JP2010279486A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察すべき部位を見落とすことなく適切に撮影することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被診断画像のモデル画像ＭＩを準備しておく。超音波プローブによって被診断器官の各部の撮影と並行してその撮影時間を被診断器官の部分ごとに累積し、その累積値に応じてモデル画像ＭＩの各部を色分けして、プローブ像ＰＩの現在位置とともにカラーディスプレイ上に表示する。このディスプレイ上には超音波プローブで現在撮影された超音波像も表示される。診断者は当該器官の各部分の撮影履歴を色の相違によって視覚的に知ることが可能であるため、超音波によって観察すべき部位を見落とすことなく適切に撮影を行うことができる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、医療などに用いられる超音波診断装置に関するもので、特に、観察すべき部位の見落しを防止するための技術に関する。

超音波診断は、超音波の送受信を行なうプローブを体表から当てるだけの簡単な操作で胎児診断や心臓の拍動といった臓器の動きをリアルタイムで表示することができる。また、放射線被爆がなく任意の断層面を容易に観察できることから、繰り返し検査が行える有効な検査方法である。そして、この超音波診断において用いられる超音波診断装置は、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さいという特徴がある。また、小型なものは片手で持ち運べる程度の小さな超音波診断装置が開発されており、そのような装置は、ベッドサイドへ移動して容易に検査を行うこともできる簡便な診断装置となっている。

ところで、超音波撮影に際しては、超音波プローブを操作して撮影をする者（典型的には医師）の技術により情報量や診断能に差が生じる。すなわち、超音波撮影が撮影者の手技スキルに大きく依存することになる。これに対応するために、所定の参照位置から撮影した超音波画像を参照画像として擬似的に生成し、その参照画像と実際の撮影画像と並べて表示するとともに、参照位置からの撮影が可能となるように、プローブの移動方向をナビゲートする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＣＴボリュームデータと超音波画像を同一断面で表示させる方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ここでは、ＣＴの任意断面の位置を示すマークがＣＴの３次元画像上にリアルタイムで表示されるので、超音波像の立体ボディマークとして使用することができる。

特開２００４−１６２６８号公報

日立メディコ Real-time VirtualSonography (http://www.hitachi-medical.co.jp/info/contrast/realtime_virtual.htm)

ところで、超音波撮影では、検査対象器官の全体を一度には撮影できない場合がほとんどであるため、プローブを移動させつつ検査対象器官の必要箇所を順次に観察する必要がある。しかしながら、既にどの部分を観察したか、あるいはどの部分が観察されていないかといった履歴は撮影者の記憶に頼っているため、熟練した撮影者であっても、観察すべき部位をすべて見渡したつもりでも実は見落としているという場合が頻繁に起こりうる。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、観察すべき部位を見落とすことなく適切に撮影す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している。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１の発明は、被検体に対して超音波の送受信を行う超音波プローブを有する超音波診断装置であって、前記被検体の所定の器官についてのモデル画像のデータを保持するモデル画像データ保持手段と、前記超音波プローブを用いた前記被検体の撮影の際に、前記被検体における前記器官と前記超音波プローブとの空間的関係を決定する空間的関係決定手段と、前記空間的関係に基づいて、前記器官のどの部分が超音波の照射領域と重なっているかを特定する照射領域特定手段と、前記器官の各部と前記照射領域とが重なっている時間に応じた値を累算し、前記モデル画像の各部についての撮影累算値として記憶する累算手段と、前記撮影累算値に応じた視覚的情報を前記モデル画像の各部に付与した修飾モデル画像を生成する画像修飾手段と、前記超音波プローブを用いて得た前記被検体の超音波像と前記修正モデル画像とを表示手段に表示させる表示制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の超音波診断装置であって、前記空間的関係決定手段が、前記超音波プローブの位置と姿勢とをプローブ情報として検出する検出手段と、前記プローブ情報と予め与えられた前記器官の標準的体内位置の情報とに基づいて、前記器官と前記超音波プローブとの前記空間的関係を決定する手段と、を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置であって、前記モデル画像修飾手段が、前記器官の各部の前記撮影累算値に応じた色で前記モデル画像の各部の色を定め、それによって前記修飾モデル画像を生成することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波診断装置であって、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の前記表示制御手段が、前記超音波プローブが前記器官に対してどのような空間的関係で超音波を照射しているかを示す視覚的情報を、前記修飾モデル画像とともに前記表示手段に表示させることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置であって、前記超音波プローブの受信信号に基づいて前記器官の所定の第１の特徴点の位置を検出する手段と、前記器官における前記第１特徴点の位置と、前記第１特徴点に対応する前記モデル画像の第２の特徴点との位置ズレ量を特定し、当該位置ズレ量に応じて、前記モデル画像の各部と前記累算値との対応関係を修正する対応関係補正手段と、をさらに備え、前記モデル画像修飾手段が、前記修飾モデル画像における修飾位置を、修正後の前記対応関係に基づいて修正することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置であって、前記撮影履歴累算手段が、前記器官の各部と前記照射領域とが重なっている時間に応じた値を累算して前記撮影累算値とすることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置であって、前記モデル画像の各部と前記照射領域との重なりは、前記超音波プローブから照射された超音波の伝播方向と前記モデル画像の表面各部の法線方向とのなす角度に応じて重み付けがなされた値として、前記撮影累算値に反映されることを特徴とする。

