JP2013116263A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺針を利用した超音波検査の効率の向上。
【解決手段】超音波プローブ３は、超音波を送受信する。組織性状情報計測部２３は、超音波プローブ３からのエコー信号に基づいて組織性状情報を計測する。入力部３１は、被検体に刺し入れられる穿刺針の刺入角度を入力する。第１推定部２５は、組織性状情報と刺入角度とに基づいて、被検体内における穿刺針１００の予測経路を推定する。表示部２９は、予測経路を表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子をリアルタイムで表示でき、かつ安全性が高い。そのため、超音波診断装置は、繰り返して検査が行える。また、超音波診断装置は、システムの規模がＸ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置など他の診断機器に比べて小さいので、ベッドサイドへ移動して容易に検査を行うことができる。また、超音波診断装置は、Ｘ線などのように被曝がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。

超音波診断装置は、生体組織の針生検やＲＦＡ（ラジオ波焼灼術：radio frequency ablation）治療下において利用されている。針生検やＲＦＡ治療においては、穿刺針を刺入角度が既知の穿刺アダプタに取り付けている。穿刺針のガイドとして、刺入角度分の傾きを有する直線が表示画面に表示されている。しかしながら、生体表面から腫瘍部（穿刺対象領域）までの経路において生体組織の硬さや質が一定であることは少なく、穿刺針の進入経路が予測経路からずれやすい。従って、穿刺針を利用した超音波検査の計画を立て辛い。

特開２００４−２９８４７６号公報

実施形態の目的は、穿刺針を利用した超音波検査の効率の向上を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波プローブと、前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて被検体内の生体組織の性状に関する情報を計測する計測部と、前記被検体に刺し入れられる穿刺針の刺入角度を入力する入力部と、前記性状に関する情報と前記刺入角度とに基づいて前記被検体内における前記穿刺針の予測経路を推定する推定部と、前記予測経路を表示する表示部と、を具備する。

本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 図１の超音波プローブと穿刺針との位置関係を示す図。 図１のシステム制御部の制御により行われる超音波検査の典型的な流れを示す図。 図３のステップＳ４において第１推定部により利用される抵抗値データベースの一例を示す図。 図３のステップＳ４において第１推定部により利用される予測経路データベースの一例を示す図。 図３のステップＳ６において表示部により表示される予測経路ラインの一例を示す図。 図１の第２推定部により行われる予測経路の計算処理を説明するための図。 本実施形態の変形例２に係る表示部による予測侵入領域の表示例を示す図。 本実施形態の変形例２に係る表示部による予測侵入領域の他の表示例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波プローブ３、及び装置本体５を有している。装置本体５は、送信部１１、受信部１３、送受信制御部１５、Ｂモード処理部１７、ドプラモード処理部１９、画像生成部２１、組織性状情報計測部２３、第１推定部２５、第２推定部２７、表示部２９、入力部３１、記憶部３３、及びシステム制御部３５を有している。

超音波プローブ３は、２次元状に配列された複数の振動子を有している。振動子は、送信部１１からの駆動信号に応じて超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号（エコー信号）に変換する。複数の振動子の前方側には、振動子と被検体との間の音響インピーダンス差を整合するための整合層が取り付けられている。複数の振動子の後方側には、超音波の伝播を防止するバッキング材が取り付けられている。超音波プローブ３から被検体に超音波が送信されると、超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射される。反射された超音波は、超音波プローブ３によりエコー信号として受信される。このエコー信号の振幅は、超音波が反射された不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、超音波が血流や心臓壁等の表面で反射された場合は、エコー信号は、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分に依存した周波数偏移を受ける。

穿刺針１００は、被検体の内部に刺入される針である。典型的には、超音波プローブ３には、穿刺針１００のためのアダプタが取り付けられている。アダプタは、穿刺針１００のガイドとして機能する。穿刺針１００は、ユーザによりアダプタを介して被検体内に刺入される。なお、超音波プローブ３は穿刺プローブであっても通常のプローブであってもどちらでも良い。超音波プローブ３が穿刺プローブの場合、超音波プローブ３はアダプタを嵌め込み可能な構造を有している。超音波プローブ３が通常のプローブの場合、アダプタは超音波プローブ３の側面に装着される。以下、本実施形態に係る超音波プローブ３は通常のプローブであるとする。

