JP2013017870A - 超音波画像診断システム、及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 前記超音波プローブにより取得された被検体に関する画像情報を用いて、該被検体に対する前記超音波プローブの相対位置と相対姿勢を計測する計測手段(座標演算部34)と、前記計測手段の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出手段(2035)とを備え、且つ前記制御量算出手段により算出された制御量を用いて、前記超音波プローブの位置と姿勢を制御するプローブ制御機構、あるいは前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示手段の少なくとも一方を有する。
【選択図】 図2
Description
特許文献1に開示された超音波医療システムは、放射線治療を行うための放射線照射システムに、超音波画像診断装置を組み合わせた医療システムである。そして、超音波画像診断装置で治療対象の腫瘍の位置を提供するにあたり、放射線照射装置を原点とした位置情報として提供する。
超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムであって、
前記超音波プローブにより取得された被検体に関する画像情報を用いて、該被検体に対する前記超音波プローブの相対位置と相対姿勢を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出手段とを備え、且つ
前記制御量算出手段により算出された制御量を用いて、
前記超音波プローブの位置と姿勢を制御するプローブ制御機構、あるいは前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示手段の少なくとも一方を有することを特徴とする。
超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムの制御方法であって、
前記超音波プローブにより取得された被検体に関する画像情報を用いて、該被検体に対する前記超音波プローブの相対位置と相対姿勢を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出工程とを備え、且つ
前記制御量算出工程により算出された制御量を用いて、
前記超音波プローブの位置と姿勢を制御するプローブ制御工程、あるいは前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示工程の少なくとも一方を有することを特徴とする。
本実施形態に係る超音波画像診断システムは、超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムである。
本実施形態に係る制御方法は、超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムの制御方法である。具体的には、以下の工程を有することを特徴とする。
b)前記計測工程の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出工程
更に、以下のc)かd)の少なくとも一方の工程を有する。
d)前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示工程
さらに、前記被検体の特定部位を検出する部位検出工程を有し、前記計測工程を、前記部位検出工程の検出結果を用いて、前記相対位置と相対姿勢を計測することも好ましい形態である。
A:全体構成
図1は本発明の実施形態の一つである超音波画像診断システムの概略を示した図である。本実施例の超音波画像診断システムは超音波プローブ1001と、超音波画像診断装置1002と、ホストコントローラ10003と、プローブ位置・姿勢制御装置10004により構成される。超音波プローブ1001は、人体などの被検体1005に接触するようにして使用される。また超音波プローブ1001はプローブ位置・姿勢制御装置1004により保持されている。これらの装置は相互に接続され、その接続を介して制御信号などをやり取りして動作する。なお、プローブ位置・姿勢制御装置1004は、超音波プローブ1001の動作を自動化する場合に必要なものであり、上記した本発明に必須の要件ではない。後述する実施例では、このプローブ位置・姿勢制御装置を使用しない場合の構成について示している。勿論、超音波画像診断装置1002とホストコントローラ1003とを図1では別体のものとして記載しているが、他方が一方に組み込まれている構成も勿論可能である。
超音波プローブ2001は、超音波パルスを被検体1005に送信すると共に、被検体側から反射してきた反射信号を受信する複数の送受波素子2011(超音波振動子)によって構成される。