請求項１〜６の発明によると、撮影履歴に応じて検査対象器官のモデル画像の各部を視覚的に修飾して表示することによって、撮影者は当該器官の各部分の撮影履歴を視覚的に知ることが可能である。このため、観察すべき部位を見落とすことなく適切に撮影を行うことができる。

特に請求項２の発明では、検査対象器官と超音波プローブとの空間的関係が、検査対象器官の標準的体内位置の情報を用いて決定されるため、被検体（検査対象者または検査対象動物）のどの位置に検査対象器官があるかについて毎回、撮影者が指定する必要がない。

特に請求項３の発明では、撮影履歴に応じた色付け修飾がなされた修飾モデル画像を表示することにより、直感的に撮影履歴を理解可能である。

特に請求項４の発明では、超音波プローブが検査対象器官に対してどのような空間的関係で超音波を照射しているかを示す視覚的情報が修飾モデル画像とともに表示されることにより、まだ観察されていない部分への超音波プローブの移動方向などを容易に知ることができる。

特に請求項５の発明では、検査対象器官の特徴部位の位置とモデル画像の対応特徴点との位置ズレ量を特定し、当該位置ズレ量に応じて修飾位置を変化させた修飾モデル画像を表示することによって、被検体の検査対象器官があらかじめ予想されている体内位置から離れて存在している場合でも、正確な修飾モデル画像を生成できる。

特に請求項６の発明では、モデル画像の各部と超音波の照射領域との重なり時間に応じて撮影累算値が得られることにより、直感的に最も理解しやすい単位で撮影履歴を把握できる。

特に請求項７の発明では、モデル画像の各部と超音波の照射領域との重なりは、超音波プローブから照射された超音波の伝播方向とモデル画像の表面各部の法線方向とのなす角度に応じて重み付けがなされた値として撮影累算値に反映されることにより、超音波が照射された領域のうちで、超音波が面直に照射されて鮮明に超音波撮影がなされた部分と、そうでない部分との区別が可能である。

この発明の実施形態である超音波診断装置を用いて診断を行っている状況の概略外見図である。 実施形態の超音波診断装置のハードウエア構成の要部を示す図である。 実施形態の超音波診断装置の機能ブロック図である。 実施形態の超音波診断装置を用いた超音波診断の手順と装置動作を示すフローチャートである。 被診断器官が頸動脈である場合についてのモデル画像の説明図である。 被診断器官のうちその時点で超音波プローブが撮影している部分を特定する原理の説明図である。 モデル画像を内包する３次元直方体のボクセル群を示す図である。 超音波の伝播方向とモデル画像の法線方向との角度関係に基づく重み付けを示す図である。 図４のステップＳ５の前半部の詳細な内容を示すフローチャートである。 図４のステップＳ５の後半部の詳細な内容を示すフローチャートである。 主ディスプレイにおけるガイド画像と超音波像との並列表示を例示する図である。 ガイド画像の拡大図である。 モデル画像の再位置あわせ処理を示すフローチャートである。 モデル画像の再位置あわせの表示内容を例示する図である。

＜用語の定義＞
この発明における「器官」の用語は、被検体としての人体または動物自身の器官だけではなく、母体の子宮内の胎児の診断を行う場合には、母体を被検体と見たときの胎児の身体全体のほか、当該胎児の個別の器官も包含する概念の用語として使用する。

＜実施形態の装置構成＞
図１はこの発明の実施形態である超音波診断装置１を用いて診断を行っている状況の概略外見図であり、図２は超音波診断装置１のハードウエア構成の要部を示す図である。図１において、この超音波診断装置１は本体１００と超音波プローブ１０とを備えている。超音波プローブ１０には超音波の送受信部１１（図２）が内蔵されており、超音波プローブ１０は可撓性ケーブルによって本体１００内の情報処理装置１０１に接続されていることによって、超音波像の基礎となる検出信号ＳＵを情報処理装置１０１に与える。情報処理装置１０１は、演算部１１１および記憶部１１２を備えたコンピュータによって構成されており、後述するような種々の演算や制御のほか、データの記憶を行う。