穿刺針１００には位置センサ２００が設けられている。位置センサ２００は、実空間上における穿刺針１００の先端の位置を検出し、検出された位置に関するデータを生成する。位置センサとしては、例えば、磁気センサが用いられる。穿刺針１００の先端の位置に関するデータは、第２推定部２７に供給される。

送信部１１は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路は、所定のレート周波数 ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、送信方向及び送信フォーカス位置に応じた遅延時間をチャンネル毎に各レートパルスに印加する。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ３に駆動信号を印加する。駆動信号の印加により、遅延時間に応じた送信方向及び送信フォーカス位置に関する超音波送信ビームが超音波プローブ３から送信される。

なお、送信部１１は、送受信制御部１５の指示に従って、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に送信駆動電圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

受信部１３は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、ビームフォーマ等を有している。アンプ回路は、超音波プローブ３からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号にＡ／Ｄ変換を施す。ビームフォーマは、デジタルのエコー信号に、超音波受信ビームのビーム方向を決定するのに必要な遅延時間を受信焦点位置毎に印加し、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。この遅延加算により、超音波受信ビームに対応する受信信号が生成される。

送受信制御部１５は、送信部１１と受信部１３とを制御し、走査領域を対象として超音波走査を実行する。本実施形態に係る映像モードとして、Ｂモードとドプラモードとが適用可能である。また、本実施形態に係る映像モードとして、エラストグラフィーモードも適宜利用可能である。

Ｂモード処理部１７は、受信部１３からの受信信号に対数増幅や包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモードデータを生成する。Ｂモード処理部１７は、超音波走査の映像モードがＢモードの場合に作動される。Ｂモードデータは、画像生成部２１に供給される。

ドプラモード処理部１９は、受信部１３からの受信信号に周波数解析を施し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報をカラーで表現するドプラデータを生成する。ドプラモード処理部１９は、超音波走査の映像モードがドプラモードの場合に作動される。ドプラデータは、画像生成部２１に供給される。

画像生成部２１は、Ｂモード処理部１７からのＢモードデータに基づいて被検体に関するＢモード画像のデータを生成する。また、画像生成部２１は、ドプラモード処理部１９からのドプラデータに基づいて被検体に関するドプラ画像のデータを生成する。なお、画像生成部２１に供給される前のデータは、「生データ」と呼ばれることがある。

組織性状情報計測部２３は、受信信号、Ｂモードデータ、Ｂモード画像データ、ドプラデータ、あるいは、ドプラ画像データに基づいて、走査領域における被検体内の生体組織の性状に関する情報（以下、組織性状情報と呼ぶ）を計測する。組織性状情報は、生体組織の硬さの情報または生体組織の種類である。生体組織の硬さの情報は、エラストグラフィーモードにより取得可能である。生体組織の種類は、組織性状診断により取得可能である。

第１推定部２５は、生体組織性状情報と入力部３１による入力される刺入角度とに基づいて、被検体内における穿刺針の予測経路を推定する。予測経路は、計算により推定されてもよいし、データベース（以下、予測経路データベースと呼ぶ）により推定されてもよい。予測経路データベースは、組織性状情報と刺入角度との組合せ毎に予測経路を関連付けている。予測経路の推定の際、第１推定部２５は、さらに、穿刺針の仕様に関する情報（以下、仕様情報と呼ぶ）を加味して予測経路を推定してもよい。仕様情報は、例えば、穿刺針の硬さ、太さ、加工状態、及び材質の少なくとも一つを含んでいる。

第２推定部２７は、第１推定部２５とは異なる方法により穿刺針１００の予測経路を推定する。第２推定部２７は、位置センサ２００により繰り返し検出された穿刺針１００の先端の位置に基づいて穿刺針１００の予測経路を推定する。

表示部２９は、種々の情報を表示機器に表示する。例えば、表示部２９は、第１推定部２５により推定された穿刺針１００の予測経路、あるいは、第２推定部２７により推定された予測経路を表示機器に表示する。表示機器としては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適用可能である。

入力部３１は、ユーザからの各種指示を装置本体５にとりこむための入力機器を搭載している。入力機器としては、トラックボール、各種スイッチ、ボタン、マウス、キーボード等が適用可能である。具体的には、入力部３１は、ユーザからの指示に従って穿刺針の刺入角度が入力される。さらに、入力部３１は、ユーザからの指示に従って仕様情報が入力されてもよい。

