JP2007244575A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】探触子の位置に応じて映像される超音波断層像のスキャン面に対するリファレンス像にずれが生じてしまうのを回避し、位置合わせの向上を図った超音波診断装置の提供。
【解決手段】被検体の超音波断層像と該被検体のリファレンスボリュームデータから前記超音波断層像に対応するリファレンス像を作成し、表示する超音波診断装置であって、
探触子から得られる信号から前記被検体の超音波ボリュームデータを作成する手段と、
前記リファレンスボリュームデータと前記超音波ボリュームデータの少なくとも２つの直交断面における断層像に基づいてそれぞれのボリュームデータの座標系の関係づけを行う手段と、
前記関係づけられた座標系に基づいて、前記探触子の位置に応じた断面の前記リファレンス像を表示させる手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は超音波診断装置に係り、特に、たとえばＸ線ＣＴ装置あるいは磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置等で作成されたリファレンスボリュームデータを用いて、超音波スキャン面の画像と同一断面のリファレンス像をリアルタイムに構築して表示器に表示するのに好適な超音波診断装置に関する。

超音波を被検体に照射し、その反射エコー信号により被検体内部の構造を画像化する超音波診断装置は、無侵襲かつリアルタイムな観察が可能であるため広く利用されている。

一方、Ｘ線ＣＴ装置や磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置等の医療用画像診断装置は、高い分解能で広い範囲を撮像することができるため、細かな病変や臓器の位置関係の把握が容易に行える。特に、近年、Ｘ線ＣＴ装置用の造影剤が普及し、たとえば肝臓癌などの診断の検出能力が飛躍的に改善されてきている。

また、超音波診断装置において、その探触子に位置センサを貼り付けて超音波スキャン面を算出し、医療用画像診断装置から得られるリファレンスボリュームデータから該超音波スキャン面と同一断面の二次元断層像からなるリファレンス像を構築して、表示画面に表示する試みがなされている。

このような試みにおいて、たとえば下記特許文献１では、リファレンスボリュームデータからたとえば血管等を含んだ特徴的な断面からなるリファレンス像を再構成し、このリファレンス像に対し、それと同一の超音波断層像を抽出させて、リファレンスボリュームデータと被検体との位置合わせを行うことが開示されている。
特開２００３−１３０４９０号公報

しかしながら、位置合わせの際に比較される超音波断層像とボリュームデータからのリファレンス像は、いずれも同一個所の血管等を含んだものとして映像されるが、それら各断層像の座標は完全に一致していない場合があるため、探触子の位置に応じて映像される超音波断層像と前記リファレンス像にずれが生じてしまうことがある。

すなわち、位置合わせの際に特定される各断層像にはいずれも前記血管等のような特徴部位の基準を有するが、該基準が表示されている断層像は一義的に決まっていないという理由から上述した不都合が生じる。

本発明の目的は、探触子の位置に応じて映像される超音波断層像のスキャン面に対するリファレンス像にずれが生じてしまうのを回避し、各断層面の位置合わせの向上を図った超音波診断装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）本発明による超音波診断装置は、たとえば、被検体の超音波断層像と該被検体のリファレンスボリュームデータから前記超音波断層像に対応するリファレンス像を作成し、表示する超音波診断装置であって、
探触子から得られる信号から前記被検体の超音波ボリュームデータを作成する手段と、
前記リファレンスボリュームデータと前記超音波ボリュームデータの少なくとも２つの直交断面における断層像に基づいてそれぞれのボリュームデータの座標系の関係づけを行う手段と、
前記関係づけられた座標系に基づいて、前記探触子の位置に応じた断面の前記リファレンス像を表示させる手段とを備えることを特徴とする。

（２）本発明による超音波診断装置は、たとえば、被検体の超音波断層像と該被検体のリファレンスボリュームデータから前記超音波断層像に対応するリファレンス像を作成し、表示する超音波診断装置であって、
探触子から得られる信号から前記被検体の超音波ボリュームデータを作成する手段と、
前記リファレンスボリュームデータと前記超音波ボリュームデータのそれぞれの同一特徴部の一致づけに基づいてそれぞれのボリュームデータの座標系の関係づけを行う手段と、
前記関係づけられた座標系に基づいて、前記探触子の位置に応じた断面の前記リファレンス像を表示させる手段とを備えることを特徴とする。

なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

このように構成した超音波診断装置は、探触子の位置に応じて映像される超音波断層像のスキャン面に対するリファレンス像にずれが生じてしまうのを回避し、各断層面の位置合わせの向上を図ることができる。

以下、本発明による超音波診断装置の実施例を図面を用いて説明をする。

図２は、本発明による超音波診断装置の一実施例を示す概略ブロック図である。同図において、まず、被検体２００に当接させて用いられる探触子（プローブ）１０がある。この探触子１０は並設された複数の超音波振動子が備えられて構成され、また、この探触子１０には後に詳述する位置センサ２０がたとえば貼り付けられて具備されている。

前記探触子１０は送受信部１２によって被検体２００内に超音波を送出し、該被検体２００から反射された超音波は前記送受信部１２によって反射エコー信号として受信されるとともに、増幅、アナログデジタル変換、および整相加算などの処理がなされるようになっている。