図１の本体１００の上にはまた、超音波プローブ１０から得られる超音波像のほか、後述するモデル画像を含んだガイド画像を表示可能なカラーディスプレイで構成された主ディスプレイ２１が設けられている。これとは別に、本体１００の前面側には、被検者Ｐに対して超音波画像診断を行う診断者Ｄ（医師など）が超音波診断装置１に操作命令を入力する操作盤２３と、その操作に関するメニューや装置１のステータスを表示する副ディスプレイ２２とが設置されている。

本体１００にはさらに、診断者Ｄによる超音波プローブ１０の操作空間を撮影可能な３次元カメラ（ステレオカメラ）２４が自在アーム２４ａによって、その位置および姿勢を変更可能に取り付けられている。３次元カメラ２４は超音波プローブ１０の３次元画像を撮影することによって超音波プローブ１０の３次元的な位置を検出可能であって、その検出信号ＳＰ（図２）は本体１００内の情報処理装置１０１に取り込まれる。また、超音波プローブ１０には姿勢センサ２５（図２）が組み込まれている。姿勢センサ２５は、超音波プローブ１０の姿勢、具体的には鉛直線に対する超音波の送受信面１２の法線方向ＤＮの傾斜角を検出し、それによって得られた姿勢信号ＳＡを情報処理装置１０１に与える。もっとも、３次元カメラ２４は、超音波プローブ１０の位置だけでなく姿勢（３次元的な方向）をも特定できる機能を持つため、姿勢センサ２５を設けずに３次元カメラ２４だけで超音波プローブ１０の３次元的な位置および姿勢を検出することも可能であり、その場合には、超音波プローブ１０として（姿勢センサ２５を設けていない）通常の構成のものを利用することができる。

図３は、超音波診断装置１の機能ブロック図である。図示されている各要素のうち、情報処理装置１０１によって実現される各機能は、それにインストールされているプログラムを実行することによって実現される。これらの各要素の機能については、超音波診断装置１の動作フローの説明の後に要約して説明する。

＜処理フロー＞
この超音波診断装置１は、診断対象の器官（被診断器官）に対応する３次元モデル画像をあらかじめ準備しておき、被診断器官の各部を超音波プローブ１０で順次に撮影してゆくにあたって、被診断器官の各部の撮影履歴に応じてモデル画像の対応部分を色分けしてグラフィカルに表示し、超音波による撮影履歴を診断者Ｄが直感的に把握できるように構成されている。

以下、この超音波診断装置１を用いた超音波診断の手順と超音波診断装置１の動作について、図４のフローチャートに沿って説明する。

＜モデル画像の準備と座標変換パラメータの特定＞
この超音波診断装置１によって診断を行う前に、被診断器官としての頸動脈の３次元モデル画像を表現したデジタルデータ（モデル画像データ）を準備し、そのデータを記憶部１１２に記憶させておく（図４：ステップＳ１）。

図５は、頸動脈についてのモデル画像の説明図である。人体の頸動脈は左右に存在するが、左右それぞれの総頚動脈ＣＣＡは内頸動脈ＩＣＡと外頸動脈ＥＣＡとに分岐している。この分岐部付近を含んだ範囲（図５の破線範囲）の頸動脈の形状を表現する３次元モデル画像ＭＩをあらかじめ準備しておく。モデル画像ＭＩは、一般的な解剖学の知見に基づいて３次元ＣＧを用いて作成してもよく、被検者Ｐ自身の頸部をＣＴなどによって３次元計測して得たデータ（つまり実測データ）から作成してもよい。

３次元ＣＧを用いる場合には、頸動脈のみならず、超音波診断の対象となることが多い人体の各器官（たとえば、心臓、乳腺、胆道など）について、それぞれの３次元モデル画像をあらかじめ作成して記憶部１１２に記憶させておくことが好ましい。その場合には、診断者Ｄがその時点で診断対象となる器官名を操作盤２３の操作によって選択することによって、記憶部１１２に記憶されている複数の器官のモデル画像から、その特定の器官のモデル画像を呼び出す。また、医療機関のサーバ上に各器官のモデル画像をデータベース化して蓄積しておけば、院内ＬＡＮなどを用いて呼び出すことも可能である。さらに、インターネット経由でそのデータベースにアクセスしてモデル画像を取り込むように構成すれば、ポータブルな超音波診断装置を院外に持ち出して検査をする場合でも、モデル画像を得ることができる。

次に、実際の超音波診断を開始する前に、超音波プローブ１０の位置と、頸動脈のモデル画像ＭＩの位置との３次元的な位置合わせを行う（図４：ステップＳ２）。すなわち、撮影履歴を知るためには、超音波プローブ１０から出射した超音波が被診断器官のどの部分に照射されているかを知る必要があるが、そのためには、超音波プローブ１０の位置と被診断器官（頸動脈）の位置との３次元的な空間位置および方向の対応付けをしておく必要があるため、このステップＳ２でそれを行うわけである。

