrasonic tomographic image 702 can be displayed as a more easily understood three-dimensional guide image 701. For example, the surgeon observes the three-dimensional guide image 701 color-coded for each organ, and more accurately while recognizing which position of the subject is observed anatomically from the ultrasonic tomographic image 702. Diagnosis can be made. This is far more medically useful than the ultrasonic diagnostic apparatus 100 of the type irradiated from outside the subject's body, and particularly contributes to shortening the examination time and the learning time for beginners.

また、本第1の実施の形態によれば、4つの特徴点、4つの参照点で生成される三角錐に対して、同じ位置関係にあれば解剖学的に対応すると仮定して3次元ガイド画像701を作成するよう構成、作用させたため、被検者の体位の変化や、体格の差も自動的に補正することができ、3次元ガイド画像701がより正確に作成される。   Further, according to the first embodiment, it is assumed that the triangular pyramid generated by the four feature points and the four reference points corresponds anatomically if they have the same positional relationship. Since the image 701 is configured and operated, a change in the posture of the subject and a difference in physique can be automatically corrected, and the three-dimensional guide image 701 can be created more accurately.

また、本第1の実施の形態によれば、ラジアル走査中に自動で、リアルタイムで、超音波画像と3次元ガイド画像701を合せて観察できるよう構成、作用させたため、術者はいま見ている超音波断層像702が解剖学的に生体のどこに相当しているのかがわかり、術者は3次元ガイド画像701を見ながら超音波内視鏡200の走査面を様々な角度に変えても3次元ガイド画像701を用いて関心領域を正確に観察することができる。   In addition, according to the first embodiment, the operator is configured and operated so that the ultrasonic image and the three-dimensional guide image 701 can be observed automatically and in real time during radial scanning. It can be seen where the ultrasonic tomographic image 702 corresponding to the living body anatomically corresponds to, and the operator can change the scanning plane of the ultrasonic endoscope 200 to various angles while viewing the three-dimensional guide image 701. The region of interest can be accurately observed using the three-dimensional guide image 701.

また、本第1の実施の形態によれば、3次元ガイド画像701を走査面の位置だけでなく配向も検出して3次元ガイド画像701を作成する構成、作用にしたため、ラジアル走査の走査面の配向を変えると超音波断層像マーカ632の配向も変わり、3次元ガイド画像701がより正確に作成される。そのため、術者は3次元ガイド画像701を見ながら超音波内視鏡200の走査面を関心領域の近傍で様々な角度に変えても3次元ガイド画像701を用いて関心領域を正確に観察することができる。   In addition, according to the first embodiment, since the configuration and operation of generating the three-dimensional guide image 701 by detecting not only the position of the scanning plane but also the orientation of the three-dimensional guide image 701, the scanning plane for radial scanning is used. The orientation of the ultrasonic tomographic image marker 632 also changes, and the three-dimensional guide image 701 is created more accurately. Therefore, the surgeon accurately observes the region of interest using the three-dimensional guide image 701 even when the scanning plane of the ultrasonic endoscope 200 is changed to various angles near the region of interest while viewing the three-dimensional guide image 701. be able to.

また、本第1の実施の形態によれば、参照画像データとして膵臓、膵管、総胆管、門脈など器官をあらかじめ色分け等で属性を変えて得た参照画像データを用い、3次元ガイド画像701として器官別に色分けされた画像を表示するよう構成、作用させたため、3次元ガイド画像701上の指標となる器官を分かりやすい態様で観察することができ、3次元ガイド画像701を見ながら体腔内で超音波内視鏡200の走査面を変更させることができる。このことは、病変等関心領域へのアプローチを早くすることにつながり、やはり検査時間の短縮に寄与する。   Further, according to the first embodiment, the reference image data obtained by changing the attributes of organs such as the pancreas, pancreatic duct, common bile duct, and portal vein in advance by color-coding or the like is used as the reference image data. As a result, the organ serving as an index on the three-dimensional guide image 701 can be observed in an easy-to-understand manner, and can be observed in the body cavity while viewing the three-dimensional guide image 701. The scanning plane of the ultrasonic endoscope 200 can be changed. This leads to a faster approach to a region of interest such as a lesion, which also contributes to shortening the examination time.