該送受信部１２からの信号は超音波像作成部１４に入力され、この超音波像作成部１４によって前記探触子１０からの超音波のスキャン面における超音波断層像のデータが作成されるようになっている。

この超音波断層像のデータは画像メモリ１６に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、その画面に該超音波断層像が表示されるようになっている。該超音波断層像は前記探触子１０からの超音波のスキャン面における断層像となっている。

また、前記合成部６０には、後述する他の画像のデータも入力されるようになっており、これら他の画像は前記超音波断層像とともに前記表示器１８の画面に表示されるようになっている。

ここで、他の画像としては、いわゆる超音波ボリュームデータを構築し、この超音波ボリュームデータにおける任意の断面の断層像、および、本発明による超音波診断装置とは別個に構成される装置であって、たとえばＸ線ＣＴ装置あるいは磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置等からなる医療用画像診断装置（図２では符号１００で示している）からリファレンスボリュームデータを入力し、このリファレンスボリュームデータにおける任意の断面の断層像となっている。

前記超音波ボリュームデータは、前記探触子１０をたとえば超音波のスキャン面に直交する方向に移動させ、それによって順次得られる複数の断層像（スライス像）によって構築でき、この際の前記各断層像には、該探触子１０に具備された位置センサ２０からの信号に基づいて位置情報が対応づけられるようになっている。

前記位置センサ２０は、被検体２００が横臥するベッド等に取り付けられたソース２２から発生するたとえば磁気信号を検知する磁気センサから構成され、ソース座標系における探触子１０の前記位置情報（三次元的な位置および傾き）が検出されるようになっている。なお、該位置センサ２０とソース２２としては、磁場を利用するものに限られず、たとえば光を利用するものであってもよい。

すなわち、前記探触子１０をたとえば超音波のスキャン面に直交する方向に移動させることによって、前記超音波像作成部１４から各スキャン面における断層像が得られ、これら各断層像はボリュームデータ構築部２６に入力されるようになっている。

一方、探触子１０の移動の過程において、前記位置センサ２０およびソース２２からの信号が探触子座標算出手段５６に入力され、この探触子座標算出手段５６によって該探触子１０の位置情報が算出され、この位置情報はボリュームデータ構築部２６へ入力されるようになっている。

この場合における探触子座標算出手段５６の駆動は、操作卓５８におけるボリュームデータ構築を示す操作に伴い、制御部５０を介した信号の入力によってなされるようになっている。

ボリュームデータ構築部２６では、前記超音波像作成部１４から入力されるそれぞれの前記断層像に前記位置情報が対応づけられ、３次元座標軸が伴った超音波ボリュームデータが作成される。

ボリュームデータ構築部２６で作成された超音波ボリュームデータはボリュームデータ記憶部２８に記憶され、任意断層像作成部３０によって任意の断面の断層像が該超音波ボリュームデータから作成されるようになっている。この任意の断面の断層像は、後の説明で明らかとなるが、たとえば直交三断面像からなる各断層像を含んで作成されるようになっている。

この任意断層像作成部３０には、最初の段階ではたとえば予め設定された断面の各断層像が作成され、これら各断層像は画像メモリ３２に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、その断層像が表示されるようになっている。この場合、操作者は、表示器１８の画面に表示された各断層像を観察しながら、たとえば操作卓５８の操作によって、各断層像の断面を移動させたり回転させることによって変化する断面に応じた断層像を変更させて表示させることができるようになっている。

すなわち、前記操作卓５８からの操作に応じた信号は、制御部５０を介して表示断面算出手段５２Ａに入力され、この表示断面算出手段５２Ａによって、該操作卓５８の操作にともなって選定される断面の情報が算出されるようになっている。

この表示断面算出手段５２Ａによって算出された新たな断面の情報は前記任意断層像作成部３０に送出され、この任意断層像作成部３０にて、前記断面の断層像が作成される。この断層像は画像メモリ３２に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、その画面に断面が変化した断層像が表示されるようになっている。

さらに、前記リファレンスボリュームデータは、医療用画像信号装置１００から入力され、ボリュームデータ記憶部４０に記憶され、任意断層像作成部４２によって任意の断面の断層像が該ボリュームデータから作成されるようになっている。この任意の断面の断層像も、後の説明で明らかとなるが、たとえば直交三断面像からなる各断層像を含んで作成されるようになっている。

この任意断層像作成部４２には、最初の段階ではたとえば予め設定された断面の各断層像が作成され、これら各断層像は画像メモリ４４に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、各断層像が表示されるようになっている。この場合、操作者は、表示器１８の画面に表示された各断層像を観察しながら、たとえば操作卓５８の操作によって、該断層像の断面を移動させたり回転させることによって変化する断層像を表示させることができるようになっている。

すなわち、前記操作卓５８からの操作に応じた信号は、制御部５０を介して表示断面算出手段５２Ｂに入力され、この表示断面算出手段５２Ｂによって、該操作卓５８の操作にともなって選定される断面の情報が算出されるようになる。

この表示断面算出手段５２Ｂによって算出された新たな断面の情報は前記任意断層像作成部４２に送出され、この任意断層像作成部４２にて、前記断面の断層像が作成される。この断層像は画像メモリ４４に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、その画面に断面が変化した断層像が変更表示されるようになっている。