記憶部３３は、種々のデータを記憶する。例えば、記憶部３３は、受信信号、Ｂモードデータ、Ｂモード画像データ、ドプラデータ、及びドプラ画像データを記憶する。また、記憶部３３は、本実施形態に係る超音波検査のための制御プログラムを記憶している。

システム制御部３５は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、超音波診断装置１の動作を制御する。システム制御部３５は、記憶部３３から本実施形態に係る超音波検査のための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリに展開し、制御プログラムに従って超音波診断装置１内の各部を制御する。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置１の詳細について説明する。

まず、超音波プローブ１と穿刺針１００との位置関係について説明する。図２は、超音波プローブ１と穿刺針１００との位置関係を示す図である。図２に示すように、超音波プローブ１により超音波ビームが走査面ＳＰに向けて照射される。超音波ビームの位置を変更しながら超音波ビームを繰り返し送受信することにより走査面ＳＰが超音波ビームで走査される。超音波ビームの側面には、アダプタ３００が装着されている。アダプタ３００は、穿刺針１００を刺し入れ可能な構造を有している。穿刺針１００は、略一定の刺入角度Ａ１で抜き差し可能にアダプタ３００に固定される。例えば、刺入角度Ａ１は、振動子の超音波放射面ＵＳに対する角度に規定される。ユーザは、表示部２９に表示された超音波画像を観察しながら、被検体内の検査部位に向けて穿刺針１００を刺し入れる。

本実施形態に係る穿刺針１００としては、生検に利用される生検針やＲＦＡに利用される電極針等の被検体内に刺入されるあらゆる針が適用可能である。例えば、穿刺針１００として、乳腺のマンモトーム（登録商標）生検に利用される生検針、肝臓のＲＦＡ治療で利用されるＲＩＴＡ社製の電極針（ＲＩＴＡ針）が挙げられる。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置１の動作例について説明する。図３は、システム制御部３５の制御により行われる超音波検査の典型的な流れを示す図である。

図３に示すように、システム制御部３５は、ユーザにより入力部３１を介して穿刺モードの開始指示がなされたことを契機として、穿刺モードを開始する（ステップＳ１）。

穿刺モードが開始されるとシステム制御部３５は、入力部３１を介して刺入角度や仕様情報が入力されることを待機する（ステップＳ２）。例えば、表示部２９は、刺入角度や仕様情報の入力画面を表示し、ユーザによる入力を促す。ユーザは、穿刺針の刺入角度や仕様情報を入力部３１を介して入力する。以下、穿刺針の刺入角度と仕様情報とをまとめて穿刺針情報と呼ぶことにする。入力された穿刺針情報は、入力部３１により装置本体に入力される。なお、穿刺モードの開始以前に穿刺針情報が入力されている場合、必ずしもステップＳ２が行われなくてもよい。

穿刺モードにおいてシステム制御部３５は、組織性状情報計測部２３に計測処理を行わせる（ステップＳ３）。ステップＳ３において組織性状情報計測部２３は、被検体内の組織性状情報を計測する。以下の説明を具体的に行うため、組織性状情報は、生体組織の硬さ情報であるとする。生体組織の硬さ情報は、エラストグラフィーモードにより取得可能である。以下、生体組織の硬さ情報の計測について説明する。

ステップＳ３においてシステム制御部３５は、まず、エラストグラフィーモードのために送受信制御部１５を制御する。送受信制御部１５は、送信部１１と受信部１３とを制御し、エラストグラフィーモードのために超音波走査を実行する。エラストグラフィーモードにおいてユーザは、超音波走査の実行中に超音波プローブ３で被検体を圧迫して開放する。圧迫と開放とにより生体組織に動きが発生する。生体組織の動きの度合いは、生体組織の硬さに応じて変化する。エラストグラフィーモードは、圧迫と開放とにより生じる生体組織の動きをドプラ法を利用して検出し、検出された動きに基づく硬さ情報を計測するモードである。なお、エラストグラフィーモードの走査領域は、例えば、カラードプラモードのサンプルボリュームと同様の範囲にユーザにより入力部３１を介して設定される。