また、本第1の実施の形態によれば、位置検出プローブ530を体内深部での特徴点とは別の特徴点に接触させ、この別の特徴点の位置を取得するよう構成したため、特徴点を体内深部と体腔表面とのどちらにも指定することができ、関心領域に応じて適切な種々の特徴点を指定することができる。そのため、特徴点を関心領域の近傍に取る自由度が増し、超音波内視鏡200の動きに伴って関心領域が動くときにも特徴点が一緒に動くことが想定でき、より正確な3次元ガイド画像701を作成することができる。さらに、特に膵臓検査や肺の検査では関心領域の近傍で特徴点を取得することができ、特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より、超音波断層像マーカ632の位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、特徴点を体腔内の適切な場所に取得することで関心領域の近傍でより正確な3次元ガイド画像701を作成することができる。   Further, according to the first embodiment, the position detection probe 530 is brought into contact with a feature point different from the feature point in the deep part of the body, and the position of this other feature point is acquired. Can be specified for both the deep part of the body and the surface of the body cavity, and various appropriate feature points can be specified according to the region of interest. Therefore, the degree of freedom of taking the feature point in the vicinity of the region of interest is increased, and it can be assumed that the feature point moves together even when the region of interest moves with the movement of the ultrasonic endoscope 200. A guide image 701 can be created. Furthermore, feature points can be obtained near the region of interest, especially in pancreatic examinations and lung examinations. The closer to the feature points, the more the space contained in the convex triangular pyramid created by the feature points is the triangular pyramid. Since the calculation of the position and orientation of the ultrasonic tomographic image marker 632 is expected to be more accurate than the outer space, it is more accurate in the vicinity of the region of interest by acquiring feature points at appropriate locations in the body cavity. A three-dimensional guide image 701 can be created.

本第1の実施の形態では十二指腸乳頭、噴門、幽門、腹腔動脈分岐で参照点、特徴点を設定した。しかし、本第1の実施の形態によれば、参照点も特徴点もマウス710、キーボード720からの指示と位置配向算出装置500の出力を通じて設定できるよう構成、作用させたため、参照点、特徴点として胆管と主膵管との分岐点を加えたり、術前に関心領域が分かっている場合には、関心領域に近い参照点、特徴点に設定することが容易である。特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より超音波断層像マーカ632の位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、関心領域の近傍でより正確な3次元ガイド画像701を作成することができる。また、超音波断層像702で描出しやすい点を特徴点に変更して採用することも容易である。   In the first embodiment, reference points and feature points are set in the duodenal papilla, cardia, pylorus, and celiac artery branch. However, according to the first embodiment, the reference point and the feature point are configured and operated so that both the reference point and the feature point can be set through the instruction from the mouse 710 and the keyboard 720 and the output of the position / orientation calculation apparatus 500. If the bifurcation point between the bile duct and the main pancreatic duct is added, or if the region of interest is known before surgery, it is easy to set the reference point or feature point close to the region of interest. It is expected that the calculation of the position and orientation of the ultrasonic tomographic image marker 632 will be more accurate in the space included in the convex triangular pyramid created by the characteristic point, closer to the feature point than in the space outside the triangular pyramid. Therefore, a more accurate three-dimensional guide image 701 can be created near the region of interest. In addition, it is easy to change a point that is easy to draw in the ultrasonic tomographic image 702 to a feature point and adopt it.

また、本第1の実施の形態によれば、姿勢検出プレート520の基準位置を剣状突起に重なるよう被検者に固定し、常に姿勢検出プレート520の位置と配向の変化を取得し、特徴点を補正し、3次元ガイド画像701を作成する構成、作用にしたため、特徴点取得中やラジアル走査中に被検者に体位の変化があっても、より正確な3次元ガイド画像701を作成することができる。   In addition, according to the first embodiment, the reference position of the posture detection plate 520 is fixed to the subject so as to overlap the xiphoid process, and the change in the position and orientation of the posture detection plate 520 is always acquired. Since the point is corrected and the 3D guide image 701 is created and operated, a more accurate 3D guide image 701 is created even if the subject's body position changes during feature point acquisition or radial scanning. can do.

従来の技術として述べた特開2004−113629号公報で開示されている超音波診断装置をはじめ、これまで公知となっている超音波診断装置では外部からの画像と超音波画像とで位置や配向を照合するための特徴点の指定方法が不明瞭であった。特に超音波内視鏡のような可撓性のある超音波プローブを体腔内へ挿入する形態の超音波診断装置では、超音波プローブの操作自体で関心器官を移動させてしまう場合があり、特徴点として体表のみの点だけを参照し、参照画像との位置を照合させているとガイド画像が不正確になるという課題があった。しかし、本第1の実施の形態によれば、超音波内視鏡200に鈴子チャンネルを設け、位置検出プローブ530を鉗子チャンネル203の鉗子口201から挿入し、突出口202から突出させ、光学像視野下で位置検出プローブ530の先端を特徴点に接触させることで体腔表面の特徴点を指定するよう構成したので、光学像視野下で正確に体腔表面の特徴点を指定し、正確なガイド画像を作成することができる。   In the ultrasonic diagnostic apparatus known so far, such as the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-113629 described as the prior art, the position and orientation of an external image and an ultrasonic image are determined. The method of specifying feature points for matching is unclear. In particular, in an ultrasonic diagnostic apparatus in which a flexible ultrasonic probe such as an ultrasonic endoscope is inserted into a body cavity, the organ of interest may be moved by the operation of the ultrasonic probe itself. There is a problem that the guide image becomes inaccurate when only the point on the body surface is referred to as the point and the position of the reference image is collated. However, according to the first embodiment, the ultrasonic endoscope 200 is provided with a bellows channel, and the position detection probe 530 is inserted from the forceps port 201 of the forceps channel 203 and protrudes from the protrusion port 202, and an optical image is obtained. Since the feature point of the body cavity surface is designated by bringing the tip of the position detection probe 530 into contact with the feature point under the field of view, the feature point of the body cavity surface is designated accurately under the optical image field of view, and an accurate guide image Can be created.