前記表示器１８の画面には、上述したように、少なくとも超音波ボリュームデータから得られた直交三断面像と、リファレンスボリュームデータから得られた直交三断面像とが表示され、これら互いに対応する断層像において、その断面を変化させることにより、それぞれの断層像の断面の一致を確認できる。このことは、超音波ボリュームデータの３次元像とリファレンスボリュームデータの３次元像との座標系の一致がとれることを意味する。

たとえば前記操作卓５８には釦が具備され、操作者が表示器１８の画面を通してそれぞれの断層像の断面の一致が確認できた場合、前記釦を押すことにより、その信号は制御部５０を介して位置合わせ手段５４に入力され、該位置合わせ手段５４を駆動させるようになっている。

この位置合わせ手段５４では、前記表示断面算出手段５２Aおよび表示断面算出手段５２Bにおける情報に基づいて、超音波ボリュームデータの座標系とリファレンスボリュームデータの座標系の一義的な関係づけがなされ、この関連づけをたとえばパラメータとして算出するようになっている。このパラメータは、例えば、操作卓５８の操作によって移動した直交三断面の断層像の移動量等に対応している。直交三断面の断層像の移動量とは、ＸＹ，ＹＺ，ＺＸ平面上のそれぞれの直交三断面像が移動することにより、表示断面算出手段５２Ａ及び表示断面算出手段５２Ｂで算出される直交三断面像の座標の移動量である。このパラメータは、超音波ボリュームデータにおいて任意の断面が特定された際に、これを用いることによって該断面と同一個所におけるリファレンスボリュームデータ上の断面を算出できるようになっている。そして、このパラメータを該位置合わせ手段５４内のメモリ５４ａに格納させるようになっている。

この後は、被検体２００の任意の部位において探触子１０を当接させ、この探触子１０を通して得られる断層像と、この断層像と同一の断面における断層像であって前記リファレンスボリュームデータから抽出された断層像とを前記表示器１８の画面に表示させることができる。

すなわち、前記探触子１０からの反射エコー信号は、前記送受信部１２、超音波像作成部１４を介することによって断層像データとして作成され、この断層像データは画像メモリ１６、合成部６０、表示器１８を介することによって断層像として表示される。

一方、前記探触子１０に具備された位置センサ２０からの信号は探触子座標算出手段５６に入力され、この探触子座標算出手段５６によって該探触子１０の位置情報が算出される。

探触子１０の前記位置情報は前記表示断面算出手段５２Ｂに入力され、この表示断面算出手段５２Ｂでは、前記探触子１０の位置情報に対応するスキャン面と同一の断面における断層像をボリュームデータ記憶部４０から抽出し任意断層像作成部４２によって作成するようになっている。

この場合、探触子１０の位置情報における三次元座標系は、前記ボリュームデータ構築部２６によって作成された超音波ボリュームデータの三次元座標系と同じである。このことは、前記パラメータを用いて、探触子１０の位置情報から、該探触子１０によって得られる断層像の断面と同一のリファレンスボリュームデータ上の断面を算出できることを意味する。

したがって、前記表示断面算出手段５２では、前記位置合わせ手段５４内のメモリ５４ａに格納された前記パラメータに基づいて、前記探触子１０の位置情報に対応するスキャン面と同一の断面におけるリファレンス像をボリュームデータ記憶部４０から抽出できるようになっている。

このボリュームデータ記憶部４０から抽出されたリファレンス像は画像メモリ４４に記憶され、さらに合成部６０を介して表示器１８に入力され、その画面に表示されるようになっている。

図３は、このように構成した超音波神殿装置の動作の一実施例を示したフロー図である。図３において、その左側は操作者（Ｕｓｅｒ）の動作を、右側は本装置側の動作を示している。

まず、操作者は当該被検体２００のリファレンスボリュームデータをロードする指令を送る（ステップＳ１）。これにより、本装置は医療用画像診断装置１００からリファレンスボリュームデータをボリュームデータ記憶部４０に読み込み（ステップＳ’１）、さらに、該リファレンスボリュームデータから直交三断面画像の各断層像を任意断層像作成部４２によって作成するとともに、該直交三断面像を表示器１８の画面に表示する（ステップＳ’２）。

この段階における直交三断面画像の各断層像は、前記任意断層像作成部４２によって、たとえば、予め設定された断面における断層像が作成され、表示器１８によって表示されるようになっている。後の操作によって直交三断面画像の各断層像の断面を移動させたり回転させることのできる最初の段階における直交三断面画像であるからである。

操作者は、被検体２００に当接させた探触子１０によって、超音波（ＵＳ）をスキャンさせ、該スキャンの面にたとえば直交する方向に該探触子１０を移動させることによって、関心領域に超音波を照射する（ステップＳ２）。

これにより、本装置は、超音波像作成部１４によって超音波画像（ＵＳ像）と該探触子１００の位置情報を探触子座標算出手段５６によって取得し（ステップＳ’３）、この位置情報をもとに前記探触子１０の移動の過程で得られる超音波の各スキャン面の断層像から超音波ボリュームデータをボリュームデータ構築部２６によって構築する（ステップＳ’４）。そして、該超音波ボリュームデータから任意断層像作成部３０によって各断層像を直交三断面画像として作成するとともに、表示器１８に表示する。

