JP2014028125A - 超音波診断装置及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波走査下における穿刺術の効率の向上。
【解決手段】超音波プローブ２は、複数の振動子を含む。送信部３１は、複数の振動子を介して被検体の走査対象領域に超音波を送信する。受信部３２は、複数の振動子を介して当該走査対象領域からの超音波を受信する。ボリュームデータ発生部５は、受信部３２からの受信信号に基づいて当該走査対象領域に関するボリュームデータを発生する。刺入エリア設定部８は、ボリュームデータにおける穿刺針の刺入予定経路を中心軸とした所定の範囲に刺入エリアを設定する。展開画像発生部９は、ボリュームデータにおける刺入エリアの側面の輝度値分布を、当該中心軸回りの回転角度と当該中心軸の基準点からの距離とにより規定される２次元の極座標で表現する展開画像を発生する。表示部１４は、展開画像を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置及び制御プログラムに関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動子から患者の体内に超音波パルスを放射する。超音波診断装置は、生体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射波を振動子により受信する。超音波診断装置は、超音波反射波の受信により発生される受信信号に基づいて種々の生体情報を収集する。近年の超音波診断装置は、複数の振動子に供給する駆動信号や前記振動子から得られる受信信号の遅延時間を制御することにより超音波の送受信方向や集束点を電子的に制御することができる。このような超音波診断装置を用いることにより操作者は、超音波プローブの先端部を体表面に接触させるだけの簡単な操作で画像をリアルタイムで容易に観察することができる。超音波診断装置は、生体臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

近年、このような超音波診断装置を用いて得られた画像の観察下において、患者の病巣部（検査／治療対象部位）に穿刺針を刺入することにより所定の検査あるいは治療を行なう方法が開発されている。例えば、穿刺針を含む断面において収集された２次元画像が表示される。当該２次元画像には病巣部と穿刺針とが描出される。操作者は、病巣部と穿刺針とを観察し、これらの位置関係を把握しながら病巣部に穿刺針を刺入する。

穿刺針の正確な刺入を支援することを目的として、２次元画像に穿刺ガイドラインが重ねられている。穿刺ガイドラインは、穿刺針の刺入予定経路を示す直線状のマークである。穿刺ガイドラインは、超音波プローブに取り付けられる穿刺用アダプタの情報などに基づいて作成される。

穿刺針は患者の体内において直線的に刺入されることを前提としている。しかしながら、通常の穿刺針は十分な硬度を有していない。このため、刺入経路における生体組織の弾性（硬さ）特性が不均一な場合、穿刺ガイドラインが示す刺入予定経路とは異なる方向へ穿刺針が刺入される場合がある。穿刺針が２次元画像の断面から逸れた場合、穿刺針の先端部を当該２次元画像において把握することは出来ない。

このような問題点を解決するために次のような超音波診断装置が提案されている。この超音波診断装置は、２次元状に複数の振動子がされた２次元アレイ超音波プローブを用いて病巣部を含んだ患者体内の３次元領域におけるボリュームデータを収集するとともに当該３次元領域に刺入された穿刺針の先端位置情報を検出する。当該超音波診断装置は、穿刺針先端部を基準として互いに直交する複数の断面画像をボリュームデータに基づいて発生し、これら複数の断面画像を表示する。操作者は、これら複数の断面画像を観察することにより、穿刺針が曲がって刺入された場合においても、穿刺針の先端部を正確に把握することができる。

特開２０００−１８５０４１号公報

ボリュームデータを用いた上述の方法によれば、生体組織における弾性特性の不均一性に起因して穿刺針の実際の刺入経路が刺入予定経路から逸れた場合においても、穿刺針先端部の位置情報を正確に捉えることができる。

しかしながら、上記表示方法により観察される領域は、穿刺針先端部を基準として設定された互いに直交するＭＰＲ断面に限定される。刺入前あるいは刺入中の穿刺針先端部を基準とする広範囲な形態情報を当該表示方法により効率よく観察することは困難である。