エラストグラフィーモードにおいてドプラモード処理部１９は、具体的には、受信部１３からの受信信号に自己相関演算等のカラードプラ処理を施し、変位に由来する生体組織の移動速度を計算する。移動速度は、走査領域を構成する画素毎に計算される。そして、組織性状情報計測部２３は、移動速度に基づいて、生体組織の硬さに応じて変化する指標（以下、硬さ指標と呼ぶことにする。）を計算する。硬さ指標としては、移動速度の時間積分である変位、移動速度の空間微分である歪み（ストレイン）等が知られている。本実施形態に係る硬さ指標としては、変位及び歪みを含む、硬さに応じた如何なる指標も適用可能である。このように、組織性状情報計測部２３は、走査領域を構成する画素毎に硬さ指標を計算し、硬さ指標の空間分布を表現する機能画像（以下、エラスト画像と呼ぶ）を生成する。

ステップＳ３が行われるとシステム制御部３５は、第１推定部２５に推定処理を行わせる（ステップＳ４）。ステップＳ４において第１推定部２５は、組織性状情報と穿刺針情報とに基づいて穿刺針１００の予測経路を推定する。予測経路の推定方法は、計算により予測経路を推定する方法と予測経路データベースを利用して推定する方法とに大別される。以下、２つの方法を個別に説明する。

［計算による方法］
まず、第１推定部２５は、エラスト画像から、穿刺針１００の進行を妨げる可能性の高い領域（以下、阻害領域と呼ぶ）を抽出する。解剖学的には、阻害領域は、生体の層構造組織や硬度が比較的高い組織に対応する。画像処理的には、阻害領域は、比較的高い硬さ指標の指標値を有する画素領域である。具体的には、第１推定部２５は、エラスト画像に含まれる複数の画素の画素値（エラスト値）と予め設定された閾値とを比較し、閾値よりも大きいエラスト値を有する画素を抽出する。これにより阻害領域が抽出される。なお阻害領域の抽出候補領域は、エラスト画像の全領域でも良いし、ユーザにより入力部３１を介して設定された関心領域に限定してもよい。

次に、第１推定部２５は、抽出された阻害領域と穿刺針情報とに基づいて予測経路を計算する。単純には、阻害領域のエラスト値の分布と刺入角度とに基づいて予測経路が計算される。換言すれば、刺入角度に対する阻害領域の相対角度に基づいて予測経路が計算される。具体的には、阻害領域のエラスト値の分布により阻害領域の向きを計算する。そして、予測経路は、刺入角度分の傾きを有する直線（以下、穿刺ラインと呼ぶ）を阻害領域のエラスト値の向きに応じて歪ませることにより計算される。例えば、第１推定部２５は、所定距離間隔毎に、阻害領域の向きと穿刺針の進行方向とがなす相対角度に応じて穿刺ラインを歪ませる。差分角度が９０度に近くなるにつれ歪み角度が０度に近くなる。歪み角度は、相対角度のみならず阻害領域のエラスト値に応じて変化されてもよい。

より高精度に予測経路を推定するため、第１推定部２５は、阻害領域のエラスト値と刺入角度とに加えて仕様情報とを加味してもよい。仕様情報を利用することにより穿刺針１００と生体組織との抵抗値を考慮して予測経路を推定することができる。抵抗値は、抵抗値を決定するためのデータベース（以下、抵抗値データベースと呼ぶ）を利用して決定される。抵抗値データベースは、エラスト値、刺入角度、及び指標情報の組合せ毎に抵抗値を関連付けている。抵抗値データベースは、予め記憶部３３に記憶されている。

図４は、抵抗値データベースの一例を示す図である。図４に示すように、抵抗値データベースは、臓器、硬さ指標値［ｋＰａ］、穿刺針の太さ［Ｇ］、刺入角度［ｄｅｇ］、及び抵抗値［Ｎ（ニュートン）］の項目からなる。臓器の項目には、乳房や肝臓等の穿刺針が通過する臓器の識別子が登録されている。硬さ指標値の項目には、臓器の硬さの値が登録されている。穿刺針の太さの項目には、刺入される穿刺針の太さが登録されている。刺入角度の項目には、穿刺針の刺入角度が登録されている。抵抗値の項目には、穿刺針に対する臓器の抵抗値が登録されている。抵抗値としては、臓器の種類、エラスト値、針の太さ、及び刺入角度から経験的に知られている値が登録されている。なお、抵抗値の単位は［Ｎ］であるとしたが、［ｋｇｆ］であってもよい。

