JP2007202829A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像診断における操作性及び検査効率を向上させることを可能とする超音波診断装置を提供する。
【解決手段】表示系制御部１７は、実空間座標系における２点の探触子１１の位置とボディマーク座標系における２点のプローブマークの位置とから変換パラメータを算出し保持する。探触子１１が移動あるいは方向転換すると、位置情報センサ１２は探触子１１の移動量と回転角を検知し、この移動量と変換パラメータとから移動後の超音波探触子のボディマーク座標系における位置座標を算出し、この位置座標と検出した回転角とを基にボディマーク上に探触子１１の位置と方向を示すプローブマークを表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の診断画像として超音波像を撮像する超音波診断装置に関する。詳細には、検査部位を示すボディマークと超音波探触子の位置等を示すプローブマークとを表示する超音波診断装置に関する。

一般に、超音波診断装置は、超音波探触子を介して被検体との間で超音波を送受信し、被検体からの反射エコー信号に基づいて断層画像を作成及び表示する画像診断装置である。また、超音波診断装置は、断層画像と共に、例えば隣接した場所に、検査部位を示すボディマークと超音波探触子の位置等を示すプローブマークとを表示する。プローブマークは、ボディマーク上に表示される。ボディマークにおける超音波探触子の位置は、実際の超音波探触子の動きに追従して変化させる必要があるが、その表示の位置や方向に関する設定は検査者により手動で行われる方法が一般的である（例えば、［特許文献１］参照。）。

特開２００２−２４８０９９号公報

しかしながら、検査中に被検体である被検者の姿勢変更や被検者の呼吸などによるボディマークに表示された超音波探触子位置のずれは考慮されておらず、それらの補正を検査中に手動で行うと、検査操作が非常に煩雑となり、ひいては、検査精度を維持することも困難となる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、超音波画像診断における操作性及び検査効率を向上させることを可能とする超音波診断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、被検体との間で超音波の送受信を行う超音波探触子と、前記超音波探触子からの出力信号に基づいて断層画像を作成する画像処理手段と、前記断層画像と検査部位を示すボディマークとを表示する表示手段と、を備える超音波診断装置であって、実空間座標系及びボディマーク座標系の両座標系において前記超音波探触子の位置が整合する基準点を設定する基準点設定手段と、前記実空間座標系における前記超音波探触子の移動量を前記ボディマーク座標系における移動量に変換する変換パラメータを算出して保持する変換パラメータ算出手段と、前記実空間座標系における前記超音波探触子の移動量及び回転角を検知する検知手段と、前記基準点設定手段により設定した前記基準点と前記変換パラメータ算出手段により算出した前記変換パラメータと前記検知手段により検知した前記移動量とに基づいて、前記ボディマーク座標系における前記超音波探触子の位置座標を算出する位置座標算出手段と、を具備し、前記表示手段は、前記位置座標算出手段により算出した前記位置座標と前記検知手段により検知した前記回転角とに基づいて、前記ボディマークに前記超音波探触子の位置及び方向を表示することを特徴とする超音波診断装置である。

超音波診断装置は、実際に被検体に当接させた超音波探触子の位置、即ち実空間座標系における探触子の位置とボディマーク座標系における探触子の位置とが整合（一致）する基準点を設定し、実空間座標系における超音波探触子の移動量をボディマーク座標系における移動量に変換する変換パラメータを算出し保持する。
検知手段とは、超音波探触子に設けられた磁気位置センサや地磁気センサや角速度センサや赤外線センサ等のセンサである。超音波診断装置は、これらのセンサによって超音波探触子の移動量と回転角を検知して、基準点の位置座標と移動量と変換パラメータとから移動後の超音波探触子のボディマーク座標系における位置座標を算出する。また、この位置座標と回転角とを基にボディマーク上に超音波探触子の位置と方向を示すプローブマークを表示する。