実施形態の目的は、超音波走査下における穿刺術の効率を向上することが可能な超音波診断装置及び超音波画像処理方法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、複数の振動子を含む超音波プローブと、前記複数の振動子を介して被検体の走査対象領域に超音波を送信する送信部と、前記複数の振動子を介して前記走査対象領域からの超音波を受信する受信部と、前記受信部からの受信信号に基づいて前記走査対象領域に関するボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、前記ボリュームデータにおける穿刺針の刺入予定経路を中心軸とした所定の範囲に注目領域を設定する画像領域設定部と、前記ボリュームデータにおける前記注目領域の側面の輝度値分布を、前記中心軸回りの回転角度と前記中心軸の基準点からの距離とにより規定される２次元の極座標で表現する展開画像を発生する展開画像発生部と、前記展開画像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の送受信部及び信号処理部の構成を示す図。 図１の超音波プローブと超音波送受信方向との関係を説明するための図であり、超音波プローブ２とｐｑｒ直交座標系との位置関係を示す図。 図１の超音波プローブと超音波送受信方向との関係を説明するための図であり、図３Ａのｐｑｒ座標系のｐｒ平面に超音波の送受信方向θｐが投影された図。 図１の超音波プローブと超音波送受信方向との関係を説明するための図であり、図３Ａのｐｑｒ座標系のｑｒ平面に超音波の送受信方向φｑが投影された図。 本実施形態の超音波診断装置が備えるボリュームデータ発生部の構成を示す図。 図１の位置情報計算部の構成を示す図。 図１の刺入エリア設定部により設定された刺入エリアを示す図。 図１の展開画像発生部の構成を示す図。 図１の展開画像発生部により発生される展開画像を示す図。 図１の展開画像発生部により発生される、管腔領域が重畳された展開画像を示す図。 図１の穿刺支援画像発生部により発生される、距離マークを含む穿刺支援画像の一例を示す図。 図１の穿刺支援画像発生部により発生される、穿刺針が通過済みの区間に対応する距離マークと未通過の区間に対応する距離マークとを含む穿刺支援画像の一例を示す図。 図１の穿刺支援画像発生部により発生される、交差位置マークを含む穿刺支援画像の一例を示す図。 図１のシステム制御部の制御の下に行われる穿刺支援画像の発生／表示処理の典型例を示す図。 応用例１に係る穿刺支援画像を示す図であり、区間［ｑ２−ｑ５］に関する穿刺支援画像を説明するための図。 応用例１に係る穿刺支援画像を示す図であり、区間［ｑ０−ｑ３］に関する穿刺支援画像を説明するための図。 応用例１の変形例に係る穿刺支援画像を示す図であり、穿刺目標領域が重畳された展開画像を含む穿刺支援画像を示す図。 本実施形態に係るプローブマークが取り付けられた超音波プローブを正面から見た図。 本実施形態に係るプローブマークが取り付けられた超音波プローブを上方から見た図。 図１の穿刺支援画像発生部により発生される、方位マークを含む穿刺支援画像を示す図。

以下、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

本実施形態に係る超音波診断装置は、穿刺術において利用される。本実施形態に係る穿刺針は、病巣部の組織採取を目的とした生検用（生体組織検査用）の穿刺針であっても良いし、病巣部の焼灼治療が可能なＲＦＡ穿刺針等の焼灼治療用穿刺針であっても良い。以下、本実施形態の説明を具体的に行うため、本実施形態に係る穿刺針は生検用の穿刺針であるとする。

本実施形態に係る超音波診断装置は、ボリュームデータを発生可能であれば、超音波プローブのタイプに制限を設けない。すなわち、本実施形態に係る超音波プローブは、２次元状に配列された複数の振動子を有する２次元アレイタイプであっても良いし、１次元状に配列された複数の振動子を有する１次元アレイタイプであっても良い。２次元アレイタイプの場合、超音波診断装置は、２次元状に配列された複数の振動子を介して３次元領域を超音波走査することによりボリュームデータを収集する。１次元アレイタイプの場合、超音波診断装置は、１次元の振動子列を機械的に移動させながら当該振動子列を介して走査面を繰り返し超音波走査することによりボリュームデータを収集する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、超音波診断装置１００は、超音波プローブ２、送受信部３、信号処理部４、ボリュームデータ発生部５、位置情報計算部６、及び位置情報記憶部７を有する。