超音波画像診断装置2002は、送信用ビームフォーマ2021、受信用ビームフォーマ2022、信号処理部2023、受信メモリ2024、画像形成部2025、画像表示部2026によって構成される。
ホストコントローラ2003は、対象形状データベース2031、部位検出部2032、ワークフローデータベース2033、座標演算部(計測手段)34、制御量算出部2035により構成される。ただし、ホストコントローラ2003の構成要素は、その全てが、あるいはその一部が、超音波画像診断装置2002に組み込まれていてもよい。
プローブ位置・姿勢制御装置2004は、超音波プローブ2001を移動・回転可能な機構で保持し、ホストコントローラ2003からの入力に従って超音波プローブ2001を移動・回転させる動作を行う。プローブ位置・姿勢制御装置2004は、この動作を実現するために、例えば図3に示すようにベースフレーム3041、プローブ保持部3042、および、複数のアクチュエータ3043を用いて構成することができる。この場合、複数のアクチュエータ3043はホストコントローラ2003からの入力に従って駆動する。そして、ベースフレーム3041およびプローブ保持部3042間の相対的な位置・姿勢の関係を変更することより、結果的にプローブ保持部42に保持される超音波プローブ2001の位置・姿勢を制御する。勿論、プローブ位置・姿勢制御装置2004には、プローブの位置と姿勢の両方を制御する装置は勿論、どちらか一方の制御を行う装置も当然に含まれる。
次に、図4と図2とを参照して本実施の形態の超音波画像診断装置2002により実行される具体的な処理の手順を説明する。
まずステップS100として、ユーザにより検査の内容の設定が行われる。例えばホストコントローラ2003に設けられた不図示の操作パネル上に複数のボタンなどを配置し、そのボタンに対して検査項目を割り当てておくこと。そして、そのボタンが押されることにより、対応する検査内容を設定することができる。これ以外にも、例えば超音波画像診断装置2002の画像表示部2026に、検査項目の一覧リストを表示し、不図示の操作パネルの操作によりユーザに検査項目の選択を行うようにしてもよい。
次に、ステップS100で設定された検査項目と対応する検査対象部位の形状に関する情報を対象形状データベース31から部位検出部2032に読み込む。このとき、対象形状データベース31に年齢、性別、身長、体重などの属性によって異なる多様な形状情報を予め記録し、検査を行う被検体に関するそれらの属性も設定することで、より被検体に適合した形状情報を読み込むことができる。
次に、ステップS100で設定された検査項目に対応するプローブ位置・姿勢の目標値をワークフローデータベース33から読み込む。このとき読み込まれる目標値の例を図6に示す。ここではプローブ位置・姿勢の目標値として、検査対象部位の基準点からの相対位置の範囲および相対角度の範囲をワークフローデータベースが記憶している場合を例としている。
次に、超音波画像を撮影し、その画像を入力する。超音波画像の撮影のために超音波画像診断装置2002の送信用ビームフォーマ2021は超音波プローブ2001の送受波素子2011を駆動させるための電気信号を形成して送信する。
次に、部位検出部2032は、超音波画像診断装置2002から入力された超音波画像の中から、対象形状データベース31から読み込んだ検査対象となる部位を検出する。
ステップS105では、ステップS104で行った部位検出の結果に基づいて、その部位が検出されたか否かを判別する。
ステップS105において、超音波画像中から検査対象部位が検出されなかった場合には、検査対象が撮影範囲に入るように超音波プローブ2001の位置・姿勢を変更するための移動・回転の制御を行う。このとき、超音波プローブ2001を移動・回転させる最も単純な方法として、プローブ位置・姿勢制御装置2004の可動範囲をくまなく走査する方法が考えられる。例えばプローブ位置・姿勢制御装置2004の一番端の位置に超音波プローブ2001を移動させ、超音波撮影を行いながら徐々に超音波プローブ1を移動させるようにプローブ位置・姿勢制御装置に制御信号を送る。その途中で検査対象部位が検出されれば、ステップS105における判別結果に従い、超音波プローブの位置・姿勢の走査を終わらせ、ステップS107に進む。
次に、座標演算部34(図2)によって超音波プローブ2001と対象物形状データベース31上の基準点との相対的な位置・姿勢を算出する。
i=Tri(r) (数1)
ここで座標ベクトルiが座標ベクトルrに対して線形の関係であると仮定すると、
i=Trir (数2)
と表記できる。ここでTriはiとrの線形関係を表す行列として、またiおよびrをそれぞれ拡張ベクトルi=(u ν 1)t、r=(x y 1)tと再定義している。通常、キャリブレーションされた超音波画像診断装置において、上記の線形関係の仮定は十分に成り立つ。また、逆に画像上の点iから実空間上の点rへの変換は行列Triの逆行列Tri −1を用いて、