この段階における直交三断面画像の各断層像は、前記任意断層像作成部３０によって、たとえば、予め設定された断面における断層像が作成され、表示器１８によって表示されるようになっている。後の操作によって直交三断面画像の各断層像の断面を移動させたり回転させることのできる最初の段階における直交三断面画像であるからである。

なお、前記ステップＳ’４における超音波ボリュームデータの構築に関する詳細な説明は後に図４を用いて行う。

ここで、図１は、前記表示器１８における画像表示の一形態を示す図である。図１において、その上段部には前記リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断層像が、中段部には前記超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断層像が表示され、さらに、下段部には、前記リファレンスボリュームデータからの直交三断面像と前記超音波ボリュームデータからの直交三断面像とのそれぞれ対応する各断層像を重ね合わせた合成画像が表示されている。

さらに、詳述すれば、上段部における最左欄の部分にはリファレンスボリュームデータＶｃと、このリファレンスボリュームデータＶｃ内において互いに直交して表示された断面ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３とが表示されている。後述する各断層像のリファレンスボリュームデータＶｃ内における位置関係が明瞭となるための表示である。そして、前記リファレンスボリュームデータＶｃにおける前記断面ＣＴ１における断層像、前記断面ＣＴ２における断層像、前記断面ＣＴ３における断層像が、前記最左欄から右側の各欄にかけて並列されて順次表示されている。断面ＣＴ１における断層像、断面ＣＴ２における断層像、断面ＣＴ３における断層像のそれぞれには同一の血管ＶＳを含む臓器がそれぞれの断層個所に応じて表示されているとともに、中央にて交叉し縦横にそれぞれ走行する線ＬＮが表示されている。たとえば、断面ＣＴ１における断層像において前記各線ＬＮは、断面ＣＴ１に対する断面ＣＴ２との交線および断面ＣＴ３との交線を示している。各断面ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３における各断層像からそれらの位置関係を容易に把握できるようにするためである。

また、中段部においても、上段部と同様に、その最左欄の部分には超音波ボリュームデータＶｕと、この超音波ボリュームデータＶｕ内において互いに直交して表示された断面ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３とが表示されている。そして、前記超音波ボリュームデータＶｕにおける前記断面ＵＳ１における断層像、前記断面ＵＳ２における断層像、前記断面ＵＳ３における断層像が、前記最左欄から右側の各欄にかけて並列されて順次表示されている。また、断面ＵＳ１における断層像、断面ＵＳ２における断層像、断面ＵＳ３における断層像のそれぞれの中央にて交叉し縦横にそれぞれ走行する線ＮＬが表示されているのも上段部における表示と同様である。

このような表示は、リファレンスボリュームデータＶｃにおける断面ＣＴ１の断層像と超音波ボリュームデータＶｕにおける断面ＵＳ１の断層像、リファレンスボリュームデータＶｃにおける断面ＣＴ２の断層像と超音波ボリュームデータＶｕにおける断面ＵＳ２の断層像、リファレンスボリュームデータＶｃにおける断面ＣＴ３の断層像と超音波ボリュームデータＶｕにおける断面ＵＳ３の断層像はそれぞれ近接して配置され、それらを対比し易くなっている。

さらに、下段部においては、互いに対比すべく断面ＣＴ１における断層像と断面ＵＴ１における断層像とが完全に一致するか否かを判定できるこれらの各断層像の合成画像（ＣＴ１＋ＵＳ１）、互いに対比すべく断面ＣＴ２における断層像と断面ＵＴ２における断層像とが完全に一致するか否かを判定できるこれらの各断層像の合成画像（ＣＴ２＋ＵＳ２）、互いに対比すべく断面ＣＴ３における断層像と断面ＵＴ３における断層像とが完全に一致するか否かを判定できるこれらの各断層像の合成画像（ＣＴ３＋ＵＳ３）とが表示されるようになっている。

そして、各断層像は同一の拡大縮小スケールで表示されている。比較を容易にするためである。また、前記合成画像は、たとえば、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断層像および超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断層像をアルファブレンディング等で半透明カラー合成したものが採用され、あるいは、一方の断層像の輪廓を抽出し他方に重ね合わせたもの等が採用されるようになっている。合成画像を表示させているのは、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像と超音波ボリュームデータからの直交三断面像の位置ずれの程度を把握するのに好都合となるからである。

なお、表示器１８の表示面には、上述した画像表示の他に、同期、非同期、移動、回転等のボタンＢ１、Ｂ２が表示され、たとえば操作卓５８に具備されるマウスによって表示面上を移動するポインタによって操作させることができるようになっている。いずれもリファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断層像および超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断層像の一致を図るためのボタンとなっている。

また、RegistrationボタンＢ３も表示され、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断層像および超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断層像との一致が図れたと判断された場合に操作するボタンとなっている。すなわち、このRegistrationボタンＢ３は位置合わせ完了ボタンＢ３として機能するようになっている。この実施例において、該RegistrationボタンＢ３は表示器１８の画面に表示されたものとして備えられているが、他の実施例として前記操作卓５８上に直接設けられたものであってもよい。