超音波プローブ２は、複数の振動子を有している。複数の振動子は、穿刺針１５０の刺入前あるいは刺入中における患者体内の３次元の走査領域に対して超音波（超音波パルス）を放射する。複数の振動子は、走査領域からの超音波（超音波反射波）を電気的な受信信号に変換する。超音波プローブ２の内部あるいは周辺部には、実空間における超音波プローブ２の位置や方向を把握するためのプローブセンサ２１が設けられている。プローブセンサ２１は、超音波プローブ２に設けられた位置センサである。プローブセンサ２１は、超音波プローブ２の位置を検出する。超音波プローブ２の壁面には、穿刺用アダプタ２２とアダプタセンサ２３とが設けられている。穿刺用アダプタ２２は、病巣部の検査あるいは治療に用いられる穿刺針１５０の刺入初期位置を規定すると共に穿刺針１５０を刺入方向に対してスライド自在に保持する。アダプタセンサ２３は、穿刺用アダプタ２２に設けられた位置センサである。アダプタセンサ２３は、穿刺用アダプタ２２の先端位置を検出する。穿刺用アダプタ２２の先端位置は、穿刺針１５０の刺入の初期位置に対応する。穿刺針１５０の先端には穿刺針センサ１５１が設けられている。穿刺針センサ１５１は、穿刺針１５０の先端位置を検出する。

送受信部３は、走査領域に対して超音波を放射するための駆動信号を複数の振動子へ供給する。送受信部３は、これら複数の振動子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する。信号処理部４は、整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータを発生する。ボリュームデータ発生部５は、超音波の送受信方向単位で得られた上述のＢモードデータに基づいてボリュームデータを発生する。

位置情報計算部６は、穿刺針センサ１５１、プローブセンサ２１、及びアダプタセンサ２３からの位置信号に基づいて穿刺針１５０の先端の位置情報を計算する。以下、穿刺針１５０の先端の位置情報を針先位置情報と呼ぶことにする。針先位置情報は、超音波プローブ２に対する穿刺針１５０の先端の相対的な位置情報である。また、位置情報計算部６は、穿刺針センサ１５１、プローブセンサ２１、及びアダプタセンサ２３からの位置信号に基づいて穿刺針１５０の先端の初期位置情報を計算する。以下、穿刺針１５０の先端の初期位置情報を針先初期位置情報と呼ぶことにする。針先初期位置情報は、超音波プローブ２に対する、刺入直前における穿刺針１５０の先端の相対的な位置情報である。穿刺針１５０は、初期的には穿刺用アダプタ２２の先端に位置している。すなわち、針先初期位置情報は、超音波プローブ２に対する穿刺用アダプタ２２の先端の相対的な位置情報である。また、位置情報記憶部７は、位置情報計算部６により計算された針先位置情報と針先初期位置情報とを記憶する。

図１に示すように、超音波診断装置１００は、さらに、刺入エリア設定部８、展開画像発生部９、及びＭＰＲ画像発生部１０を有している。

刺入エリア設定部８は、ボリュームデータにおける穿刺針１５０の刺入予定経路を中心軸とする所定の範囲に画像領域を設定する。以下、この画像領域を刺入エリアと呼ぶことにする。具体的には、刺入エリア設定部８は、針先初期位置情報と穿刺目標領域とに基づいてボリュームデータに穿刺針１５０の刺入予定経路を設定する。例えば、穿刺目標領域は、操作者による入力部１５を介したＭＰＲ画像に対する指示に従って設定される。そして刺入エリア設定部８は、刺入予定経路を中心軸とした所定の大きさを有する所定形状の画像領域を刺入エリアとして設定する。刺入エリアの形状は、円筒形状であっても良いし、多角柱形状であっても良い。以下、刺入エリアの形状は円筒形状であるとする。刺入エリアの半径は、操作者により入力部１５を介して任意に設定可能である。

展開画像発生部９は、ボリュームデータにおける刺入エリアの側面の輝度値分布を、当該刺入エリアの中心軸回りの回転角度と当該中心軸の基準点からの距離とにより規定される２次元極座標で表現する画像を発生する。以下、この画像を展開画像と呼ぶことにする。

ＭＰＲ画像発生部１０は、ボリュームデータに基づいて所望断面のＭＰＲ（multi planar reconstruction）画像データを発生する。

さらに超音波診断装置１００は、穿刺支援画像発生部１１を有している。穿刺支援画像発生部１１は、穿刺針１５０の位置の把握を支援するための穿刺インジケータが位置整合して重畳された展開画像を発生する。以下、穿刺インジケータが重畳された展開画像を穿刺支援画像と呼ぶことにする。