r=Tri −1i (数3)
とかける。行列Triは、特別な場合を除いて正則であるから、逆行列Tri −1は求めることができる。
i=Tmim (数4)
とかける。
r=Tri −1Tmim (数5)
と表記することが出来る。
次のステップとして、座標演算部34はさらに、超音波プローブ2001の位置・姿勢と、ワークフローデータベース33から読み込んだ目標位置・姿勢との相対的な位置・姿勢の関係を算出する。この算出のために、まずステップS107で求めた、超音波プローブ2001を基準とした座標系における検査対象部位の基準点の位置・姿勢と、ワークフローデータベース33の目標位置・姿勢との相対関係を求める。この処理について図10を用いて詳細に説明する。
δt=pt−gt (数6)
δang=pang−gang (数7)
以上の処理により、現時点において、超音波プローブ2001が、目標位置・姿勢に対してどれだけずれた位置・角度になっているのかが算出される。
次に、ステップS108で算出した目標値に対する超音波プローブの現在の位置・姿勢の相対的な差分に基づき、超音波プローブが目標となる位置・姿勢に到達したかどうかを判定する。この判定を行うための方法はステップS108で求めた現在の超音波プローブ1の位置・姿勢と目標値との各差分に対して、予め設定する一定の閾値よりも小さい場合には到達と判定し、そうでない場合には未到達と判定する方法が考えられる。
ステップS109の判定の結果、プローブ位置・姿勢が目標値に対して未到達の場合はステップS110が実行される。ステップS110では制御量算出部35によってプローブ位置・姿勢を目標値に近づけるための、プローブ位置・姿勢制御装置に送信する制御量を算出する。制御量の算出は、制御装置の特性によって様々な形態を取りうる。例えばプローブ位置・姿勢制御装置に対して移動・回転の方向を指定し例えば定速駆動を行う場合、ステップS108で算出した目標値との位置差分δtの各成分値および姿勢差分δangのそれぞれの符号の正負に基づいて、方向を決定することができる。
ステップS111では、ステップS106またはステップS110で算出された制御量を、超音波プローブ位置・姿勢制御装置2004(図2)に入力し、超音波プローブの位置・姿勢を目標値に近づけるように駆動させる。例えばステップS110において算出したプローブの位置・姿勢に対する制御量に基づき、それぞれに対応するアクチュエータ3043(図3)に対して、例えば制御量に比例した電圧を印加する。これにより、ワークフローデータベース33に記録された目標の位置・姿勢に近づく方向にアクチュエータ3043が駆動し、その結果、保持される超音波プローブ2001が目標の状態に近づく。
実施例1では、超音波検査を行う対象に対して超音波プローブが適切な位置・姿勢になるように超音波プローブを移動・回転させる例について説明したが、本発明の実施形態はこれに限らない。
図11はユーザに超音波プローブの移動・回転のナビゲーションを行う実施例に関する構成を示す図である。
超音波プローブ2906は実施例1と同様であるため説明を省略する。
超音波画像診断装置2907は、送信用ビームフォーマ2971、受信用ビームフォーマ2972、信号処理部2973、受信メモリ2974、画像形成部2975、画像表示部2976によって構成される。
ホストコントローラ2908は、対象物形状データベース2981、部位検出部2982、ワークフローデータベース2983、座標演算部2984、誘導情報生成部2985により構成される。
誘導情報生成部2985において生成され、画像表示部2976によって提示される誘導情報は、例えば図12(A)に示すように矢印などの記号を用いて提示することができる。また図12(B)に示すように画像表示部76は超音波画像の提示と誘導情報の提示を同時に行えるようにすることができる。
実施例1および実施例2では、検査対象部位および超音波検査ワークフローの情報を記憶させたデータベースをホストコントローラの内部に持たせる場合の例について説明した。しかし、本発明はこの形態に限定されない。
また、本発明の目的は、前述した実施形態や実施例における機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体(または記憶媒体)を、システムあるいは装置に供給することによっても、達成されることは言うまでもない。具体的には、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が当該記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することになる。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