図１では、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像と超音波ボリュームデータからの直交三断面像とがそれぞれにおいて全て一致されている場合を描画したものである。しかし、図３のステップＳ’２およびステップＳ’５において表示器１８に表示される際の当初の各直交三断面像はそれぞれ一致していないのが通常である。

このため、図３における説明に戻り、そのステップ３に示すように、操作者は、前記表示器１８の画面を通して直交三断面画像の各断層像の表示面を移動あるいは回転させるようにする。リファレンスボリュームデータから得られた直交三断面像と超音波ボリュームデータから得られた直交三断面像との一致を図らんとするためである。

直交三断面画像の各断層像の表示面の移動あるいは回転はたとえば操作卓５８に具備されるマウスの操作によって行うことができるようになっている。２次元画像上で表示面を前後方向（奥行き方向）に移動させることで断面の位置を切り換えることができ、また、該表示面を表示軸を中心にして回転させることで該断面を回転させることができる。

この場合、同期ボタンを設置しておき、この同期ボタンによって同期モードとし、一方の直交三断面像における表示面の移動あるいは回転を他方の直交三断面像における表示面の移動あるいは回転に同期させて変更できるようにしてもよい。

このような操作者によるマウス操作は、本装置側で、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の更新（ステップＳ’６）、および超音波ボリュームデータからの直交三断面像の更新（ステップＳ’７）がなされるとともに、合成画像の作成および表示がなされるようになる（ステップＳ’８）。

各直交三断面像の更新、合成画像の作成および表示は、操作者が表示器１８を通して、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断面図（リファレンス像）と超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断面図（ＵＳ像）とがそれぞれ同じ画像となったことの判断がなされる（ステップＳ４）まで続けられる。

そして、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像の各断面図（リファレンス像）と超音波ボリュームデータからの直交三断面像の各断面図（ＵＳ像）とがそれぞれ同じ画像となったことの判断がなされた場合、操作者は、位置合わせ完了ボタン（Registrationボタン）Ｂ３を押すことになる（ステップＳ５）。

この位置合わせ完了ボタンＢ３が押されると、本装置では、超音波ボリュームデータからの直交三断面像における表示パラメータ、すなわち、この時点で前記表示断面算出手段５２Ａによって算出されている表示パラメータが位置合わせパラメータとして前記位置合わせ手段５４のメモリ５４ａに記憶される（ステップＳ’９）。また、リファレンスボリュームデータからの直交三断面像における表示パラメータ、すなわち、この時点で前記表示断面算出手段５２Ｂによって算出されている表示パラメータが位置合わせパラメータとして前記位置合わせ手段５４のメモリ５４ａに記憶される（ステップＳ’９）。

なお、前記ステップＳ’９、Ｓ’１０における各位置合わせパラメータ（表示パラメータ）に関する詳細な説明は図５を用いて後述する。

ここで、前記表示パラメータは、直交三断面像の各断面図の交点、向きを示し、具体的には、次の行列式（１）で表現される。

[ ｒ１１ ｒ１２ ｒ１３ ｘ
ｒ２１ ｒ２２ ｒ２３ ｙ
ｒ３１ ｒ３２ ｒ３３ ｚ
０ ０ ０ １ ] ……（１）
この行列式（１）にあって、ｘ、ｙ、ｚは直交三断面像の各断面図の交点の座標を表すパラメータであり、ｒ１１〜ｒ３３は直交三断面像の各断面図の向きを表すパラメータである。

超音波ボリュームデータを取得してから、現在までの間、被検体２００の体位に変化はないものとすると、該超音波ボリュームデータの座標系は、現在における被検体２００の座標系とみなして考えることができる。

このため、現在における被検体の探触子１０から得られる座標系はリファレンスボリュームデータの座標系との関係が付けられたことになる。該リファレンスボリュームデータからの直交三断面像と超音波ボリュームデータからの直交三断面像との一致が図られ、それらの座標系が一致づけられているからである。

したがって、その後は、探触子１０によって超音波断層像を得る場合において、その超音波断層像と同じ断層面におけるリファレンス像を、該断層面に対応する前記表示パラメータに基づいてリファレンスボリュームデータから作成することができ、このリファレンス像を表示器１８に表示するようにする（ステップＳ’１１）。

図４は、図３に示すステップＳ’４において、探触子１０の位置センサ２０からの位置情報を基に順次得られる各断層像（スライス像）から超音波ボリュームデータを構築する過程を示す説明図で、この超音波ボリュームデータの構築は、図２に示すボリュームデータ構築部６によってなされるようになっている。

図４（ａ）は、被検体２００とともに、ソースの座標系ＳＯ、探触子の座標系ＰＲ、及び超音波ボリュームデータの座標系ＵＶを示している。ソースの座標系ＳＯ、探触子の座標系ＰＲに関する情報は探触子座標算出手段５６を介し、各断層像（スライス像）の情報は超音波像作成部１４を介して、それぞれ、ボリュームデータ構築部６に入力されるようになっている。

図４（ｂ）には前記超音波ボリュームデータの座標系ＵＶと比較すべくリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶを示している。