図１に示すように、超音波診断装置１００は、さらに表示部１４、入力部１５、及びシステム制御部１６を有している。

表示部１４は、種々の情報を表示する。例えば、表示部１４は、ＭＰＲ画像や展開画像、穿刺支援画像を表示する。具体的には、表示部１４は、図示しない表示データ発生部、データ変換部、及びモニタを備えている。表示データ発生部は、上述のＭＰＲ画像や穿刺支援画像を所定の表示フォーマットに変換して表示データを発生する。データ変換部は、上述の表示データに対しＤ／Ａ変換やテレビフォーマット変換等の変換処理を行う。モニタは、変換処理後の表示データを表示する。

入力部１５は、操作者による種々の指示を入力機器を介して受け付ける。入力機器としては、例えば、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等が挙げられる。

システム制御部１６は、上述の各部を統括的に制御する。システム制御部１６は、図示しないＣＰＵと入力情報記憶部を備えている。入力部１５において入力あるいは設定された上述の各種情報は入力情報記憶部に保存される。ＣＰＵは、上述の各種情報を用いて超音波診断装置１００が備える各部を統括的に制御する。各部の統括制御により、当該患者の３次元領域に対する超音波走査が実行される。また、各部の統括制御により、超音波走査により収集されたボリュームデータに基づいて、穿刺針１５０を用いた検査あるいは治療に有効な穿刺支援画像の発生と表示とが実行される。

次に超音波走査からボリュームデータの発生の処理を説明する。

図２は、送受信部３と信号処理部４との詳細な構成を示す図である。超音波プローブ２は、２次元配列されたＮ個（Ｎ＝Ｎ１×Ｎ２）の図示しない振動子をその先端部に有している。操作者は、超音波走査の際、超音波プローブ２の先端部を患者の体表に接触させる。振動子各々は、図示しないＮチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部３に接続されている。これらの振動子は電気音響変換素子であり、送信時には駆動信号（電気パルス）を送信超音波（超音波パルス）に変換し、受信時には受信超音波（超音波反射波）を電気的な受信信号に変換する。

なお、超音波プローブ２には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等の様々なタイプがある。操作者は、好適な超音波プローブ２を検査／治療部位に応じて任意に選択することが可能である。本実施形態においては、２次元配列されたＮ個の振動子をその先端部に有するセクタ走査用の超音波プローブ２を前提として説明する。

図２に示すように送受信部３は、送信部３１と受信部３２とを有する。送信部３１は、患者体内の所定方向に対し超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ２に含まれる複数の振動子に供給する。受信部３２は、複数の振動子から供給される複数チャンネルの受信信号を整相加算する。

送信部３１は、レートパルス発生器３１１、送信遅延回路３１２、及び駆動回路３１３を備えている。

レートパルス発生器３１１は、体内に放射される送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを、システム制御部１６から供給される基準信号を分周することによって発生する。レートパルス発生器３１１は、発生されたレートパルスを送信遅延回路３１２へ供給する。送信遅延回路３１２は、例えば、超音波プローブ２に内蔵されたＮ個の振動子の中から選択されたＮｔ個の送信用振動子と同数の独立な遅延回路から構成される。送信遅延回路３１２は、集束用遅延時間と偏向用遅延時間とをレートパルス発生器３１１から供給された上述のレートパルスに与える。集束用遅延時間は、所定の深さに送信超音波を集束するための遅延時間である。偏向用遅延時間は、所定方向に送信超音波を放射するための遅延時間である。駆動回路３１３は、送信遅延回路３１２から供給されるレートパルスに基づいて上述の集束用遅延時間と偏向用遅延時間とが与えられた駆動用パルスを発生する。発生された駆動用パルスは、超音波プローブ２に内蔵されたＮｔ個の送信用振動子に供給される。

受信部３２は、プリアンプ３２１、Ａ／Ｄ変換器３２２、受信遅延回路３２３、及び加算器３２４を備えている。

プリアンプ３２１は、超音波プローブ２に内蔵されたＮ個の振動子の中から選択されたＮｒ個の受信用振動子に対応するＮｒチャンネルだけ設けられている。プリアンプ３２１は、受信用振動子からの受信信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３２２は、プリアンプ３２１から供給されたＮｒチャンネルの受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。受信遅延回路３２３は、集束用遅延時間と偏向用遅延時間とをＡ／Ｄ変換器３２２から出力されたＮｒチャンネルの受信信号の各々に与える。集束用遅延時間は、所定の深さからの受信超音波を集束するための遅延時間である。偏向用遅延時間は、所定方向に対して強い受信指向性を設定するための遅延時間である。加算器３２４は、受信遅延回路３２３から出力されたＮｒチャンネルの受信信号を加算合成する。すなわち、受信遅延回路３２３と加算器３２４とにより受信信号が整相加算される。