第１推定部２５は、臓器、硬さ指標値［ｋＰａ］、太さ［Ｇ］、及び刺入角度［ｄｅｇ］を抵抗値データベースに入力し、これら入力値に抵抗値データベース上で関連付けられた抵抗値を出力する。硬さ指標値として、抽出された阻害領域に割り当てられたエラスト値が入力される。針の太さ及び刺入角度として、ステップＳ２において入力部３１により入力された値が入力される。臓器の種類としては、任意のタイミングで入力部３１により入力された値が入力される。抵抗値は、穿刺針１００の経路上の臓器毎、硬さ指標毎、あるいは、所定距離間隔毎に決定されるとよい。第１推定部２５は、決定された抵抗値に基づいて予測経路を計算する。例えば、決定された抵抗値に基づいて穿刺ラインからのずれ角度が計算され、ずれ角度に基づいて予測経路が計算される。

［予測経路データベースによる方法］
第１推定部２５は、刺入角度と硬さ指標値とから予測経路データベースを利用して予測経路を推定する。予測経路データベースは、予め記憶部３３に記憶されている。

図５は、予測経路データベースの一例を示す図である。図５に示すように、予測経路データベースは、臓器、ターゲット、硬さ指標値［ｋＰａ］、穿刺針の種類、刺入角度［ｄｅｇ］、及び予測経路の項目を有している。臓器の項目には、乳房や肝臓等の穿刺針が通過する臓器の識別子が登録されている。ターゲットの項目には、石灰化や乳がん、肝細胞がん等のターゲットの識別子が登録されている。エラスト値の項目には、臓器の硬さの値が登録されている。穿刺針の種類には、刺入される穿刺針の種類が登録されている。穿刺針の種類としては、例えば、用途や製品名、穿刺針の硬さ、穿刺針の太さ、穿刺針の材質、及び穿刺針の表面加工状況が挙げられる。材質としては、例えば、金属や樹脂等が挙げられる。また、表面加工状況としては、例えば、滑らかさの有無、ざらつきの有無等が挙げられる。「生検針（１４Ｇ）」や「生検針（８Ｇ）」等の用途と太さとの組合せ、電極針等の用途が穿刺針の種類として挙げられている。刺入角度の項目には、刺入される穿刺針の刺入角度が登録されている。予測経路の項目には、臓器、ターゲット、エラスト値、穿刺針の種類、及び刺入角度から経験的に決定された、穿刺針の予測経路に関する情報が登録されている。具体的には、予測経路として、穿刺ラインからのずれ角度［ｄｅｇ］が登録されている。

第１推定部２５は、臓器、ターゲット、硬さ指標値、穿刺針の種類、及び刺入角度を予測経路データベースに入力し、これら入力値に予測経路データベース上で関連付けられた予測経路を出力する。硬さ指標値として、抽出された阻害領域に割り当てられているエラスト値が入力される。穿刺針の種類及び刺入角度として、ステップＳ２において入力部３１により入力された値が入力される。臓器の識別子及びターゲットの識別子としては、任意のタイミングで入力部３１により入力された値が入力される。予測経路は、穿刺針１００が通過しうる臓器毎、穿刺針１００が通過しうる臓器の硬さ指標毎、あるいは、所定距離間隔毎に決定される。なお、予測経路データベースにおいて、予測経路として、穿刺ラインからのずれ角度ではなく、予測経路の位置情報が記憶されていてもよい。

ステップＳ４が行われるとシステム制御部３５は、第１推定部２５に生成処理を行わせる（ステップＳ５）。ステップＳ５において第１推定部２５は、推定された予測経路を表現する線（以下、予測経路ライン）を生成する。予測経路ラインは、刺入角度と生体組織のエラスト値に基づいて形状が決定されているので阻害領域で曲がる。

ステップＳ５が行われるとシステム制御部３５は、ユーザからの入力部３１を介した指示に従って、Ｂモード走査を実行するために送受信制御部１５を制御する（ステップＳ６）。システム制御部３５は、エラストグラフィーのための超音波走査が実行されると、Ｂモード走査の開始指示がなされることを待機している。システム制御部３５は、ユーザにより入力部３１を介してＢモード走査の開始指示がなされることを契機として、Ｂモード走査のために送受信制御部１５を制御する。Ｂモード走査において送受信制御部１５は、送信部１１と受信部１３とを制御し、走査領域を対象として超音波走査を実行する。画像生成部２１は、受信部１３からの受信信号に基づいて、走査領域に関するＢモード画像を繰り返し生成する。