超音波ボリュームデータは、その座標系ＵＶと探触子１０の座標系ＰＲとの変換行列ＵＶ２ＰＲを用いて、次式（２）により構築する。

（ｘ＿ｖｏｌ，ｙ＿ｖｏｌ，ｚ＿ｖｏｌ）
＝ＵＶ２ＰＲ・（ｘ＿２Ｄ，ｙ＿２Ｄ，０） …… （２）
ここで、（ｘ＿ｖｏｌ，ｙ＿ｖｏｌ，ｚ＿ｖｏｌ）は超音波ボリューム上の座標、ｘ＿２Ｄ，ｙ＿２Ｄは探触子１０によって作成される断層像（スライス像）上の座標である。

そして、変換行列ＵＶ２ＰＲは次式（３）で表される。

ＵＶ２ＰＲ＝ＵＶ２ＳＯ・ＳＯ２ＰＲ
＝（ＳＯ２ＵＶ）＾−１・ＳＯ２ＰＲ …… （３）
ＳＯ２ＰＲは、ソース２２の座標系ＳＯから探触子１０の座標系ＰＲまでの変換行列を表し、ソース２２および該探触子１０に貼り付けられて配置される位置センサ２０からの出力によって、前記探触子座標算出手段５６によって算出されるようになっている。

また、ＳＯ２ＵＶは、ソースの座標系ＳＯから超音波ボリュームデータの座標系ＵＶまでの変換行列を表し、超音波ボリュームデータの座標系ＵＶを移動を開始した時点での探触子１０の位置で定義することにより、前記探触子１０の移動を開始した時点での前記位置センサ２０からの出力によって、前記探触子座標算出手段５６によって算出されるようになっている。

したがって、上述した演算を行うことにより、上述した座標情報が付された超音波ボリュームデータを構築することができるようになる。

図５（ａ）は、図４に説明したようにして作成された超音波ボリュームデータの座標系ＵＶと超音波断層像の座標系ＵＰを示しており、それらは互いに関係づけられ、たとえば、超音波ボリュームデータの座標系ＵＶから超音波断層像（ＵＳ像）の座標系ＵＰへの変換は変換行列ＵＶ２ＵＰを用いて行うことができるようになっている。

この変換行列ＵＶ２ＵＰは、図３に示すステップＳ’９で算出される位置合わせパラメータに対応するものである。そして、この変換行列ＵＶ２ＵＰである位置合わせパラメータは、図２における説明において、表示断面算出手段５２Ａで算出されるようになっており、その後に、位置合わせ手段５４のメモリ５４ａに格納されることは上述したとおりである。

そして、図５（ａ）と図５（ｂ）にあっては、超音波断層像の座標系ＵＰとリファレンス像の座標系ＣＰとの一致が図られた場合に、超音波ボリュームデータの座標系ＵＶとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶは、それらの間に一定の関係づけができるようようになっている。

すなわち、超音波ボリュームデータの座標系ＵＶとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶとの関係は次式（４）に示す変換行列ＵＶ２ＣＶで表現することができる。

ＵＶ２ＣＶ＝ＵＶ２ＵＰ・ＵＰ２ＣＰ・ＣＰ２ＣＶ …… （４）
ここで、超音波断層像の座標系ＵＰとリファレンス像の座標系ＣＰは、表示器１８の画面を通してそれぞの直交三断面像の一致を図ることにより（RegistrationボタンＢ３の操作で確定）、互いに一致することになり、前記ＵＰ２ＣＰ＝１となる。

したがって、前記式（４）は、次式（５）に示すように簡単に表現することができる。

ＵＶ２ＣＶ＝ＵＶ２ＵＰ・ＣＰ２ＣＶ
＝ＵＶ２ＵＰ・（ＣＶ２ＣＰ）＾−１ …… （５）
このことから、前記位置合わせパラメータＵＶ２ＵＰ、ＣＶ２ＣＰを用いることにより、超音波ボリュームデータの座標系ＵＶとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶとの一義的な関係を表現できる。

この超音波ボリュームデータの座標系ＵＶとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶとの関係は、図２に示す位置合わせ手段５４において、そのメモリ５４ａに格納された変換行列ＵＶ２ＵＰおよび変換行列ＣＶ２ＣＰからなる各位置合わせパラメータに基づいて演算されるようになっている。

そして、このように超音波ボリュームデータの座標系ＵＶとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶとが互いに関係づけられた後（RegistrationボタンＢ３の操作後）は、前記探触子１０の座標系ＰＲとリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶとの変換行列ＰＲ２ＣＶが算出される。

この算出は、図２に示す表示断面算出手段５２ｂによってなされ、その算出式は次式（６）で示される。なお、該表示断面算出手段５２ｂには、探触子座標算出手段５６からの探触子１９の位置情報および位置合わせ手段５４のメモリ５４ａに格納されている前記各位置合わせパラメータの情報が入力され、これらの情報に基づいて演算がなされるようになっている。

ＰＲ２ＣＶ＝ＰＲ２ＵＶ・ＵＶ２ＣＶ
＝（ＵＶ２ＰＲ）＾−１・ＵＶ２ＣＶ …… （６）
さらに、前述した（３）および（５）式を用いて、前記ＰＲ２ＣＶは具体的に算出される。