図３は、超音波プローブ２の中心軸をｒ軸とした直交座標系（ｐｑｒ）における超音波の送受信方向（θｐ、φｑ）を示す図である。図３Ａは、超音波プローブ２とｐｑｒ直交座標系との位置関係を示す図である。図３Ａにおいては、一例として、Ｎ個の振動子がｐ軸方向及びｑ軸方向に２次元配列されている。すなわち、ｐ軸とｑ軸とにより規定される２次元面はＮ個の振動子の配列面に一致する。ｒ軸は振動子の配列面に直交する。ｒ軸は振動子の配列面の中心を通るように規定さえる。図３Ｂは、ｐｒ平面に超音波の送受信方向θｐが投影された図である。図３Ｃは、ｑｒ平面に超音波の送受信方向φｑが投影された図である。

図２に示すように、受信信号処理部４は、包絡線検波器４１と対数変換器４２とを備えている。包絡線検波器４１は、加算器３２４から出力された受信信号の各々に対して包絡線検波を行なう。対数変換器４２は、包絡線検波後の受信信号に対数変換処理を施す、対数変換により、より小さな信号振幅が相対的に強調される。対数変換処理後の受信信号はＢモードデータと呼ばれている。Ｂモードデータは、ボリュームデータ発生部５に供給される。

図４は、ボリュームデータ発生部５の詳細な構成を示す図である。ボリュームデータ発生部５は、Ｂモードデータ記憶部５１、補間処理部５２、及びボリュームデータ記憶部５３を備えている。

Ｂモードデータ記憶部５１は、超音波走査により収集されたＢモードデータを送受信方向（θｐ、φｑ）の情報に関連付けて順番に記憶する。送受信方向の情報は、システム制御部１６から供給される。

補間処理部５２は、Ｂモードデータ記憶部５１から読み出したＢモードデータを送受信方向（θｐ、φｑ）に従ってメモリ内に配列する。そして補間処理部５２は、配列されたＢモードデータに補間処理等を施しボリュームデータ（Ｂモードボリュームデータ）を発生する。得られたボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５３に記憶される。

次に、位置情報計算部６の詳細について説明する、図５は、位置情報計算部６の詳細な構成を示す図である。図５に示すように、位置情報計算部６は、穿刺針位置情報計算部６１、アダプタ位置情報計算部６２、プローブ位置情報計算部６３、及び相対位置情報計算部６４を備えている。穿刺針位置情報計算部６１は、穿刺針センサ１５１から供給される位置信号に基づいて穿刺針１５０の先端の位置情報を計算する。アダプタ位置情報計算部６２は、アダプタセンサ２３から供給される位置信号に基づいて穿刺用アダプタ２２の先端の位置情報（すなわち、刺入前における穿刺針先端部の位置情報）を計算する。プローブ位置情報計算部６３は、超音波プローブ２の内部あるいは周辺部に設けられた複数のプローブセンサ２１から供給される位置信号に基づいて超音波プローブ２の位置情報（位置及び方向）を計算する。

穿刺針１５０、穿刺用アダプタ２２、及び超音波プローブ２の位置計算法として各種の方法が既に提案されている。検出精度、コスト及び大きさを考慮した場合、超音波センサあるいは磁気センサを位置センサとして用いる方法が好適である。磁気センサを用いたプローブ位置情報計算部６３は、例えば、特開２０００−５１６８号公報等に記載されている。すなわち、プローブ位置情報計算部６３は、トランスミッタ（磁気発生部）と計算部とを備えている。トランスミッタ（磁気発生部）は、磁気を発生する。計算部は、発生された磁気を検出した複数の磁気センサ（プローブセンサ２１）から供給される位置信号を処理して超音波プローブ２の位置情報（位置及び方向）を計算する。

なお、プローブセンサ２１として利用される磁気センサは、通常、超音波プローブ２の表面に装着され、プローブ位置情報計算部６３のトランスミッタは、超音波プローブ２の近傍に配置される。そして、上述の計算部は、複数の磁気センサの配列間隔と、磁気を利用して計測された前記磁気センサの各々とトランスミッタとの距離とに基づいて超音波プローブ２の位置や方向を計算する。

図５に示すように相対位置情報計算部６４は、プログラム保管部６４１と演算部６４２とを備えている。プログラム保管部６４１は、相対位置情報算出用プログラムを保管する。演算部６４２は、相対位置情報算出用プログラムを用いて所定の演算処理を行なう。