この実施形態の場合、この対応付けは、
(1) 第１の関係： ３次元カメラ２４に固定された座標系（カメラ座標系）で観測される超音波プローブ１０と被検者Ｐの身体との間の、相対的な位置および方向、の関係、
(2) 第２の関係：被検者Ｐの身体に固定された座標系（身体座標系）から見た被診断器官の３次元的な位置および方向、
を特定し、それら２つの関係をつなぐことによって超音波プローブ１０と被診断器官との空間的関係を３次元で特定できるようになる。

まず第１の関係は、３次元カメラ２４を用いることによって知ることができる。すなわち、３次元カメラ２４の視野内に被検者Ｐの頭頸部と超音波プローブ１０との双方が同時に入るように３次元カメラ２４の設置位置と方向とを調整しておけば、超音波プローブ１０と身体座標系との関係を検出できる。被検者Ｐの頭頸部の３次元位置の特定は、たとえば被検者Ｐの頭頸部の特定の３箇所を特徴部位として捕捉するか、あるいは被検者Ｐの身体の３箇所にマーカに相当するパッチを貼付してそれを３次元的に検出することによって可能である。超音波プローブ１０についても同様に、プローブの外形上の幾何学的な特徴部位３点、または３箇所に貼り付けたマーカを３次元カメラ２４で検出することによって特定される。

第２の関係については、この実施形態では、頸動脈が頭頸部内のどの位置に存在するかという解剖学的知識に基づいて、標準的な３次元位置の情報を記憶部１１２にあらかじめ記憶させておき、その標準的な３次元位置を初期値として与える。この３次元位置については、被検者Ｐの体表観察などに基づいて、診断者Ｄが操作盤２３を用いて任意に変更可能に構成することもできる。また、後述するように、この超音波診断装置１では、被診断器官の幾何学的な特徴部位を超音波画像から自動検出することにより、自動的に頸動脈の位置情報を修正できるように構成されており、これによって、標準的な器官位置情報だけに頼らずに、個人差を加味した高精度の診断が可能になっている。

上記の第１と第２の関係を特定する情報を得ることによって、超音波プローブ１０の位置および方向（姿勢）を３次元カメラ２４や姿勢センサ２５で検出すると、その検出結果に基づいて、超音波プローブ１０が頸動脈のどの方向のどの位置から、どの方向に向かって超音波を照射しているかを演算部１１１が計算できる状態になる。より具体的には、演算部１１１の事前の演算によって、３次元カメラ２４で特定された超音波プローブ１０の位置および方向を頸動脈に固定された座標系（器官座標系）に変換するための座標変換パラメータが上記の第１と第２の関係から求められ、その座標変換パラメータが記憶部１１２に記憶される。この座標変換パラメータを用いることによって、超音波プローブ１０の３次元的な位置および方向（以下、単に「プローブ位置」と言う）が３次元カメラ２４や姿勢センサ２５を用いて検出される都度、被診断器官に対するプローブ位置を計算できる。

＜撮影の開始とモデル画像の超音波照射領域の特定＞
以上の準備の後に、実際の超音波撮影に相当する図４のステップＳ３以後が実行される。後に詳述するが、図１１に示すように、超音波による撮影診断中の主ディスプレイ２１には、その時点での超音波像ＵＩのほか、ガイド画像ＧＩがあわせて表示される。ガイド画像ＧＩは、モデル画像ＭＩの各部を撮影履歴に応じて着色したもの（修飾モデル画像）を含んでいる。まず、図４のステップＳ３では、超音波プローブ１０からの超音波受信信号に基づいて超音波被画像を取得する。またステップＳ４において診断器官（頸動脈）のうちその時点で超音波プローブ１０が撮影している部分がどこであるかを特定する。図６は、その原理を説明するための図であり、超音波プローブ１０から照射した超音波の伝播領域ＡＵと、モデル画像ＭＩとの３次元的関係が示されている。モデル画像ＭＩと超音波の伝播領域ＡＵと交差する部分（重なっている部分）が図６中では破線で示されており、この部分が構造境界として現れているような超音波断面像が取得されて主ディスプレイ２１に表示される。超音波の伝播領域ＡＵは、超音波プローブ１０の送受信面１２の法線方向ＤＮを含み、送受信面１２の長手方向に幅を持つ面領域である。この関係を定量的に扱う目的で、図７に示すようにモデル画像ＭＩを内包する３次元直方体が想定され、それらを３次元マトリクス分割したボクセル群ＢＸが定義される。このボクセル群ＢＸは、少なくともモデル画像ＭＩの表面を覆うだけのボクセルを含むように定義されて、それらに対応する数だけのカウンタの記憶アドレスが記憶部１１２内に確保されていればよい。