<変形例>
本第1の実施の形態では、体腔表面の参照点、特徴点として十二指腸乳頭、噴門、幽門の3点を、体内深部の参照点、特徴点として腹腔動脈分岐の1点を例にとったが、参照点と特徴点との例はこれに限らない。例えば、体腔表面の参照点、特徴点として十二指腸乳頭と幽門との2点と、体内深部の参照点、特徴点として腹腔動脈分岐と他の脈管分岐(例えば胆管と主膵管との合流部)との2点との計4点を指定しても良い。このときには、体腔表面特徴点指定処理の(S−3−3)〜(S−3−7)の処理を2回、体内深部特徴点指定処理の(S−4−5)〜(S−4−9)の処理を2回繰り返すことになる。
<Modification>
In the first embodiment, the reference points and feature points on the surface of the body cavity are taken as three points of the duodenal papilla, cardia and pylorus, and the reference point in the deep part of the body and one point of the celiac artery branch as the feature point. Examples of reference points and feature points are not limited thereto. For example, a reference point on the surface of the body cavity, two points of the duodenal papilla and pylorus as feature points, a reference point in the deep part of the body, and a celiac artery branch and other vascular branches as feature points (for example, the junction of the bile duct and main pancreatic duct) A total of four points may be designated, including two points. At this time, the body cavity surface feature point designation process (S-3-3) to (S-3-7) is performed twice, and the deep body feature point designation process (S-4-5) to (S-4). The process of -9) is repeated twice.

また、本第1の実施の形態では、鉗子チャンネル203を備えた超音波内視鏡200と、鉗子チャンネル203に挿通する位置検出プローブ530を設けて構成したが、構成はこれに限らない。鉗子チャンネル203を設けずに硬性部210に受信コイル532を内蔵した専用の超音波内視鏡を設けた構成にしても良い。
また、本第1の実施の形態では、術者が参照点をマウス710、キーボード720からの指示を通じて設定できるよう構成、作用させたが、あらかじめ検査の関心領域やプロトコールが決まっていれば、工場出荷時等に数種類の参照点のセットをデフォルトで参照画像記憶部に記憶させておき、マウス710、キーボード720から制御回路を介した術者からの指示により特徴点取得前に参照画像記憶部610から適切なセットを読み出すよう構成、作用させても良い。
In the first embodiment, the ultrasonic endoscope 200 including the forceps channel 203 and the position detection probe 530 inserted through the forceps channel 203 are provided. However, the configuration is not limited thereto. Instead of providing the forceps channel 203, the rigid portion 210 may be provided with a dedicated ultrasonic endoscope having the receiving coil 532 incorporated therein.
In the first embodiment, the operator is configured and operated so that the operator can set the reference point through an instruction from the mouse 710 and the keyboard 720. However, if the region of interest and protocol to be examined are determined in advance, the factory At the time of shipment or the like, a set of several types of reference points is stored in the reference image storage unit by default, and the reference image storage unit 610 is obtained before acquiring feature points by an instruction from the operator via the control circuit from the mouse 710 and the keyboard 720. It may be configured and operated so as to read out an appropriate set from.