より詳細には、演算部６４２は、穿刺針位置情報計算部６１から供給される穿刺針先端部の位置情報とプローブ位置情報計算部６３から供給される超音波プローブ２の位置情報とに基づいて、患者体内に刺入された穿刺針１５０の針先位置情報を計算する。

同様にして、演算部６４２は、アダプタ位置情報計算部６２から供給される穿刺用アダプタ２２の位置情報とプローブ位置情報計算部６３から供給される超音波プローブ２の位置情報とに基づいて針先初期位置情報を計算する。

針先位置情報や針先初期位置情報により、刺入前あるいは患者体内に刺入された穿刺針１５０の先端部とボリュームデータあるいはこのボリュームデータに基づくＭＰＲ画像データとの対応付けが可能となる。

針先位置情報と針先初期位置情報とは、図１の位置情報記憶部７に保存される。すなわち、位置情報記憶部７は、患者の体内に刺入された穿刺針１５０の先端の移動に伴って相対位置情報計算部６４から繰り返し供給される針先位置情報を順番に記憶する。同様にして位置情報記憶部７は、穿刺用アダプタ２２の位置／方向の設定や更新に伴って相対位置情報計算部６４から供給される針先初期位置情報を記憶する。

次に、図６を参照しながら刺入エリア設定部８の詳細について説明する。図６は、刺入エリアＲｏを模式的に示す図である。図６に示すように、刺入エリアＲｏは一点鎖線で示す中心軸１５２を有する。中心軸１５２は、穿刺針１５０の先端の初期位置Ｏａと穿刺目標領域内の基準点Ｏｂとを結ぶ線分に設定される。初期位置Ｏａは、穿刺用アダプタ２２の位置情報（位置及び傾斜角度）によって一義的に決定される。基準点Ｏｂは、穿刺目標領域の中心点や重心点、端点等の任意の点に設定可能である。中心軸１５２は、刺入予定経路に一致する。刺入エリアＲｏは、予め設定された値ｇを半径とする円筒状の画像領域である。刺入エリアＲｏには側面Ｓｃが規定される。

刺入エリアの設定処理において刺入エリア設定部８は、位置情報記憶部７から針先初期位置情報を読み出す。また、刺入エリア設定部８は、操作者により入力部１５を介して穿刺目標領域が入力されることを待機する。刺入エリア設定部８は、初期位置Ｏａに対応する針先初期位置情報と穿刺目標領域の基準点Ｏｂの位置情報とに基づいてボリュームデータに刺入エリアＲｏを設定する。具体的には、まず、刺入エリア設定部８は、針先初期位置情報と基準点Ｏｂの位置情報とに基づいてボリュームデータに刺入予定経路を設定する。なお、針先初期位置情報に基づく刺入開始位置と当該患者の基準点Ｏｂとが刺入予定経路を通過するように超音波プローブ２及び穿刺用アダプタ２２の位置調整が予め行なわれている。例えば、刺入予定経路の角度が穿刺用アダプタ２２の位置や傾斜角度によって一義的に決定される場合、刺入予定経路と基準点Ｏｂとが交差するように超音波プローブ２及び穿刺用アダプタ２２の位置調整が行なわれる。この位置調整は、刺入予定経路と穿刺目標領域とが示されたＭＰＲ画像を観察しながら行われると良い。これにより刺入予定経路が確定される。そして、刺入エリア設定部８は、操作者による入力部１５を介した指示に従って、刺入開始位置（穿刺針先端初期位置）と穿刺目標領域の基準点Ｏｂとを結ぶ直線状の線分、すなわち、刺入予定経路を刺入エリアＲｏの中心軸１５２に設定する。

次に、展開画像発生部９の処理について説明する。図７は、展開画像発生部９の詳細な構成を示す図である。図７に示すように、展開画像発生部９は、側面データ発生部９１、管腔データ発生部９３、及び座標変換部９５を有している。

側面データ発生部９１は、ボリュームデータ発生部５からのボリュームデータから、刺入エリアの側面に存在する複数のボクセルを抽出する。刺入エリアの側面に存在する複数のボクセルの集合を側面データと呼ぶことにする。