＜撮影累算値の更新＞
一方、あらかじめカウント用の単位時間Δｔ（たとえば１秒）が定義されており、各ボクセルが超音波の伝播領域ＡＵと交差している時間が単位時間Δｔだけ増加するごとに、各ボクセルに対応して記憶部１１２に確保してあるカウンタのうち、伝播領域ＡＵと交差しているボクセルの値を増加させる。これによって、その時点までに超音波が照射された撮影累算値（それらのボクセル部位についてその時点までに超音波撮影された累積時間を反映した値）が、撮影履歴情報としてボクセルごとにカウンタに記録されてゆく。時間を単位にして撮影履歴を累算することによって、診断者Ｄにとって最も理解しやすい単位での履歴表現となる。

好ましくは、撮影累算値に対する１回の加算に相当する増分として、超音波プローブ１０から照射された超音波の伝播方向ＲＵとモデル画像ＭＩの表面各部の法線方向ＭＮ（図８）とのなす角度θに応じて重み付けがなされた値を撮影ウエイト値として用いる。このうち、超音波の伝播方向ＲＵは、送受信面１２の法線方向ＤＮを基準として特定される方向である。なお、角度θが９０度を超える場合には、補角（１８０度−θ）を新たにθの値として定義することにより、入射角θを０度〜９０度の範囲に規格化する。

そのような重み付けとしては、角度θの絶対値が小さいほど大きくなるような値が望ましく、典型的には余弦関数（cosθ）または余弦関数の累乗を使用することができる。これは、超音波が垂直に照射された部分では精密な超音波画像が得られるが、斜め入射の場合には撮影精度が低下するため、撮影履歴としては垂直照射を重視する方が好ましいためである。そして、斜め入射の中でも、傾き角度θの絶対値が大きいほど撮影精度が低下するため、角度θの絶対値の減少関数が重み付けに利用される。

図４ではこれらの処理がステップＳ５の前半部として示されているが、その詳細な内容が図９に示されている。図９のステップＳ５１ではプローブ位置が検出され、ステップＳ５２においてプローブ位置と被診断器官との空間的関係が特定される。それに基づいて超音波の伝播面および伝播方向が計算され（ステップＳ５３）、その伝播面と３次元モデル画像ＭＩと交差するボクセル（以下「交差ボクセル」）が特定される（ステップＳ５４）。

図４に戻って、ステップＳ５の後半では、各交差ボクセルについて撮影累算値Ｎｉを更新する。ただし、添字「i」はボクセルの識別符号である。

この処理の詳細が図１０に示されており、そこではまず各交差ボクセルにおける被診断器官の表面素片の法線ベクトルと伝播方向のなす角θiが計算される（ステップＳ５５）また、各交差ボクセルについて、角度θiに応じた重み付けがなされた撮影ウエイト値が増分ΔＮiとして計算され（ステップＳ５６）、単位時間Δｔが経過すると、各交差ボクセルの撮影累算値Ｎｉに増分ΔＮiが加算される（ステップＳ５７〜Ｓ５８）。ただし、撮影累算値Ｎｉのすべては、一連の撮影開始前にゼロに初期化されている。

＜モデル画像の表示の更新＞
図４の次のステップＳ６では、更新後の撮影累算値Ｎｉに応じて、主ディスプレイ２１内のガイド画像ＧＩ中に示されているモデル画像ＭＩの各部の色をボクセル単位で更新する。

図１１は主ディスプレイ２１におけるガイド画像ＧＩと超音波像ＵＩとの並列表示を例示する図であり、図１２はガイド画像ＧＩの拡大図である。図１１に示すように、ガイド画像ＧＩは超音波像ＵＩの観察の障害とならないようにデフォルトでは画面の特定の隅に表示されるが、診断者Ｄが操作盤２３を操作することによって、ガイド画像ＧＩの表示位置を自在に変更できるようになっている。また図１２に示すように、ガイド画像ＧＩではモデル画像ＭＩの表面の各部の色が、各部に対応するボクセルの撮影累算値Ｎｉに応じた色に着色されている。このように、モデル画像ＭＩの各部を、その撮影履歴（撮影累算値）に応じて視覚的に修飾したものが「修飾モデル画像」である。各図において、モデル画像ＭＩに色修飾がなされたものは、この修飾モデル画像ＭＩＤとしての参照符号（ＭＩＤ）もカッコ内に付記されている。