また、本第1の実施の形態では、参照点を設定する際に、術者が、順次、キーボード720上の所定のキーを押すか画面上のメニューをマウス710でクリックしていき、参照画像データが1番から番号の少ない順に2番、3番、4番・・・・と表示装置700の画面上に表示されるよう構成、作用させたが、これは一度に複数の参照画像データを読み込み、表示装置700に一度に並べてー覧表示させるよう構成、作用させても良い。
また、本第1の実施の形態では、超音波断層像マーカ632をその中心位置、法線方向、12時方向を求めて、それを基に超音波断層像マーカ632を求めるよう構成、作用させた。しかし、超音波断層像データの4隅の点をそれぞれ変換式(31)で解剖学的に対応させた4つの対応点を求め、それを基に超音波断層像マーカ632を求めるよう構成、作用させても良い。また、3次元ガイド画像701の大きさを、超音波断層像データの4隅の点から決めるのではなく、3次元ガイド画像701の大きさを、表示サイズおよび表示倍率を勘定にいれて、予め術者がキーボード720から大きさを数値で入力するか、マウス710で画面上の大きさメニューを選択することで指定しても良い。
In the first embodiment, when setting the reference point, the surgeon sequentially presses a predetermined key on the keyboard 720 or clicks a menu on the screen with the mouse 710, so that the reference image is displayed. The data is arranged and operated so that the data is displayed on the screen of the display device 700 in the order from the smallest number to the second, third, fourth,... It may be configured and operated so that it is read and displayed on the display device 700 side by side.
In the first embodiment, the ultrasonic tomographic image marker 632 is configured and operated so that the center position, the normal direction, and the 12 o'clock direction are obtained, and the ultrasonic tomographic image marker 632 is obtained based on the obtained position. It was. However, the configuration and operation are such that four corresponding points are obtained by anatomically corresponding the four corner points of the ultrasonic tomographic image data, and the ultrasonic tomographic image marker 632 is obtained based on the four corresponding points. You may let them. In addition, the size of the three-dimensional guide image 701 is not determined from the four corner points of the ultrasonic tomographic image data, but the size of the three-dimensional guide image 701 is taken into account in consideration of the display size and the display magnification. The surgeon may specify the size by inputting a numerical value from the keyboard 720 or by selecting a size menu on the screen with the mouse 710.

また、本第1の実施の形態では、位置検出手段として送信アンテナ510と受信コイル532とを用い、磁場で位置と配向とを検出するよう構成、作用させたが、送受は逆でも良く、また、磁場ではなく加速度や他の手段で位置と配向とを検出するよう構成、作用させても良い。
また、本第1の実施の形態では、原点Oを受信コイル532の特定の位置に設定するよう構成したが、受信コイル532と位置関係の変わらない他の場所に設定するよう構成しても良い。
In the first embodiment, the transmitting antenna 510 and the receiving coil 532 are used as the position detecting means and the position and orientation are detected and detected by the magnetic field. However, transmission and reception may be reversed. Alternatively, the position and orientation may be detected and detected by acceleration or other means instead of a magnetic field.
In the first embodiment, the origin O is set to a specific position of the receiving coil 532. However, the origin O may be set to another place where the positional relationship with the receiving coil 532 does not change. .

また、本第1の実施の形態では、超音波内視鏡200としてラジアル走査型の超音波内視鏡を設けて構成したが、ラジアル走査型の超音波内視鏡の代わりに、従来技術として述べた特開2004−113629号公報で開示されているような、挿入軸の一方に超音波振動子群を扇状に設けた電子コンベックス型超音波内視鏡を設けても良く、超音波の走査方式には限定されない。
また、本第1の実施の形態では、参照画像データを画素ごとに器官別に分類後、色分けで属性を変えて得た画像データとしたが、属性として色に限らず、輝度値や他の態様でも良い。
また、本第1の実施の形態では、3次元ガイド画像701上の各器官を、器官別に色分けして表示されるよう構成したが、色分けの態様に限らず、輝度、明度、彩度等、他の態様でも良い。
In the first embodiment, a radial scanning type ultrasonic endoscope is provided as the ultrasonic endoscope 200. However, instead of the radial scanning type ultrasonic endoscope, as a conventional technique, As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-113629, an electronic convex ultrasonic endoscope in which an ultrasonic transducer group is provided in a fan shape on one of the insertion shafts may be provided. The method is not limited.
Further, in the first embodiment, the reference image data is obtained by classifying the reference image data for each organ and then changing the attribute by color coding. However, the attribute is not limited to the color, and the luminance value and other modes are used. But it ’s okay.
Further, in the first embodiment, each organ on the three-dimensional guide image 701 is configured to be displayed by being color-coded for each organ. However, the present invention is not limited to the color-coded mode, and brightness, brightness, saturation, etc. Other embodiments may be used.

[第2の実施の形態]
<構成>
図24は本発明の第2の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図である。
本第2の実施形態の超音波診断装置100Aでは、図1に示す第1の実施の形態の超音波診断装置100とは以下の点が異なる。
第1の実施の形態では、超音波内視鏡200の可撓部220にフレキシブルシャフト221、操作部230にモータ231、ロータリーエンコーダ232とを設けたが、本第2の実施形態ではそれらを設けずに超音波内視鏡200Aとして電子ラジアル走査型の超音波内視鏡を用いている。図24に示す通り、本第2の実施形態の超音波内視鏡200Aの硬性部210Aには超音波振動子を短冊状に細かく切断し、挿入軸の周囲に環状のアレイとして配列させている(以下、超音波振動子アレイ215)。超音波振動子アレイ215を構成する各超音波振動子はそれぞれ信号線を介して操作部230A経由で超音波観測装置400Aと接続している。
[Second Embodiment]
<Configuration>
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The ultrasonic diagnostic apparatus 100A of the second embodiment differs from the ultrasonic diagnostic apparatus 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 in the following points.
In the first embodiment, the flexible shaft 220 of the ultrasonic endoscope 200 is provided with the flexible shaft 221, and the motor 231 and the rotary encoder 232 are provided in the operation unit 230. However, in the second embodiment, they are provided. Instead, an electronic radial scanning type ultrasonic endoscope is used as the ultrasonic endoscope 200A. As shown in FIG. 24, in the rigid portion 210A of the ultrasonic endoscope 200A of the second embodiment, ultrasonic transducers are cut into strips and arranged as an annular array around the insertion axis. (Hereinafter, ultrasonic transducer array 215). Each ultrasonic transducer constituting the ultrasonic transducer array 215 is connected to the ultrasonic observation apparatus 400A via the operation unit 230A via a signal line.