更に、超音波診断装置は、被検体における実際の超音波探触子の位置とボディマークにおける表示位置とが整合（一致）しない場合、実空間座標系及びボディマーク座標系の両座標系において超音波探触子の位置が整合する基準点を、再度、設定する。
これにより、被検体の姿勢変更や呼吸などに起因する、ボディマークでの超音波探触子の表示位置のずれに対して、迅速かつ正確に対応可能である。
また、超音波診断装置は、ボディマーク座標系における超音波探触子の位置座標がボディマークの表示範囲外となった場合、異なる座標系で表示されるボディマークに切り替え、当該ボディマークに超音波探触子の位置及び方向を表示することが可能である。

このように、本発明の超音波診断装置によれば、被検体の姿勢変更や呼吸などによるボディマークにおける探触子の位置の表示のずれも迅速かつ容易に修正することができるため、超音波画像診断における操作性及び検査効率を向上させることができる。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

図１は、本発明の本実施の形態に係る超音波診断装置１の概略ブロック構成図である。
図１に示すように、超音波診断装置１は、探触子１１、位置情報センサ１２、超音波送受信回路１３、超音波信号変換部１４、制御部１５、入力部１６、表示系制御部１７、グラフィック表示部１８、合成部１９、画像表示部２０等から構成される。

探触子１１は、超音波探触子であり、被検体３１に対して超音波を送受信することによって得られた反射エコー信号を超音波送受信回路１３に送信する。

位置情報センサ１２は、探触子１１に設けられた磁気位置センサ、地磁気センサ、角速度センサ、赤外線センサ等のセンサであり、探触子１１の実空間座標系での位置座標や、探触子１１を移動あるいは方向転換させた場合の移動量及び回転角（回転量）を検知する。

超音波送受信回路１３は、探触子１１を駆動して超音波を送信して得られた反射エコー信号を受信し、超音波信号変換部１４に送信し、超音波信号変換部１４はその信号を基に超音波断層画像を作成する。

入力部１６はキーやトラックボールを有する操作パネルである。画像表示条件等が入力されると、制御部１５は、画像表示条件等を超音波信号変換部１４に通知し、超音波信号変換部１４は画像表示条件とともに超音波断層画像を再構成する。また、入力部１６は、位置情報センサ１２によって検知された探触子１１の実空間座標系における位置座標や探触子の移動量及び回転角等を表示系制御部１７に入力する。

表示系制御部１７は、探触子１１の実空間座標系における位置座標や探触子１１の移動量及び回転角等から、ボディマーク座標系における探触子１１の位置座標及び方向を算出する。グラフィック表示部１８は、表示系制御部１７が算出した探触子１１の位置及び方向をプローブマーク等を用いてボディマーク上に表示する。

合成部１９は、超音波信号変換部１４から送られた超音波断層画像とグラフィック表示部１８から送られたボディマークとを画像表示部２０に共に表示するように合成する。画像表示部２０は、例えば液晶パネルやディスプレイといった画像表示装置である。超音波診断装置１では、画像表示部２０の画面上に、超音波断層画像とボディマークの両方が表示される。検査者は、画像表示部２０に表示されたボディマーク上のプローブマークで探触子１１の位置を確認しながら、検査部位の超音波断層画像を取得する。

次に、超音波診断装置１によるボディマーク座標系における探触子１１の位置座標算出処理について説明する。図２は、ボディマーク座標系における探触子１１の位置座標算出処理を示すフローチャートである。

超音波診断装置１は、被検体３１上で設定された２点の位置（実空間座標系における位置座標）とボディマーク上で設定された２点の位置（ボディマーク座標系における位置座標）とを取得する（ステップ２０１）。超音波診断装置１は、被検体３１上で設定された２点の位置とボディマーク上で設定された２点の位置を基に変換パラメータを算出して保持する（ステップ２０２）。

位置情報センサ１２は、実空間座標系における探触子１１の移動量および回転角を測定する（ステップ２０３）。表示系制御部１７は、位置情報センサ１２によって測定された移動量と変換パラメータを基に、ボディマーク座標系での探触子１１の位置座標を算出する（ステップ２０４）。