図１２では図示の便宜上、モデル画像ＭＩにおける各部の色の違いをモノクロの数段階の濃淡で概念的に表現しているだけであるが、たとえばモデル画像ＭＩの初期色が赤色である場合、撮影累算値Ｎｉが大きい部分ほど青味が強い色となるように、多段階のカラーグラデーションで色表現してモデル画像ＭＩとすることができる。そのグラデーションはカラースケールＣＳとしてガイド画像ＧＩ内に表示される。ここで「低」という表示は「まだ撮影時間が短いため、十分な超音波診断がなされていない部分の色」を意味している。また「高」という表示は「かなりの時間にわたって撮影が行われた部分の色」を意味している。既述したように、被診断器官の表面の法線方向と超音波の伝播方向（照射方向）との角度関係を加味して撮影累算値Ｎｉをカウントしているため、超音波の伝播面ＡＵと平行な部分は、撮影累算値Ｎｉは比較的小さな値となる。

超音波プローブ１０を同じ位置と方向に固定したままで時間が経過するにつれて、交差ボクセルの撮影累算値Ｎｉは次第に大きくなってゆく。概念的にカラー指数ＣＬ（図示せず）を想定し、ＣＬ＝０で完全な赤色、ＣＬ＝２５６で完全な青色を表現するとすれば、交差ボクセルに相当する部分は、撮影時間の経過に伴って初期値ＣＬ＝０から次第にカラー指数ＣＬが増大してゆき、青見がかってくる。また、診断者Ｄが超音波プローブ１０の位置や方向を変化すると、図１１の超音波像ＵＩも変化するが、ガイド画像ＧＩ内のモデル画像ＭＩの各部のうち、新たに交差ボクセルに相当することとなった部分のカラー指数ＣＬが初期値から増大し始める。カラー指数ＣＬは、増加することはあっても減少はしない。このため、既にＣＬ＝２５６まで撮影が行われた部分は、超音波プローブ１０の移動によって超音波の伝播面からはずれるようになってもＣＬ＝２５６を維持する。したがって、診断者Ｄは、各部の超音波の照射履歴ないしは撮影履歴を視覚的に把握可能であり、まだ撮影が不十分であるような部位に超音波プローブ１０を移動させることによって、撮影もれを防止することができる。

ここにおいて、どの方向に超音波プローブ１０を移動させれば撮影が不十分な箇所を新たに撮影することができるかを案内するために、ガイド画像ＧＩ中には、現時点での超音波プローブ１０の画像ＰＩと超音波の照射方向を示すグラフィカル要素（照射方向矢印ＡＲなど）も表示し、超音波プローブ１０が移動する都度、プローブ画像ＰＩと照射方向矢印ＡＲも、モデル画像ＭＩに対して相対的に移動させるような表示制御が行われることが好ましい。これらは、超音波プローブ１０が被診断器官に対してどのような空間的関係で超音波を照射しているかを示す視覚的情報である。

以上のような、モデル画像ＭＩの各部の色の更新を含んだガイド画像ＧＩの更新は、所定の時間サイクルで繰り返し実行される。それによって、診断者Ｄは被診断器官の各部をもれなく検査することが可能になる。

各ボクセルの撮影累算値Ｎｉは、一連の撮影が完了して超音波診断装置１での撮影完了を操作盤２３から指示することによって「０」にリセットされる。もっとも、一連の撮影の途中で、診断者Ｄが最初から撮影をやり直したいと考えるような場合のために、一連の撮影が完了する前であっても操作盤２３の操作によって、すべてのボクセルの撮影累算値Ｎｉを強制的に０にリセットし、各部の表示色も初期値（赤）に戻す強制リセット機能を追加することもできる。

なお、図１１中に黒丸で示した部位ＳＰの意味については、モデル画像の再位置あわせ処理に関連して後述するが、この黒丸は説明用であって、実際に画面上に表示されるわけではない。

＜モデル画像の再位置あわせ＞
ところで、上記のルーチンでは、被検者Ｐの身体のどの位置に被診断器官が存在するかについては、解剖学的な知見に基づいて標準的な位置を設定しており、それを前提としてプローブ位置と被診断器官との空間的関係を特定するという処理内容となっているが、実際には被診断器官の位置には個人差がある。そこで、そのような個人差による誤差を補償して、より正確な位置関係でモデル画像ＭＩの撮影履歴表示ができるような機能をも、この実施形態の超音波診断装置１に持たせることができる。

図１３はそのような機能に対応して演算部１１１が行う動作のフローチャートであり、図１４はモデル画像ＭＩの再位置あわせの説明図である。このうち、図１３のルーチンは、たとえば図４のステップＳ３とＳ４との間で実行させることが可能である。

そこではまず、被診断器官の幾何学的特徴部として、総頚動脈ＣＣＡが内頸動脈ＩＣＡと外頸動脈ＥＣＡとに分岐する部位（分岐部）ＳＰの位置（図１１参照）を超音波画像から検出する（ステップＳ１０１）。このときの分岐部ＳＰの位置を「実測分岐位置」と呼ぶことにする。