そして、次式（７）により、探触子１０の位置情報に応じた断面のリファレンス像をリファレンスボリュームデータから作成できる。

（ｘ＿plane、ｙ＿plane、０）
＝ＰＲ２ＣＶ・（ｘ＿vol、ｙ＿vol、ｚ＿vol） …… （７）
すなわち、図２に示す表示断面算出手段５２Ｂは、探触子座標算出手段５６から探触子１９の位置情報を入力し、この位置情報に応じた断面に相当する情報を算出し、この情報を任意断層像作成部４２に送出するようになっている。そして、該任意断層像作成部４２では、ボリュームデータ記憶部４０におけるリファレンスボリュームデータから前記断面に対応するリファレンス像を作成し、このリファレンス像は、画像メモリ４４、合成部６０を介して、表示器１８の画面に表示されるようになる。

以上説明したことから明らかとなるように、本発明による超音波診断装置によれば、まず、リファレンスボリュームデータに対する超音波ボリュームデータの位置合わせをそれぞれ対応する直交三断面像の各断層像の比較によって行っている。

すなわち、図６（ａ）は、探触子１０をある位置（ｘ，ｙ，ｚ）から他の位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に移動させることにより作成される被検体の超音波ボリュームデータＶｕを示し、図６（ｂ）は、該被検体のリファレンスボリュームデータＶｃを示している。

これら超音波ボリュームデータＶｕによる直交三断面像とリファレンスボリュームデータＶｃによる直交三断面像のそれぞれ対応する断層像の比較による一致は、ソース２２に対する超音波ボリュームデータＶｕの座標系ＵＶ（被検体の座標系）とリファレンスボリュームデータの座標系ＣＶの一致を意味し、この関係付けをその後の探触子１０の操作においても維持させるようにしている。

このため、図６（ａ）に示すように、任意の位置にある探触子（図中１０’で示す）のスキャン面ＳＦに対応する位置座標は該探触子１０’に具備された位置センサ２０によって検知され、該スキャン面ＳＦに対応するリファレンスボリュームデータＶｃのスキャン面ＳＦ’におけるリファレンス像を該ボリュームデータＶｃから作成することができる。この場合、前記探触子１０’がたとえ必要以上に傾いていたとしても、その状態で形成されるスキャン面ＳＦに応じたリファレンスボリュームデータＶｃのスキャン面ＳＦ’におけるリファレンス像を得ることができる。

したがって、探触子１０の位置に応じて表示される超音波断層像のスキャン面に一致するリファレンス像を得ることができ、そのリファレンス像にずれが生じるのを回避できる。

なお、上述した実施例では、超音波ボリュームデータおよびリファレンスボリュームデータのそれぞれから直交三断面図を作成し、それら各対応する断層像との一致をとるように図ったものである。しかし、必ずしも直交三断面像に限定されることはなく、一の断面とこの一の断面に交叉する他の直交断面からなる断層像を作成し、これら各対応する断層像との一致をとるように図るようにしてもよい。このようにした場合であっても、従来の比較して、探触子１０の位置に応じて表示される超音波断層像のスキャン面に対するリファレンス像のずれを回避できる効果を奏するからである。

また、上述した実施例では、超音波ボリームデータによる断層像とリファレンスボリュームデータによる断層像との位置合わせの操作は、それらが表示された表示器１８の画面を目視する操作者が行ったものである。しかし、これらの操作を自動的に行うように構成するようにしてもよい。

図７は、このように構成した超音波診断装置であり、本発明による超音波診断装置の他の実施例を示す概略ブロック図である。図２に示す構成部材と同符号の構成部材は同一の構成および機能を有する。

以下、図２と比較して新たに付加されている構成部材を主として説明する。

まず、超音波ボリュームデータが格納されるボリュームデータ記憶部２８からの該ボリュームデータは血管抽出部６３に入力されるようになっている。

この場合、前記ボリュームデータ記憶部２８に格納させるボリュームデータは、その血管部に色が付されているいわゆるカラーマッピング画像を前記超音波像作成部１４によって作成し、ボリュームデータ構築部２６を介して構築することが好ましい。該ボリュームデータの血管部には色が付されており、前記血管抽出部６３において血管部のみを抽出することが容易となるからである。しかし、この手法に限定されることはなく、リージョングローイング法を採用して血管部を抽出するようにしてもよい。なお、リージョングローイング法とは、操作者が指定したスタートポイントの近傍ピクセルが指定した条件を満たすかどうかをチェックして、満たしていればその近傍ピクセルが同じ領域に属すると判断し、これを繰り返して目的とする領域全体を抽出する方法である。また、この血管抽出部６３では、抽出された血管部を細線化（骨格構造化）する処理もなされるようになっている。後述するリファレンスボリュームデータから抽出した血管部も細線化し、これら細線化された各血管部を比較することが容易となるからである。

そして、血管抽出部６３によって細線化された血管部を有するボリュームデータは血管一致付け処理部６２に入力されるようになっている。

一方、リファレンスボリュームデータが格納されるボリュームデータ記憶部４０からの該ボリュームデータは血管抽出部６１に入力されるようになっている。

この血管抽出部６１では、たとえばリージョングローイング法を採用して該ボリュームデータから血管部のみを抽出するようになっている。そして、前述した血管抽出部６３と同様に、抽出された血管部を細線化する処理もなされるようになっている。