また、表示系制御部１７は、位置情報センサ１２によって測定された回転角から探触子１１の方向を算出し、探触子１１の位置及び方向を示すプローブマークをボディマーク表示画面に表示する（ステップ２０５）。位置情報センサ２１は探触子１１の移動あるいは方向転換があるかどうかを常に検出し（ステップ２０６）、探触子１１の移動が検知された場合（ステップ２０６のＹｅｓ）、ステップ２０３以降の処理を繰り返す。

以下に、各ステップについて詳細に説明する。
（ステップ２０１、ステップ２０２）
ステップ２０１及びステップ２０２の処理は、実空間座標系における移動量をボディマーク座標系における移動量に変換する変換パラメータを算出するものである。

図３は、被検体３１（実空間座標系）における２点の設定を示す図であり、図４は、ボディマーク４１（ボディマーク座標系）における２点の設定を示す図である。図４に示すボディマーク表示画面３５は、画像表示部２０の一部に表示される画面であり、ボディマーク４１を表示する。

図３及び図４に示すように、検査者は、第１点目として被検体３１上において点Ｓ１を設定すると共に、ボディマーク４１上において点Ｓ１に対応する点Ｐ１を設定する。点Ｓ１の設定は、被検体３１に探触子１１を当てることにより行う。点Ｐ１の設定は、入力部１６を用いて画像表示部２０に表示されるボディマークやプローブマーク等を移動させることにより行う。
同様にして、検査者は、第２点目として被検体３１上において点Ｓ２を設定すると共に、ボディマーク４１上において点Ｓ２に対応する点Ｐ２を設定する。

表示系制御部１７は、図３に示す実空間座標系において点Ｓ１を基準点としたときの２点Ｓ１〜Ｓ２間の距離（移動量）と、図４に示すボディマーク４１のボディマーク座標系の点Ｐ１を基準としたときの２点Ｐ１〜Ｐ２間の距離（移動量）とから、実空間座標系における探触子１１の移動量をボディマーク座標系の移動量に変換する変換パラメータを算出して保持する。

ここでは、実空間座標系の点Ｓ１及びボディマーク座標系における点Ｐ１を基準点としたが、点Ｓ２及び点Ｐ２を基準点としてもよい。
また、第１点目及び第２点目とも任意の場所での設定が可能である。例えば、ボディマーク４１側において両脇の２点（図４の点Ｑ１及び点Ｑ２）等の予め固定の場所を示すインターフェースを作成し、被検体３１側において探触子１１を実際の両脇に当てて２点を設定し、ボディマーク４１側の設定点と被検体３１側の設定点とを対応付けてもよい。

こうして超音波診断装置１は、探触子１１を被検体３１に当接して設定した実空間座標系の２点間の距離（移動量）とボディマーク座標系における２点間の距離（移動量）とを対応付けて変換パラメータを求めることによって、被検体３１の体格を考慮した被検体固有の変換パラメータを算出する。表示系制御部１７は、算出された変換パラメータを保持する。

（ステップ２０３〜ステップ２０６）
ステップ２０３からステップ２０６に示す処理は、実際の超音波断層画像の観察時における処理である。検査者は、探触子１１を被検体３１に当てて移動あるいは方向転換させ、所望の検査部位の超音波断層画像を取得する。
実空間座標系において図３に示す点Ｓ１を基準点とした場合、位置情報センサ１２は、基準点Ｓ１に対する探触子１１の移動量と回転角を検出する。

図５はボディマーク座標系を示す図であり、図６はボディマーク４３を示す図である。
実空間座標系において点Ｓ１を基準点としたことで、ボディマーク座標系では点Ｐ１が基準点、即ち原点となる。表示系制御部１７は、位置情報センサ１２により検知された探触子１１の実空間座標系における移動量とステップ２０２で求め保持された変換パラメータとを掛け合わせることにより、ボディマーク座標系における移動量を算出する。例えば、図５及び図６に示すように、ボディマーク座標系における基準点Ｐ１に対する移動量（ｑｘ，ｑｙ）が求められると、ボディマーク４３上の点Ｐ３にプローブマーク７５が表示されて探触子１１の位置が示される。