本第2の実施形態の超音波観測装置400Aは、血流検出手段としてのカラーフローマッピング回路(以下、CFM回路)410を搭載している。
その他の構成は第1の実施の形態と同じである。
The ultrasonic observation apparatus 400A of the second embodiment is equipped with a color flow mapping circuit (hereinafter referred to as CFM circuit) 410 as blood flow detection means.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

<作用>
本第2の実施形態は第1の実施の形態とは超音波断層像702を取得する作用、特にラジアル走査と血流検出との作用が異なる。以下、異なる個所のみ説明する。
<Action>
The second embodiment differs from the first embodiment in the action of acquiring the ultrasonic tomographic image 702, particularly the action of radial scanning and blood flow detection. Only different points will be described below.

超音波振動子アレイ215を構成する超音波振動子のうち、一部かつ複数の超音波振動子は、超音波観測装置400Aからのパルス電圧状の励起信号を受け取って媒体の疎密波である超音波に変換する。この際、各励起信号が各超音波振動子に到着する時刻が異なるよう、超音波観測装置400Aが各励起信号に遅延をかけている。この遅延は、各超音波振動子が励起する超音波が被検者内で重ね合わせられたときに一本の超音波ビームを形成するようにかけられる。超音波ビームは超音波内視鏡200A外部へと照射され、被検者内からの反射波が超音波ビームとは逆の経路を辿って各超音波振動子へ戻る。各超音波振動子は反射波を電気的なエコー信号に変換して励起信号とは逆の経路で超音波観測装置400Aへ伝達する。   Among the ultrasonic transducers constituting the ultrasonic transducer array 215, some and a plurality of ultrasonic transducers receive an excitation signal in the form of a pulse voltage from the ultrasonic observation apparatus 400A and are superconducting waves of the medium. Convert to sound waves. At this time, the ultrasonic observation apparatus 400A delays each excitation signal so that the time at which each excitation signal arrives at each ultrasonic transducer is different. This delay is applied so that a single ultrasonic beam is formed when the ultrasonic waves excited by the ultrasonic transducers are superimposed in the subject. The ultrasonic beam is irradiated to the outside of the ultrasonic endoscope 200A, and the reflected wave from the inside of the subject returns to each ultrasonic transducer along a path opposite to the ultrasonic beam. Each ultrasonic transducer converts the reflected wave into an electrical echo signal and transmits it to the ultrasonic observation apparatus 400A through a path opposite to the excitation signal.

超音波観測装置400Aは、超音波ビームが可撓部220Aに垂直な平面(以下、ラジアル走査面631)内を第1の実施の形態と同様の方向へ旋回するラジアル走査をするよう、超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直し、再び励起信号を送信する。このようにして超音波ビームの送信角度が変わっていく。これを反復的に繰り返すことにより、いわゆる電子ラジアル走査が実現する。
第1の実施の形態では、超音波観測装置400Aが超音波断層像データの12時方向を超音波内視鏡に対してどの方向に向けて超音波断層像データを作成するかは、ロータリーエンコーダ232からの回転角度信号により決定していたが、本第2の実施形態では、超音波観測装置400Aが超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直し、再び励起信号を送信するため、超音波観測装置400Aが12時方向としてどの超音波振動子を選択するかで決定することになる。
The ultrasonic observation apparatus 400A performs ultrasonic scanning so that the ultrasonic beam rotates in a plane similar to that of the first embodiment in a plane perpendicular to the flexible part 220A (hereinafter, radial scanning surface 631). A plurality of ultrasonic transducers involved in beam formation are selected again, and an excitation signal is transmitted again. In this way, the transmission angle of the ultrasonic beam changes. By repeating this repeatedly, so-called electronic radial scanning is realized.
In the first embodiment, the rotary encoder 400A determines in which direction the 12 o'clock direction of the ultrasonic tomographic image data is generated with respect to the ultrasonic endoscope is the rotary encoder. In the second embodiment, the ultrasonic observation apparatus 400A reselects a plurality of ultrasonic transducers involved in the formation of the ultrasonic beam, and generates the excitation signal again. In order to transmit, it is determined by which ultrasonic transducer 400A selects as the 12 o'clock direction.