次に、頸動脈のモデル画像ＭＩが被検者Ｐの体内の標準位置に存在する場合の分岐部ＳＰの位置（「標準分岐位置」）と上記実測分岐位置とを比較し（ステップＳ１０２）、それらのズレ量（偏差）が所定の閾値以上である場合は、実測分岐位置に合致するように、被検者Ｐの体内におけるモデル画像ＭＩの位置関係を修正して更新する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。また、下記で詳述するように、モデル画像ＭＩの各部と撮影累算値Ｎｉとの対応関係を上記ズレ量に応じてずらせることによって更新する（ステップＳ１０５）。さらに、これに応じてガイド画像ＧＩの表示内容を更新する（ステップＳ１０６）。

図１４（ａ）には、標準位置に置かれたモデル画像ＭＩの分岐部の位置と、実測分岐位置ＳＰとが空間的に離れている場合が例示されている。このような場合には、図１４（ｂ）に示すように、実測分岐位置ＳＰとモデル画像ＭＩの分岐部との位置が一致するように、モデル画像ＭＩと超音波プローブ１０（超音波プローブ画像ＰＩ）との位置関係を修正することになる。また、これに応じて、モデル画像ＭＩの各部と撮影累算値Ｎｉのアドレスの相互関係も修正する。すなわち、各ボクセルと撮影累算値Ｎｉの対応関係を全体としてシフトすることにより、たとえば修正前には図１４（ａ）の部分Ｋ１のボクセルに対して記憶されていた撮影累算値Ｎｉが、図１４（ｂ）の部分Ｋ２のボクセルに対する撮影累算値となるように、ボクセルとの対応関係を移動させる。他の部分も同様であり、具体的には、空間座標に対応させて付与している各ボクセルの記憶アドレスを上記ズレ量に応じて一律にシフトさせることによって、空間位置と撮影累算値Ｎｉとの対応関係の変更することができる。移動元では被診断器官の表面上にあるボクセルが、移動後には被診断器官の表面から離れる場合もあるが、そのときには、移動後の位置から見て直近に存在する被診断器官の表面部分に移動前の撮影累算値を移せばよい。

このようなデータ上のシフトが行われると、それに合わせてガイド画像ＧＩ上の表示も図１４（ｂ）のように更新される。すなわち、撮影累算値に応じて色分けのほか、プローブ画像ＰＩと照射方向矢印ＡＲの表示位置もまた、主ディスプレイ２１上で移動させる。図１４（ｂ）には、図示の便宜上、移動前と移動後とについてプローブ画像ＰＩと照射方向矢印ＡＲとが示されているが、実際には移動後のものだけが表示対象となっている。また、この図１４においても、分岐部ＳＰを示す黒丸は、説明の便宜上のものであって、主ディスプレイ２１上の画面上に表示させるものではない。

以上のようなモデル画像の再位置あわせを行うことにより、診断者Ｄは、より正確な位置に設定した被診断臓器につき、そのモデル画像の撮影履歴表示に基づいて、漏れなく超音波診断を行うことができる。

＜情報処理装置における各機能要素の動作＞
以上の動作に対応させて図３の各機能要素を要約的に説明すれば、まず、プローブ情報検出手段１２１は、３次元カメラ２４や姿勢センサ２５を用いて超音波プローブ１０の位置や姿勢の情報を検出する。モデル画像データがあらかじめ準備されてモデル画像データ保持手段１３１に保持されているほか、被診断器官の標準位置情報もあらかじめ準備されている。相対関係特定手段１２２は、超音波プローブ１０の位置や姿勢の情報やモデル画像データなどに基づいて、被検体における被診断器官と超音波プローブ１０との空間的対応関係を相対的に特定する。これらは、空間的関係決定手段１２０の主要な要素である。

照射領域特定手段１３２は、上記の空間的対応関係に基づいて超音波の照射領域を特定し、撮影履歴累算手段１３３が、被診断器官のうち超音波が照射された部位の撮影累算値Ｎiを求める。そして、画像修飾手段１３７は、撮影累算値に応じてモデル画像の各部を視覚的に修飾する。各部が色分けされたモデル画像が修飾モデル画像である。

一方、超音波画像生成手段１３４は、超音波プローブ１０で得た超音波画像を表示制御手段１３８に出力する。表示制御手段１３８は、超音波画像と、撮影履歴に応じて各部が着色されたモデル画像ＭＩを含んだガイド画像ＧＩとを主ディスプレイ２１に表示させる。

特徴部位検出手段１３５が超音波画像から幾何学的な特徴部位を検出し、それがモデル画像ＭＩの特徴部位からずれている場合には、対応関係更新手段１３６が、モデル画像ＭＩの位置や、モデル画像ＭＩの各部と撮影累算値との対応関係を更新する。これに基づいてモデル画像ＭＩ（より正確には修飾モデル画像）を含んだガイド画像ＧＩの更新が行われる。