管腔データ発生部９３は、ボリュームデータから所定の解剖学的領域に関する複数のボクセルを抽出する。抽出対象の解剖学的領域としては、例えば、血管や消化管等の管腔臓器が適している。例えば、管腔データ発生部９３は、刺入エリアの内部に存在するボリュームデータのボクセル値を所定の閾値に対して比較することにより、抽出対象の管腔臓器に対応したボクセルを抽出する。所定の閾値は、抽出対象の管腔臓器に対応するボクセルが有する輝度値の典型値が採用される。管腔臓器に存在する複数のボクセルの集合を管腔データと呼ぶことにする。

座標変換部９５は、側面データに基づいて展開画像を発生する。より詳細には、座標変換部９５は、所定の変換ルールに従って側面データに座標変換を施して展開画像を発生する。変換ルールは、直交３次元座標系を、展開画像を規定する２次元極座標系に変換するための座標変換式である。座標変換部９５は、側面データに対する変換ルールと同一の変換ルールに従って管腔データに座標変換を施し、座標変換後の管腔データに対応する管腔領域を展開画像に重畳しても良い。

図８は、展開画像Ｉｍの発生方法を説明するための図である。図８（ａ）は、ボリュームデータＶｏに設定された刺入エリアＲｏを示し、図８（ｂ）は、刺入エリアＲｏの側面Ｓｃに関する展開画像Ｉｍを示す図である。図８に示すように、展開画像Ｉｍは、穿刺目標領域の基準点Ｏｂを原点とし、中心軸１５２回りの回転角度と中心軸１５２上の基準点Ｏｂからの距離とにより規定される２次元の極座標系を有している。基準点域Ｏｂから距離ｄｘにあり中心軸１５２に垂直な面と側面Ｓｃとの交線ｐｘは、展開画像Ｉｍにおける原点Ｏｂ´を中心として距離ｒｘの同心円Ｐｐｘに対応する。原点Ｏｂ´は、基準点Ｏｂに対応する。展開画像発生部９は、交線ｐｘ上の複数のボクセルの輝度値を展開画像Ｉｍにおける同心円Ｐｐｘ上の複数の画素に割り当てる。この割り当て処理を距離ｄｘ，ｒｘを変更しながら繰り返し行うことにより展開画像Ｉｍが発生される。なお上記の図８（ｂ）においては、説明の簡単のため、展開画像Ｉｍに輝度値の濃淡を図示していない。実際には、刺入エリアＲｏの側面の輝度値分布に応じた濃淡が展開画像において表示される。

発生された展開画像は、表示部１４に表示される。上記の通り、展開画像は、穿刺針１５０の刺入予定経路（刺入エリアの中心軸）回りの全周方向の形態情報を示している。従って操作者は、刺入予定経路の周囲の解剖学的情報を一画面で観察することができる。一方、従来に係る超音波診断装置は、刺入予定経路が描出されたＭＰＲ画像を表示することにより穿刺針の刺入を支援していた。穿刺針が刺入予定経路から逸れた場合、ＭＰＲ画像に穿刺針領域が描出されなくなってしまう。ＭＰＲ画像に穿刺針領域が描出されなくなることにより操作者は不安を感じてしまう。実際には、穿刺針１５０が刺入予定経路を一寸も逸脱することなく穿刺目標領域に到達しなければならないということは無い。最終的に穿刺針１５０が穿刺目標領域に到達しさえすれば、穿刺針１５０が刺入予定経路から逸れても良い。上記の説明の通り、展開画像は、刺入予定経路を含んでいないが、穿刺目標領域を含んでいる。そのため、従来のＭＰＲ画像のように不要に穿刺針が描出されることが無いので、操作者は、一時的に刺入予定経路から実際の刺入経路が逸れることに起因するストレスを感じることが無く、穿刺針１５０の刺入に専念することができる。

上記の通り、展開画像には管腔領域が重畳されても良い。図９は、管腔領域ＲＬが重畳された展開画像Ｉｍ２の一例を示す図である。図９に示すように、展開画像Ｉｍ２には、管腔領域ＲＬが位置整合して重畳されている。展開画像Ｉｍ２に含まれる他の画像領域ＲＢは、側面データに由来する。表示部１４は、管腔領域ＲＬと他の画像領域ＲＢとを視覚的に区別して表示する。例えば、表示部１４は、管腔領域ＲＬと他の画像領域ＲＢとを異なる色で表示する。これにより、操作者は、展開画像Ｉｍ２における管腔領域ＲＬの存在範囲を明確に把握することができる。