さらに、超音波観測装置400AのCFM回路410は、エコー信号にドップラー効果を応用した公知の処理を施し、移動体、特に赤血球の移動を検出することで、血流を検出し、血流の速度に応じた例えば赤の色相の着色データを作成する。
超音波観測装置400Aは、超音波振動子アレイ215の1回の電子ラジアル走査に対し、可撓部220Aの挿入軸に垂直な1枚のデジタルの超音波断層像データを作成する。この際、超音波観測装置400Aは、超音波断層像データの血流部分に着色データを重畳する。超音波観測装置400Aは、この超音波断層像データを、超音波画像処理装置600内の混合回路650と表示回路660のスイッチ661の入力端子γとへ出力する。
Furthermore, the CFM circuit 410 of the ultrasonic observation apparatus 400A performs a known process that applies the Doppler effect to the echo signal, detects the blood flow by detecting the movement of the moving body, particularly the red blood cells, and detects the blood flow velocity. For example, coloring data of a red hue is created.
The ultrasonic observation apparatus 400A creates one piece of digital ultrasonic tomographic image data perpendicular to the insertion axis of the flexible portion 220A for one electronic radial scan of the ultrasonic transducer array 215. At this time, the ultrasonic observation apparatus 400A superimposes coloring data on the blood flow portion of the ultrasonic tomographic image data. The ultrasonic observation apparatus 400A outputs the ultrasonic tomographic image data to the mixing circuit 650 in the ultrasonic image processing apparatus 600 and the input terminal γ of the switch 661 of the display circuit 660.

本第2の実施形態では、第1の実施の形態の(S−4−6)で説明した腹腔動脈分岐を体内深部の特徴点に指定する処理の際、大動脈、腹腔動脈、総肝動脈、牌動脈が着色される。この様子を図25に示す。図25は超音波断層像の表示画面を示している。図25のハッチングされた部分が超音波観測装置400Aにより血流として着色された血管である。
その他の作用は第1の実施の形態と同じである。
In the second embodiment, during the process of designating the celiac artery branch described in (S-4-6) of the first embodiment as a feature point in the deep part of the body, the aorta, the celiac artery, the common hepatic artery, The carotid artery is colored. This is shown in FIG. FIG. 25 shows an ultrasonic tomographic image display screen. The hatched portion in FIG. 25 is a blood vessel colored as a blood flow by the ultrasonic observation apparatus 400A.
Other operations are the same as those in the first embodiment.

<効果>
本第2の実施形態では、CFM回路410が血流を検出し、超音波観測装置400Aが超音波断層像データの血流部分に着色データを重畳し、術者がキーボード720とマウス710とを用いて血管が着色された超音波断層像702上で腹腔動脈分岐の位置を入力し、3次元ガイド画像作成回路630が腹腔動脈分岐の位置を位置・配向データに基づき算出するよう構成したため、腹腔動脈分岐のような血管分岐を体内深部の特徴点として指定する際にはよりわかりやすく、正確に指定することができる。
<Effect>
In the second embodiment, the CFM circuit 410 detects the blood flow, the ultrasonic observation apparatus 400A superimposes the colored data on the blood flow portion of the ultrasonic tomographic image data, and the operator uses the keyboard 720 and the mouse 710. Since the position of the celiac artery branch is input on the ultrasonic tomographic image 702 in which the blood vessel is colored and the three-dimensional guide image creation circuit 630 calculates the position of the celiac artery branch based on the position / orientation data. When a blood vessel branch such as an arterial branch is specified as a feature point in the deep part of the body, it can be specified more easily and accurately.

また、第1の実施の形態では、超音波振動子を回転させる機械式ラジアル走査を採用しているため、フレキシブルシャフト221のねじれが生じる可能性がある。そして、フレキシブルシャフト221のねじれに起因して、ロータリーエンコーダ232の角度出力と実際の超音波振動子との間に角度ずれが生じる可能性があり、これが元になって超音波断層像702と3次元ガイド画像701の12時方向が互いにずれる可能性がある。しかし、本第2の実施形態によれば、超音波内視鏡200Aとして電子ラジアル走査を行う超音波内視鏡を採用し、超音波断層像702の12時方向は超音波観測装置400Aが12時方向としてどの超音波振動子を選択するかで決定する構成にしたため、この12時方向のずれが生じることを防ぐことができ、表示装置700の表示画面に表示される3次元ガイド画像701の超音波断層像マーカ632やその12時方向マーカと、超音波断層像との間で12時方向にずれが少なく、正確な3次元ガイド画像701を構築することができる。   Further, in the first embodiment, mechanical radial scanning that rotates the ultrasonic transducer is employed, so that the flexible shaft 221 may be twisted. Then, due to the torsion of the flexible shaft 221, there is a possibility that an angle shift occurs between the angle output of the rotary encoder 232 and the actual ultrasonic transducer, and this is based on the ultrasonic tomographic images 702 and 3. There is a possibility that the 12 o'clock directions of the dimension guide image 701 are shifted from each other. However, according to the second embodiment, an ultrasonic endoscope that performs electronic radial scanning is adopted as the ultrasonic endoscope 200A, and the ultrasonic observation apparatus 400A has 12 in the 12 o'clock direction of the ultrasonic tomographic image 702. Since it is determined according to which ultrasonic transducer is selected as the time direction, it is possible to prevent this 12 o'clock direction deviation from occurring, and the three-dimensional guide image 701 displayed on the display screen of the display device 700 can be prevented. There is little shift in the 12 o'clock direction between the ultrasonic tomographic image marker 632 and its 12 o'clock direction marker and the ultrasonic tomographic image, and an accurate three-dimensional guide image 701 can be constructed.