ステップＳ６が行われるとシステム制御部３５は、表示部２９に表示処理を行わせる（ステップＳ７）。ステップＳ７において表示部２９は、生成されたＢモード画像に予測経路ラインを重ね合わせて表示機器に表示する。ユーザは、Ｂモード画像や予測経路ラインを観察しながら、穿刺針１００を被検体に刺し入れ、検査部位まで進める。表示部２９は、ユーザにより入力部３１を介して刺入角度等の穿刺針情報が入力されたことを契機として、予測経路ラインを表示する。従って、ユーザは、予測経路ラインを観察しながら、穿刺針を被検体に刺し入れることができる。

図６は、表示部２９による予測経路ラインＬ１の表示例を示す図である。図６に示すように、表示部２９は、Ｂモード走査期間において、Ｂモード画像ＩＢを動画形式で即時的に表示している。表示部２９は、予測経路ラインＬ１をＢモード画像ＩＢに位置整合して重ね合わせて表示する。予測経路ラインＬ１は、例えば、図６に示すように、点線で表示される。なお、予測経路ラインＬ１は、点線で表示されるとしたが、これに限定されない。予測経路ラインＬ１は、直線や破線、一点鎖線、２点鎖線等のあらゆる線種で表示可能である。また、予測経路ラインＬ１は、黒や白、青、赤等のユーザの好みに応じた如何なる色で表示されてもよい。

図６に示すように、表示部２９は、ガイド性能の向上のため、刺入角度だけ傾いた直線（穿刺ライン）Ｌ２を予測経路ラインＬ１とともに表示すると良い。穿刺ラインＬ２は、刺入角度のみに基づいて決定されているので、直線である。穿刺ラインＬ２は、混同を避けるため、予測経路ラインＬ１とは異なる線種や色、太さで表示されるとよい。このように、予測経路ラインＬ１とともに穿刺ラインＬ２を表示することで、ユーザは、予測経路をより把握しやすくなる。

なお、予測経路ラインは、Ｂモード画像に重ねられるのみに限定されない。例えば、予測経路ラインは、エラスト画像に重ねられても良い。また、Ｂモード画像とエラスト画像との合成画像に重ねられても良い。予測経路ラインに重ねられる画像は、ユーザにより予め入力部を介して選択されるとよい。なお、Ｂモード画像とエラスト画像とは、並列表示されてもよい。この際、予測経路ラインは、Ｂモード画像とエラスト画像との両方に重ねられても良いし、Ｂモード画像とエラスト画像との何れか一方に重ねられても良い。

このように、刺入角度と組織性状情報とを加味して推定された予測経路ラインが表示されることで、ユーザは、穿刺針１００の進入経路をより的確に把握することができる。従って、ユーザは、より正確に穿刺の計画を立てることができ、また、穿刺針１００の刺し直しの頻度を低減することができる。

ステップＳ７が行われるとシステム制御部３５は、ユーザにより入力部３１を介して終了指示がなされたことを契機として、本実施形態に係る超音波検査を終了する。

なお、予測経路ラインの通りに穿刺針１００を刺し入れられるとは限らない。本実施形態に係る超音波診断装置１は、実際の穿刺針の位置に応じて予測経路ラインを補正するために第２推定部２７を有している。以下、第２推定部２７による予測経路ラインの推定処理について、図７を参照しながら説明する。なお、第２推定部２７により推定される予測経路ラインを補正経路ラインＬ３と呼ぶことにする。

上述のように、ユーザにより穿刺針１００が被検体内に刺し入れられる。位置センサ２００は、穿刺針の先端の位置を磁気的に繰り返し検出し、検出された位置のデータを即時的に第２推定部２７に送信する。穿刺針の先端の位置は、実空間の座標系により規定される。第２推定部は、検出された穿刺針の先端の位置に基づいて予測経路を補正する。例えば、繰り返し検出された位置に補外処理を施し、予測経路を生成する。具体的には、第２推定部２７は、繰り返し検出された位置を走査面と同一の座標系にプロットする。なお、第２推定部２７は、実空間の座標系と走査面の座標系との位置合わせ情報を保持しており、この位置合わせ情報を利用して、検出された位置を走査面の座標系にプロットする。プロットされた点が分布している区間が実測区間となる。第２推定部２７は、プロットされた実測区間の点の座標に基づいて実測区間外の点の座標を補外法により計算する。そして第２推定部２７は、実測区間の点と実測区間外の点とを線で結び補正経路ラインＬ３を生成する。補正経路ラインＬ３は、表示部２９により表示される。このように、第２推定部２７は、実際の穿刺針１００の移動経路に基づいて穿刺針１００の予測経路を推定することができる。