＜変形例＞
※ モデル画像の視覚的な修飾としては、色表現だけでなく、単一色を用いた濃度グラデーション表現や、撮影履歴に応じて異なる網目模様を使用するなどのパターン表現、画像の各部の透明度を撮影履歴に応じて変化させる透明度表現なども利用可能である。また、モデル画像の各部に所定の形状要素（たとえば○印）を分布させて付加し、その形状要素の大きさや色で撮影履歴を表現するなどの手法も利用できる。

※ 撮影累算値としては、上記実施形態のように撮影累積時間の長短に応じた値を自動的に加算させるだけでなく、診断者が超音波を照射した状態で所定の操作入力を行った（たとえば所定のボタンを押下する）場合に限って、そのときに超音波を照射している部分の撮影累積値を増加させるという態様（マニュアル指示に基づく撮影累積値の加算）も実現可能である。この場合には、超音波が照射されたという事実だけでなく、診断者がその部位の超音波画像を留意して観察したときだけ撮影累積値に反映させることができる。このため、撮影履歴は、撮影時間を反映はするが、必ずしも撮影時間そのものである必要はなく、一般に「撮影頻度」と呼ぶこともできる。

※ 超音波画像とガイド画像とは並列的に表示させてもよく、操作盤からの切換操作に基づいて時間的に切り換えて表示させてもよい。さらにこの発明は、人体を被検体とする超音波診断装置だけでなく、動物を被検体とする超音波診断装置にも適用できる。

１ 超音波診断装置
１０ 超音波プローブ
１２ 送受信面
２４ ３次元カメラ
２５ 姿勢センサ
ＭＩ モデル画像
ＭＩＤ 修飾モデル画像
ＵＩ 超音波像
ＧＩ ガイド画像
ＣＣＡ 総頚動脈（被診断器官）
ＩＣＡ 内頸動脈
ＥＣＡ 外頸動脈

Claims (7)

1. 被検体に対して超音波の送受信を行う超音波プローブを有する超音波診断装置であって、
   前記被検体の所定の器官についてのモデル画像のデータを保持するモデル画像データ保持手段と、
   前記超音波プローブを用いた前記被検体の撮影の際に、前記被検体における前記器官と前記超音波プローブとの空間的関係を決定する空間的関係決定手段と、
   前記空間的関係に基づいて、前記器官のどの部分が超音波の照射領域と重なっているかを特定する照射領域特定手段と、
   前記器官の各部と前記照射領域とが重なっている状態の履歴を表現する値を累算し、前記モデル画像の各部についての撮影累算値として記憶する撮影履歴累算手段と、
   前記撮影累算値に応じた視覚的情報を前記モデル画像の各部に付与した修飾モデル画像を生成する画像修飾手段と、
   前記超音波プローブを用いて得た前記被検体の超音波像と前記修正モデル画像とを表示手段に表示させる表示制御手段と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記空間的関係決定手段は、
   前記超音波プローブの位置と姿勢とをプローブ情報として検出するプローブ情報検出手段と、
   前記プローブ情報とあらかじめ与えられた前記器官の標準的体内位置の情報とに基づいて、前記器官と前記超音波プローブとの前記空間的関係を相対的に特定する相対関係特定手段と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置において、
   前記モデル画像修飾手段は、前記器官の各部の前記撮影累算値に応じた色で前記モデル画像の各部の色を定め、それによって前記修飾モデル画像を生成することを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記表示制御手段は、前記超音波プローブが前記器官に対してどのような空間的関係で超音波を照射しているかを示す視覚的情報を、前記修飾モデル画像とともに前記表示手段に表示させることを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記超音波プローブからの超音波受信信号に基づいて前記器官の所定の第１の特徴部位の位置を検出する特徴部位検出手段と、
   前記器官における前記第１の特徴部位の位置と、前記第１の特徴部位に対応する前記モデル画像の第２の特徴部位との位置ズレ量を特定し、当該位置ズレ量に応じて、前記モデル画像の各部と前記累算値との対応関係を更新する対応関係更新手段と、
   をさらに備え、
   前記モデル画像修飾手段は、前記修飾モデル画像における修飾状態を、更新後の前記対応関係に基づいて更新することを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記撮影履歴累算手段は、
   前記器官の各部と前記照射領域とが重なっている時間に応じた値を累算して前記撮影累算値とすることを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記モデル画像の各部と前記照射領域との重なりは、前記超音波プローブから照射された超音波の伝播方向と前記モデル画像の表面各部の法線方向とのなす角度に応じて重み付けがなされた値として、前記撮影累算値に反映されることを特徴とする超音波診断装置。

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