その他の効果は第1の実施の形態と同じである。 Other effects are the same as those of the first embodiment.

<変形例>
本第2の実施形態では、超音波内視鏡200Aの可撓部220A先端において超音波振動子を短冊状に細かく切断し、可撓部220Aの周囲に環状のアレイとして配列させたが、超音波振動子アレイ215は360°全周に設けても、それより欠けても良い。例えば270°や180°のように可撓部220Aの周囲の一部に設けても良い。
その他の変形例は第1の実施の形態と同じである。
<Modification>
In the second embodiment, the ultrasonic transducer is cut into strips at the tip of the flexible portion 220A of the ultrasonic endoscope 200A and arranged in an annular array around the flexible portion 220A. The acoustic transducer array 215 may be provided on the entire circumference of 360 ° or may be missing. For example, you may provide in a part of circumference | surroundings of the flexible part 220A like 270 degrees and 180 degrees.
Other modifications are the same as those in the first embodiment.

以上述べた述べた本発明の超音波診断装置によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。   According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention described above, the points recorded in advance in the ultrasonic diagnostic apparatus from different types of image data, and the points of the subject considered to be anatomically coincident with this point, Can be accurately matched anatomically.

本発明は、超音波診断装置に広く応用することができる。   The present invention can be widely applied to ultrasonic diagnostic apparatuses.

本発明の第1の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図。1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の位置検出プローブの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the position detection probe of FIG. 図1の姿勢検出プレートの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the attitude | position detection plate of FIG. 図1の参照画像記憶部の構成を説明する斜視図。The perspective view explaining the structure of the reference image memory | storage part of FIG. ボクセル空間及びボクセルを示す図。The figure which shows voxel space and a voxel. 原点Oを受信コイル上に、術者が被検者を検査する実際の空間上に直交座標軸O−xyzとその正規直交基底(各軸方向の単位ベクトル)i、j、kを定義する場合の説明図。When the origin O is defined on the receiving coil and the orthogonal coordinate axis O-xyz and its orthonormal basis (unit vector in each axis direction) i, j, k are defined on the actual space where the operator examines the subject. Illustration. 本発明の第1の実施の形態の超音波画像処理装置、キーボード、マウス、表示装置の作用を説明するフローチャート。3 is a flowchart for explaining operations of the ultrasonic image processing apparatus, the keyboard, the mouse, and the display device according to the first embodiment of the present invention. 図7における関心器官抽出処理の詳細を説明するフローチャート。8 is a flowchart for explaining details of an interest organ extraction process in FIG. 7. 参照画像記憶部におけるn番の参照画像データに対応する参照画像が表示された状態を示す図。The figure which shows the state by which the reference image corresponding to the nth reference image data in a reference image memory | storage part was displayed. ボクセル空間へ書き出された抽出データを示す図。The figure which shows the extraction data written in the voxel space. 図7における参照点推定処理の詳細を説明するフローチャート。The flowchart explaining the detail of the reference point estimation process in FIG. 参照画像記憶部におけるm番の参照画像データに対応する参照画像が表示された状態を示す図。The figure which shows the state by which the reference image corresponding to the mth reference image data in a reference image memory | storage part was displayed. 図7における体腔表面特徴点指定処理の詳細を説明するフローチャート。The flowchart explaining the detail of the body cavity surface feature point designation | designated process in FIG. 光学像の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of an optical image. 図7における体内深部特徴点指定処理の詳細を説明するフローチャート。FIG. 8 is a flowchart for explaining details of deep body feature point designation processing in FIG. 7. FIG. 超音波断層像の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of an ultrasonic tomogram. 超音波断層像の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of an ultrasonic tomogram. 図7における3次元ガイド画像作成・表示処理の詳細を説明するフローチャート。8 is a flowchart for explaining details of the three-dimensional guide image creation / display process in FIG. 7. 特徴点とラジアル走査面を示す図。The figure which shows a feature point and a radial scanning surface. 参照点と超音波断層像マーカを示す図。The figure which shows a reference point and an ultrasonic tomographic image marker. 超音波断層像マーカをに示す図。The figure which shows an ultrasonic tomogram marker. 超音波断層像マーカと抽出データとが合成されたデータを示す図。The figure which shows the data by which the ultrasonic tomogram marker and extraction data were synthesize | combined. 超音波断層像と3次元ガイド画像とを並べて表示した表示例を示す図。The figure which shows the example of a display which displayed the ultrasonic tomogram and the three-dimensional guide image side by side. 本発明の第2の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the ultrasonic diagnosing device of the 2nd Embodiment of this invention. 血流が検出された超音波断層像の表示画面を示す図。The figure which shows the display screen of the ultrasonic tomogram from which the blood flow was detected.