また、表示系制御部１７は、位置情報センサ１２によって検知された探触子１１の回転角θから、探触子１１のボディマーク上の表示方向を算出する。図６に示すように、表示制御部１７は、原点Ｐ１にあるプローブマーク７３を点Ｐ３のプローブマーク７５に移動させ、さらに、プローブマーク７５の矢印方向を回転角θの分だけ回転させる。表示制御部１７は、このプローブマーク７５をボディマーク４３上に表示することにより探触子１１の現在位置及び方向を示す。

尚、ボディマーク上に表示するプローブマークをピクセル画像とみなし、プローブマークを構成する各ピクセル毎に、移動後あるいは方向転換後の位置を算出するようにしてもよい。この場合、［数１］式により位置情報センサ１２によって検知された移動量及び回転角を用いて、プローブマーク７３を構成する各ピクセル（ｐｘ，ｐｙ）を移動及び回転させ、プローブマーク７５を構成する各ピクセル（ｐ’ｘ，ｐ’ｙ）を求めればよい。

こうして位置情報センサ１２は、実空間座標系における探触子１１の移動及び方向転換を常に検知し、表示系制御部１７は移動量及び回転角と変換パラメータとから、ボディマーク座標系における基準点に対する移動後及び方向転換後の探触子１１の位置座標を算出して、探触子１１の位置及び方向を示すプローブマークをボディマーク上に表示する。

次に、被検体３１の姿勢変化や呼吸による体勢変化に対応したボディマーク及びプローブマークの表示処理について説明する。
図７は、超音波診断装置１によるボディマーク表示におけるプローブマークの位置のずれを補正する処理を示すフローチャートである。

検査者は被検体３１上の探触子１１の位置とボディマーク上の探触子１１の位置（プローブマークの位置）とを取得し（ステップ３０１）、被検体３１上の探触子１１の位置とボディマーク上の探触子１１の位置とが整合（一致）しているかどうかを判定する（ステップ３０２）。

被検体３１上の探触子１１の位置とボディマーク上の探触子１１の位置とが整合していない場合（ステップ３０２のＮｏ）、ボディマーク座標系の基準点（原点）を変更する（ステップ３０３）。

被検体３１上の探触子１１の位置とボディマーク上の探触子１１の位置とが整合している場合（ステップ３０２のＹｅｓ）、ステップ３０４からの処理に移行する。位置情報センサ１２は、実空間座標系における探触子１１の移動量および回転角を測定し（ステップ３０４）、表示系制御部１７は、位置情報センサ１２によって測定された移動量と変換パラメータを基に、ボディマーク座標系での探触子１１の位置座標を算出する（ステップ３０５）。

次に、表示系制御部１７は、位置情報センサ１２によって測定された回転角から探触子１１の方向を算出し、探触子１１の位置及び方向を示すプローブマークをボディマーク表示画面に表示する（ステップ３０６）。

ステップ３０１からステップ３０３に示す処理が、ボディマークにおけるプローブマーク表示位置のずれを補正するための処理である。
図８はステップ３０１で取得されたボディマーク４５を示す図であり、図９はボディマーク座標系での原点再設定を示す図である。ボディマーク４５において、点Ｇは基準点（原点）であり、探触子１１の位置が点Ｅから点Ｆに移動され、プローブマーク８３からプローブマーク８５に移動したとする。

ここで、実際の被検体３１上の探触子１１の位置と、ボディマーク４５上に表示された探触子１１の位置（プローブマークの位置）点Ｆが整合しない場合、検査者は点Ｆを新たに基準点（原点）と定める。即ち、図９に示すように、ボディマーク座標系は、補正前には点Ｇを原点とするｘ−ｙ座標系であったのに対し、補正後は点Ｆ（補正後の基準点Ｇ’）を原点とするｘ’−ｙ’座標系となる。

以降、ステップ３０４からステップ３０６に示す処理は、基準点を点Ｆとしてボディマーク４５上にプローブマークを表示するための処理であり、ステップ２０３からステップ２０５の処理と同様である。

このように、被検体３１における実際の探触子１１の位置とボディマーク上のプローブマークの表示位置とが整合しない場合でも、ボディマーク座標系の原点を設定しなおすことによって、ボディマークにおけるプローブマークの表示位置のずれを補正することができる。
こうして、検査中に被検体３１である被検者が姿勢を変えたり、呼吸をすることによってボディマーク上での探触子表示の位置がずれた場合でも、随時容易に表示のずれを補正することができる。