そして、血管抽出部６１によって細線化された血管部を有するボリュームデータは前記血管一致付け処理部６２に入力されるようになっている。

この血管一致付け処理部６２では、超音波ボリュームデータにおける細線化された血管部とリファレンスボリュームデータにおける細線化された血管部との重ね合わせによる一致付けの処理がなされるようになっている。

すなわち、たとえば図８に示すように、超音波ボリュームデータＵＶＤにおける血管部８０とリファレンスボリュームデータＲＶＤにおける血管部８２とを、それらの同一個所の一致をとることにより、概念上において、互いに重ね合わせる処理が自動的になされるようになっている。換言すれば、各血管部の分岐点どうしが対応するようにして座標系の原点を合わせ、さらに血管部の走行の向きが対向するようにして座標系の向きを、たとえば角度パラメータを振っていって、各血管部の位置の差の絶対値の和が最小となる角度を特定することによって調整する。

そして、このように各血管部８０、８２との重ね合わせがなされた後において、各座標関連演算部６４によって超音波ボリュームデータＵＶＤの座標系とリファレンスボリュームデータＲＶＤの座標系との関連を演算によって自動的に導きだすようになっている。たとえば図８の場合、同図における空間に対して超音波ボリュームデータＵＶＤの座標系はＸ’−Ｙ’−Ｚ’で表すことができ、リファレンスボリュームデータＲＶＤの座標系はＸ−Ｙ−Ｚで表すことができる。そして、これら各座標系の関連は、位置合わせパラメータとして表すことができる。この位置合わせパラメータは、たとえば超音波ボリュームデータＵＶＤの座標系Ｘ’−Ｙ’−Ｚ’に対し、該位置合わせパラメータを作用（たとえば乗算）させることにより、リファレンスボリュームデータＲＶＤの座標系Ｘ−Ｙ−Ｚが演算ができるという関係として表せるものである。

このように、各座標関連演算部６４によって演算された前記位置合わせパラメータは、位置合わせ手段５４のメモリに格納され、その後において、探触子１０を操作することにより得られる超音波断層像におけるスキャン面と同一の面におけるリファレンス像を前記リファレンスボリュームデータから作成する際に用いられるようになる。

なお、図７に示した超音波診断装置において、被検体２００のリファレンスボリュームデータと超音波ボリュームデータの座標系の関係づけは、それぞれの同一血管部の一致づけに基づいて行ったものである。しかし、血管部に限定されることはなく、臓器等の他の同一特徴部の一致づけに基づいて行うようにしてもよい。このようにした場合でも同様の効果が得られるからである。

上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。

本発明による超音波診断装置の表示器における画像表示の一形態を示す説明図である。 本発明による超音波診断装置の一実施例を示す概略ブロック図である。 本発明による超音波診断装置の動作の一実施例を示すフロー図である。 本発明による超音波診断装置における超音波ボリュームデータの構築に関する一実施例を示す説明図である。 本発明による超音波診断装置の一実施例において用いられる表示パラメータ（位置合わせパラメータ）に関する説明図である。 本発明による超音波診断装置の効果を示す説明図である。 本発明による超音波診断装置の他の実施例を示す概略ブロック図である。 図７に示した超音波診断装置における動作の一つを概念的に示す説明図である。

符号の説明

Ｂ３……位置合わせ完了ボタン（Registrationボタン）、Ｖｃ……リファレンスボリュームデータ、Ｖｕ……超音波ボリュームデータ、ＶＳ……血管、ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３……断面、１０……探触子、１２……送受信部、１４……超音波像作成部、１６、３２、４４……画像メモリ、２０……位置センサ、２２……ソース、２６……ボリュームデータ構築部、２８、４０……ボリュームデータ記憶部、３０、４２……任意断層像作成部、５２Ａ、５２Ｂ……表示断面算出手段、５４……位置合わせ手段、５４ａ……メモリ、５６……探触子座標算出手段、１８……表示器、５０……制御部、５８……操作卓、６０……合成部、６１、６３……血管抽出部、６２……血管一致付け処理部、６４……各座標関連演算部、１００……医療用画像診断装置。

Claims (2)

1. 被検体の超音波断層像と該被検体のリファレンスボリュームデータから前記超音波断層像に対応するリファレンス像を作成し、表示する超音波診断装置であって、
   探触子から得られる信号から前記被検体の超音波ボリュームデータを作成する手段と、
   前記リファレンスボリュームデータと前記超音波ボリュームデータの少なくとも２つの直交断面における断層像に基づいてそれぞれのボリュームデータの座標系の関係づけを行う手段と、
   前記関係づけられた座標系に基づいて、前記探触子の位置に応じた断面の前記リファレンス像を表示させる手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体の超音波断層像と該被検体のリファレンスボリュームデータから前記超音波断層像に対応するリファレンス像を作成し、表示する超音波診断装置であって、
   探触子から得られる信号から前記被検体の超音波ボリュームデータを作成する手段と、
   前記リファレンスボリュームデータと前記超音波ボリュームデータのそれぞれの同一特徴部の一致づけに基づいてそれぞれのボリュームデータの座標系の関係づけを行う手段と、
   前記関係づけられた座標系に基づいて、前記探触子の位置に応じた断面の前記リファレンス像を表示させる手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
   

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