2004 プローブ位置・姿勢制御装置
2002 超音波画像診断装置
2003 ホストコントローラ
Claims (16)
- 超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムであって、
前記超音波プローブにより取得された被検体に関する画像情報を用いて、該被検体に対する前記超音波プローブの相対位置と相対姿勢を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出手段とを備え、且つ
前記制御量算出手段により算出された制御量を用いて、前記超音波プローブの位置と姿勢を制御するプローブ制御機構、あるいは前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示手段の少なくとも一方を有することを特徴とする超音波画像診断システム。 - 前記計測手段は、該被検体の特定部位を検出する部位検出部の検出結果に基づいて、前記相対位置と相対姿勢を計測することを特徴とする請求項1に記載の超音波画像診断システム。
- 前記部位検出部は、前記被検体の部位の形状に関する情報と、前記画像情報との対応づけにより部位の検出を行うことを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の超音波画像診断システム。
- 前記超音波プローブと前記被検体との相対位置と相対姿勢を予め記録したデータベースを有し、前記制御量算出手段は、前記データベースの情報を用いて前記制御量を算出することを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の超音波画像診断システム。
- 前記データベースに記録されている前記超音波プローブと前記被検体との相対位置と相対姿勢の情報は、超音波画像診断を行うためのプローブ状態を記録した情報であることを特徴とする請求項4に記載の超音波画像診断システム。
- 前記超音波プローブは、該超音波プローブと前記被検体との間の圧力を計測する圧力計測手段を持つことを特徴とする請求項1ないし請求項5に記載の超音波画像診断システム。
- 前記データベースは、前記超音波プローブと前記被検体との間の圧力に関する情報が記録されていることを特徴とする請求項4ないし請求項6に記載の超音波画像診断システム。
- 超音波プローブと、該超音波プローブが被検体から反射されてきた超音波を受信することにより生じる信号を画像情報に変換する画像処理部とを備える超音波画像診断システムの制御方法であって、
前記超音波プローブにより取得された被検体に関する画像情報を用いて、該被検体に対する前記超音波プローブの相対位置と相対姿勢を計測する計測工程と、
前記計測工程の計測結果に基づいて、前記超音波プローブの位置と姿勢の制御量を算出する制御量算出工程とを備え、且つ
前記制御量算出工程により算出された制御量を用いて、前記超音波プローブの位置と姿勢を制御するプローブ制御工程、あるいは前記超音波プローブの位置と姿勢の移動を誘導するための情報を提示する誘導情報提示工程の少なくとも一方を有することを特徴とする超音波画像診断システムの制御方法。 - 前記被検体の特定部位を検出する部位検出工程を有し、前記計測工程は前記部位検出工程の検出結果を用いて、前記相対位置と相対姿勢を計測することを特徴とする請求項8に記載の制御方法。
- 前記部位検出工程は、前記被検体の形状に関する情報を予め持ち、前記画像処理部により変換された画像との対応づけにより、該部位の検出を行うことを特徴とする請求項8なあるいは請求項9に記載の制御方法。
- 前記超音波プローブと前記被検体との相対位置と相対姿勢を予め記録したデータベースを有し、前記制御量算出工程は、前記データベースの情報を用いて前記制御量を算出する請求項8ないし請求項10に記載の制御方法。
- 前記データベースに記録され前記超音波プローブと前記被検体との相対位置と相対姿勢の情報は、超音波画像診断を行うための前記超音波プローブ状態を記録した情報であることを特徴とする請求項8ないし請求項11に記載の制御方法。
- 前記超音波プローブは、該超音波プローブと前記被検体との間の圧力を計測する圧力計測工程を持つことを特徴とする請求項8ないし請求項12に記載の制御方法。
- 前記データベースには、前記超音波プローブと前記被検体との間の圧力に関する情報を記録されていることを特徴とする請求項8ないし請求項13に記載の制御方法。
- 請求項8ないし請求項14に記載の制御方法を実現するためのプログラム。
- 請求項8ないし請求項15に記載の制御方法を実現するためのプログラムを記録した記録媒体。
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