次に、プローブマークの追従動作について説明する。
被検体３１に探触子１１を当てて移動させている際に、探触子１１の位置がボディマークの表示範囲外に移動する場合がある。本実施の形態では、探触子１１の位置がボディマークの表示範囲外に移動した際でも、探触子１１の移動に追従してボディマークを切り替えてプローブマークを表示することができる。

図１０は被検者ボディ５１を示す図である。被検者ボディ５１はエリアＡ、エリアＢ、エリアＣ、エリアＤの４つの領域に分けられる。図１１は、図１０の被検者ボディ５１の断面図である。点Ｓ（ｘ＝ｙ＝ｚ＝０）はボディ断面５３の中心とする。

超音波診断装置１では、被検者の姿勢や検査部位への対応により様々な角度からのボディマークの表示が行われる。即ち、図１０及び図１１に示すエリアＡ，エリアＢ、エリアＣ、エリアＤのそれぞれに対応したボディマークが表示される。図１２、図１３、図１４、図１５はそれぞれエリアＡ、エリアＢ、エリアＣ、エリアＤに対応したボディマークを示す図である。

例えば、探触子１１がエリアＡに存在する場合、ボディマーク座標系はｘ−ｙ座標系（ｚ≦０）となる。超音波診断装置１は、図１２に示す被検者ボディ５１正面のボディマーク６１を画面表示部２０に表示し、ボディマーク６１に探触子１１の位置を示すプローブマーク９３を表示する。

また、探触子１１がエリアＢに存在する場合、ボディマーク座標系はｙ−ｚ座標系（ｘ≦０）となる。超音波診断装置１は、図１３に示す被検者ボディ５１左側面のボディマーク６３を画面表示部２０に表示し、ボディマーク６３に探触子１１の位置を示すプローブマーク９４を表示する。

また、探触子１１がエリアＣに存在する場合、ボディマーク座標系はｙ−ｚ座標系（ｘ≧０）となる。超音波診断装置１は、図１４に示す被検者ボディ５１右側面のボディマーク６５を画面表示部２０に表示し、ボディマーク６５に探触子１１の位置を示すプローブマーク９５を表示する。

尚、エリアＢ及びエリアＣのボディマークは本来であれば真側面から見たボディマーク表示となり、図１３及び図１４に示すボディマーク表示とは異なるが、検査者に見易いように図１３、図１４のように真側面より少し角度をつけたボディマーク表示を採用することもできる。この場合、真側面に対する角度の分だけ視点方向について補正処理を行って画像表示すればよい。

また、探触子１１がエリアＤに存在する場合、ボディマーク座標系はｘ−ｙ座標系（ｚ≧０）となる。超音波診断装置１は、図１５に示す被検者ボディ５１背面からのボディマーク６７を画面表示部２０に表示し、ボディマーク６７に探触子１１の位置を示すプローブマーク９６を表示する。

次に、探触子１１が被検者ボディ５１の異なるエリアに移動した場合のプローブマーク表示について説明する。図１１に示すように、探触子１１がエリアＡの点ｐからエリアＣの点ｐ’に移動した場合を例に考える。
画面表示部２０には、図１２に示すボディマーク６１に基準となるエリアＡの点ｐにおけるプローブマーク９３が表示される。

位置情報センサ１２は３次元的な位置情報を検出することが可能である。探触子１１がエリアＣの点ｐ’に移動すると、位置情報センサ１２は探触子１１の位置情報を検出し、移動量（ｑｘ，ｑｙ，ｑｚ）、及び回転角θを検出する。

ボディマーク座標系において、点ｐの位置座標を（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）、点ｐ’の位置座標を（ｐ’ｘ，ｐ’ｙ，ｐ’ｚ）、基準点ｐから点ｐ’への移動量を（ｑｘ，ｑｙ，ｑｚ）、回転角をθとした場合、表示系制御部１７は移動後の点ｐ’のボディマーク座標系における位置座標を［数２］式を用いて求める。