なお、位置センサ２００により実際の穿刺針１００の移動経路が特定される。記憶部３３は、特定された実際の穿刺針２００の移動経路を、予測経路データベースの予測経路の項目に登録するとよい。この際、記憶部３３は、実際の穿刺針２００の移動経路に対応する刺入角度及び仕様情報を、ユーザからの入力部３１を介した指示に従って登録する。このように、記憶部３３は、実測の移動経路を予測経路として予測経路データベースに登録し、蓄積することができる。これにより、第１推定部２５による予測経路データベースを利用した予測経路の予測精度が向上する。

［変形例１］
本実施形態において組織性状情報計測部２３は、組織性状情報としてエラスト画像を生成するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例１に係る組織性状情報計測部２３は、組織性状情報として、組織性状診断による診断結果を計測する。以下、変形例１に係る組織性状情報について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

変形例１に係る組織性状情報計測部２３は、組織性状診断の技術により、受信信号、Ｂモードデータ、あるいは、Ｂモード画像に含まれるスペックルの分布から、検査対象の生体組織の種類を特定する。第１推定部２３は、本実施形態と同様にして、生体組織の種類と刺入角度とに基づいて被検体内における穿刺針の予測経路を推定する。

［変形例２］
本実施形態において予測経路は、線として推定されるとした。変形例２に係る予測経路は、領域として推定される。以下、変形例２に係る予測経路について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

変形例２に係る第１推定部２５は、組織性状情報と刺入角度とに基づいて穿刺針１００が進入する可能性のある領域（以下、予測進入領域と呼ぶ）を推定する。例えば、予測経路データベースにおいて、単一の組織性状情報と刺入角度との組合せについて複数の予測経路が登録されている場合がある。この予測経路データベースを利用して、単一の組織性状情報と刺入角度との組合せについて複数の予測経路が推定された場合、第１推定部２５は、推定された複数の予測経路を包含する領域が予測侵入領域として推定される。また、予測経路が確率的に推定された場合、一定確率以上の予測経路を包含する領域が予測侵入領域として推定されてもよい。

この場合、表示部２９は、推定された予測侵入領域Ｒ１を表示する。図８は、予測侵入領域Ｒ１の表示例を示す図である。図８に示すように、表示部２９は、予測侵入領域Ｒ１を明示するために、予測侵入領域Ｒ１の輪郭を強調して表示する。具体的には、表示部２９は、予測侵入領域Ｒ１の輪郭を示すラインＥＬを、予測侵入領域Ｒ１の端部に重ねる。図９は、予測侵入領域Ｒ１の他の表示例を示す図である。図９に示すように、表示部２９は、予測侵入領域Ｒ１を色や模様で強調して表示してもよい。この場合、予測侵入領域Ｒ１の背後にあるＢモード画像あるいはエラスト画像の視認性を高めるため、予測侵入領域Ｒ１は透明度を有する色や模様で表示されるとよい。予測侵入領域Ｒ１の表示方法は、入力部３１を介してユーザにより任意に選択可能である。

［効果］
上記の説明の通り、本実施形態に係る超音波診断装置１は、組織性状情報計測部２３と第１推定部２５とを有している。組織性状情報計測部２３は、超音波プローブ３からのエコー信号に基づいて組織性状情報を計測する。第１推定部２５は、組織性状情報と刺入角度とに基づいて、被検体内における穿刺針１００の予測経路を推定する。予測経路は、表示部２９により表示される。

上記構成により、本実施形態に係る超音波診断装置１は、刺入角度と組織性状情報とに基づいて予測経路を推定するので、個々の被検体や検査部位に応じた予測経路をユーザに提示することができる。従って、穿刺ラインを表示していた従来に比して、超音波診断装置１は、穿刺針１００の経路をより正確に示すことができる。これにより、穿刺針１００の刺し直しの頻度を減らすことができる。また、超音波画像上で予測経路と実際の穿刺針１００とを見比べることで、ユーザが穿刺針１００の経路が正しいか否かを従来に比して早い段階で判断することができる。従って超音波診断装置１は、被検体の負担を軽減することができる。