符号の説明Explanation of symbols

100,100A…超音波診断装置
200,200A…超音波内視鏡
214…超音波振動子
215…超音波振動子アレイ
400,400A…超音波観測装置(超音波断層像作成手段)
410…CFM回路(血流検出手段)
500…位置配向算出装置(検出手段)
520…姿勢検出プレート
530…位置検出プローブ(位置取得手段)
610…参照画像記憶部(参照画像データ保持手段)
630…3次元ガイド画像作成回路(ガイド画像作成手段)
660…表示回路
700…表示装置
710…マウス(指定手段)
720…キーボード(指定手段)
723…体腔表面特徴点指定キー
724…体内深部特徴点指定キー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... Ultrasonic diagnostic apparatus 200,200A ... Ultrasound endoscope 214 ... Ultrasonic transducer 215 ... Ultrasonic transducer array 400,400A ... Ultrasonic observation apparatus (ultrasonic tomographic image creating means)
410 ... CFM circuit (blood flow detection means)
500 ... Position / orientation calculation device (detection means)
520 ... Posture detection plate 530 ... Position detection probe (position acquisition means)
610 ... Reference image storage unit (reference image data holding means)
630... 3D guide image creation circuit (guide image creation means)
660 ... display circuit 700 ... display device 710 ... mouse (designating means)
720 ... Keyboard (designating means)
723 ... Body cavity surface feature point designation key 724 ... Deep body feature point designation key

Claims (3)

生体内に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、
前記超音波断層像の位置もしくは配向を検出する検出手段と、
前記生体に特徴点を指定する指定手段と、
参照画像データを保持する参照画像データ保持手段と、
前記指定手段が指定した特徴点と、前記参照画像データ上に設定された参照点との、解剖学上の位置を照合し、前記検出手段により検出された位置もしくは配向と、前記照合の結果とに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置もしくは配向をガイドするガイド画像を作成するガイド画像作成手段とを具備し、
前記指定手段が、前記超音波断層像作成手段が作成した超音波断層像上で前記特徴点を指定し、
前記ガイド画像作成手段が、前記指定手段が指定した前記特徴点の前記超音波断層像上での位置と、前記検出手段が検出した前記超音波断層像の位置もしくは配向とを基に前記特徴点の前記生体内での位置を算出したことを特徴とする超音波診断装置。
An ultrasonic tomographic image creating means for creating an ultrasonic tomographic image from an ultrasonic signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves into a living body;
Detecting means for detecting the position or orientation of the ultrasonic tomographic image;
Designating means for designating feature points on the living body;
Reference image data holding means for holding reference image data;
Collating the anatomical position of the feature point designated by the designation means and the reference point set on the reference image data, the position or orientation detected by the detection means, and the result of the collation And a guide image creating means for creating a guide image for guiding the anatomical position or orientation of the ultrasonic tomographic image,
The designating means designates the feature point on the ultrasonic tomographic image created by the ultrasonic tomographic image creating means;
The guide image creating unit is configured to determine the feature point based on the position of the feature point specified by the specifying unit on the ultrasonic tomographic image and the position or orientation of the ultrasonic tomographic image detected by the detecting unit. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that a position in the living body is calculated.
前記超音波断層像作成手段が、血流を検出する血流検出手段を備え、
前記超音波断層像作成手段が、血流が態様を変えて重畳された超音波断層像を作成し、
前記指定手段が、前記血流が重畳された超音波断層像上に前記特徴点を指定したこと、
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
The ultrasonic tomographic image creation means includes blood flow detection means for detecting blood flow,
The ultrasonic tomographic image creating means creates an ultrasonic tomographic image in which blood flow is superimposed in a different manner,
The designation means designates the feature point on an ultrasonic tomographic image on which the blood flow is superimposed;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記指定手段が、生体の体腔表面に直接接触して前記特徴点とは別の特徴点の位置を得る位置取得手段を備えたこと、
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
The designation means comprises a position acquisition means for directly contacting the surface of the body cavity of a living body to obtain a position of a feature point different from the feature point;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
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