ここで、ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｒ２１、ｒ２２、ｒ２３、ｒ３１、ｒ３２、ｒ３３は回転角θから求められる回転係数である。

求めた点ｐ’のボディマーク座標系における位置座標がエリアＡの表示範囲を越えてエリアＣの表示範囲に移行すると、グラフィック表示部１８は、ボディマーク表示画面を図１２に示すエリアＡのボディマーク表示から図１４に示すエリアＣのボディマーク表示に切り替え、ボディマーク６５上に移動したプローブマーク９５を表示する。

このように、本超音波診断装置１は、探触子１１が現在のボディマークの表示エリアを越えて移動した場合にも、探触子１１の移動に追従してボディマーク表示を切り替えることができる。

以上説明したように、本発明の超音波診断装置によれば、被検体の姿勢変更や呼吸などによるボディマークにおける探触子表示位置のずれを迅速かつ容易に修正することができる。また、超音波診断装置は、探触子の移動によりボディマーク表示範囲外を超えた場合には、探触子の移動に追従してボディマークを切り替えてプローブマーク表示を行うことができる。これにより、超音波画像診断における操作性及び検査効率を向上することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態に係る超音波診断装置１の概略ブロック構成図 ボディマーク座標系における探触子１１の位置座標算出処理を示すフローチャート 実空間座標系における２点設定を示す図 ボディマーク座標系における２点設定を示す図 ボディマーク座標系における移動量と回転角を示す図 ボディマーク４３を示す図 ボディマーク座標系における原点再設定処理を示すフローチャート ボディマーク４５を示す図 ボディマーク座標系における原点再設定を示す図 エリアに分割された被検者ボディ５１を示す図 分割エリアを示す図 エリアＡのボディマーク６１を示す図 エリアＢのボディマーク６３を示す図 エリアＣのボディマーク６５を示す図 エリアＤのボディマーク６７を示す図

符号の説明

１………超音波診断装置
１１………探触子
１２………位置情報センサ
１３………超音波送受信回路
１４………超音波信号変換部
１５………制御部
１６………入力部
１７………表示系制御部
１８………グラフィック表示部
１９………合成部
２０………画像表示部
３１………被検体
４１、４５、６１、６３、６５、６７………ボディマーク
７３、７５、８３、８５、９３、９４、９５、９６………プローブマーク

Claims (3)

1. 被検体との間で超音波の送受信を行う超音波探触子と、前記超音波探触子からの出力信号に基づいて断層画像を作成する画像処理手段と、前記断層画像と検査部位を示すボディマークとを表示する表示手段と、を備える超音波診断装置であって、
   実空間座標系及びボディマーク座標系の両座標系において前記超音波探触子の位置が整合する基準点を設定する基準点設定手段と、
   前記実空間座標系における前記超音波探触子の移動量を前記ボディマーク座標系における移動量に変換する変換パラメータを算出して保持する変換パラメータ算出手段と、
   前記実空間座標系における前記超音波探触子の移動量及び回転角を検知する検知手段と、
   前記基準点設定手段により設定した前記基準点と前記変換パラメータ算出手段により算出した前記変換パラメータと前記検知手段により検知した前記移動量とに基づいて、前記ボディマーク座標系における前記超音波探触子の位置座標を算出する位置座標算出手段と、を具備し、
   前記表示手段は、前記位置座標算出手段により算出した前記位置座標と前記検知手段により検知した前記回転角とに基づいて、前記ボディマークに前記超音波探触子の位置及び方向を表示することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記被検体における実際の前記超音波探触子の位置と前記ボディマークにおける表示位置とが整合しない場合、前記実空間座標系及び前記ボディマーク座標系の両座標系において前記超音波探触子の位置が整合する基準点を、再度、設定する再設定手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記位置算出手段により算出したボディマーク座標系における前記超音波探触子の位置座標が前記ボディマークの表示範囲外となった場合、異なる座標系で表示されるボディマークに切り替え、当該ボディマークに前記超音波探触子の位置及び方向を表示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。

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