かくして、本実施形態によれば、穿刺針を利用した超音波検査の効率の向上を可能とする超音波診断装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…超音波診断装置、３…超音波プローブ、５…装置本体、１１…送信部、１３…受信部、１５…送受信制御部、１７…Ｂモード処理部、１９…ドプラモード処理部、２１…画像生成部、２３…組織性状情報計測部、２５…第１推定部、２７…第２推定部、２９…表示部、３１…入力部、３３…記憶部、３５…システム制御部

Claims (14)

1. 超音波を送受信する超音波プローブと、
   前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて被検体内の生体組織の性状に関する情報を計測する計測部と、
   前記被検体に刺し入れられる穿刺針の刺入角度を入力する入力部と、
   前記性状に関する情報と前記刺入角度とに基づいて前記被検体内における前記穿刺針の予測経路を推定する推定部と、
   前記予測経路を表示する表示部と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記計測部は、前記性状に関する情報として、前記エコー信号に基づいて前記生体組織の硬さに関する指標値であるエラスト値の空間分布を表現するエラスト画像のデータを生成する、請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記推定部は、
   前記エラスト画像に基づいて閾値よりも大きいエラスト値を有する領域を抽出し、
   前記抽出された領域の分布と前記刺入角度とに基づいて前記予測経路を計算する、
   請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記推定部は、前記抽出された領域の分布から前記抽出された領域の向きを計算し、前記抽出された領域の向きを利用して前記予測経路を計算する、請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記表示部は、前記予測経路を前記エラスト画像に重ね合わせる、請求項３記載の超音波診断装置。
6. 前記入力部は、さらに、前記針の硬さ、太さ、加工状態、及び材質の少なくとも一つを含む前記穿刺針の仕様情報を入力し、
   前記推定部は、前記抽出された領域のエラスト値と前記刺入角度と前記仕様情報とに基づいて、前記穿刺針に対する前記生体組織の抵抗力を計算し、前記抵抗力と前記刺入角度とに従って前記予測経路を計算する、
   請求項３記載の超音波診断装置。
7. 前記計測部は、前記性状に関する情報として、前記超音波プローブからのエコー信号から、前記生体組織のスペックルの空間分布に基づく前記生体組織の種類に関する情報を生成する、請求項１記載の超音波診断装置。
8. 生体組織の性状に関する情報と穿刺針の刺入角度との組合せ毎に穿刺針の予測経路を関連付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
   前記推定部は、前記テーブルを利用して前記計測された性状に関する情報と前記入力された刺入角度とから前記被検体内における前記穿刺針の予測経路を出力する、
   請求項１記載の超音波診断装置。
9. 前記表示部は、前記入力部により前記刺入角度が入力されたことを契機として前記予測経路を表示する、請求項１記載の超音波診断装置。
10. 前記穿刺針の先端の位置に基づいて前記穿刺針の他の予測経路を計算する計算部、をさらに備える、請求項１記載の超音波診断装置。
11. 前記推定部は、前記性状に関する情報と前記刺入角度とに基づいて、前記予測経路として、前記穿刺針が進入する可能性のある領域を推定し、
    前記表示部は、前記推定された領域を表示する、
    請求項１記載の超音波診断装置。
12. 前記表示部は、前記予測経路と前記刺入角度分の傾きを有する直線とを並べて表示する、請求項１記載の超音波診断装置。
13. 前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて、前記被検体内に関するＢモード画像のデータを生成する生成部をさらに備え、
    前記表示部は、前記予測経路を前記Ｂモード画像に重ね合わせる、
    請求項１記載の超音波診断装置。
14. 被検体に超音波を送信し、前記被検体からの超音波を受信する超音波プローブと、
    前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて前記被検体に関する超音波画像のデータを生成する生成部と、
    穿刺針の先端を繰り返し検出する検出部と、
    前記繰り返し検出された先端の位置に基づいて前記穿刺針の予測経路を計算する計算部と、
    前記計算された予測経路を前記超音波画像に重ねて表示する表示部と、
    を具備する超音波診断装置。

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