なお展開画像に管腔領域を重畳するか否かは、操作者により入力部１５を介して任意に設定可能である。

次に、穿刺支援画像発生部１１の処理について説明する。穿刺支援画像発生部１１は、穿刺インジケータを作成し、作成された穿刺インジケータを展開画像に位置整合して重畳する。これにより穿刺支援画像が発生される。

穿刺インジケータとしては、例えば、距離マークが挙げられる。距離マークは、刺入予定経路上の基準点からの距離を展開画像上に一定間隔毎に記すマークである。基準点は、展開画像の原点、すなわち、穿刺目標領域の基準点に設定される。

次に、距離マークを含む穿刺支援画像の発生処理について説明する。穿刺支援画像発生部１１は、既定のマーク間隔に従って距離マークを作成する。

図１０は、距離マークを説明するための図である。図１０（ａ）は、実空間におけるボリュームデータＶｏと穿刺針１５０と刺入エリアＲｏとを模式的に示す図である。図１０（ｂ）は距離マークＭＤを含む穿刺支援画像Ｉｍ３を示す図である。例えば、操作者は、入力部１５を介してマーク間隔Δｄの値を入力する。穿刺支援画像発生部１１は、入力されたマーク間隔Δｄに従って距離マークＭＤを作成する。距離マークＭＤは、マーク間隔Δｄに穿刺目標領域の基準点Ｏｂからの距離を示すための複数の目盛マークＭｍにより構成される。例えば、基準点Ｏｂから距離０の位置がｑ０、距離Δｄの位置がｑ１、距離２Δｄの位置がｑ２、距離３Δｄの位置がｑ３、距離４Δｄの位置がｑ４、距離５Δｄの位置がｑ５であるとする。この場合、穿刺支援画像発生部１１は、距離ｑ０に対応する目盛マークＭｍ０、距離ｑ１に対応する目盛マークＭｍ１、距離ｑ２に対応する目盛マークＭｍ２、距離ｑ３に対応する目盛マークＭｍ３、距離ｑ４に対応する目盛マークＭｍ４、及び距離ｑ５に対応する目盛マークＭｍ５を作成する。各目盛マークＭｍは、原点Ｏｂ´を中枢とする円形の線（図１０においては点線）により形成される。各目盛マークＭｍｎ（ｎは任意の整数）の半径は、原点からｑｎまでの距離に対応する。各目盛マークＭｍの線種は点線に限定されず、実線や一点鎖線等のあらゆる線種の中から任意に選択されると良い。穿刺支援画像発生部１１は、これら目盛マークを展開画像の対応位置に合成する。これにより距離マークを含む穿刺支援画像Ｉｍ３が発生される。発生された穿刺支援画像Ｉｍ３は、表示部１４により表示される。

この際、表示部１４は、穿刺針１５０の先端部の位置を展開画像上において明示すると良い。例えば、表示部１４は、穿刺針１５０の先端部の位置に応じて距離マークの表示態様を変化させても良い。

図１１は、穿刺針１５０の先端の位置に応じた距離マークＭＤを含む穿刺支援画像Ｉｍ３´の一例を示す図である。図１１（ａ）は、実空間における穿刺針１５０と刺入エリアＲｏとを模式的に示す図である。図１１（ｂ）は距離マークＭＤを含む穿刺支援画像を示す図である。図１１（ａ）に示すように、穿刺針１５０の先端は、刺入予定経路（中心軸１５２）に沿って距離ｑ３と距離ｑ４との間の区間に位置しているものとする。

穿刺支援画像発生部１１は、マーク間隔Δｄと針先位置情報とに基づいて穿刺針１５０の先端が位置する区間を特定する。区間は、刺入エリアＲｏを中心軸１５２に沿ってマーク間隔Δｄ毎に区切ることにより画定される。例えば、図１１（ａ）においては、刺入エリアが区間［ｑ０−ｑ１］、区間［ｑ１−ｑ２］、区間［ｑ２−ｑ３］、区間［ｑ３−ｑ４］、及び区間［ｑ４−ｑ５］に区切られている。次に穿刺支援画像発生部１１は、穿刺針１５０の先端が位置する区間に基づいて穿刺針１５０の先端が通過済みの区間ｑＡと未通過の区間ｑＢとを推定する。具体的には、穿刺支援画像発生部１１は、穿刺針１５０の先端が位置する区間と当該区間よりも穿刺針１５０の初期位置側にある区間とを通過済みの区間ｑＡであると推定する。当該区間よりも穿刺針１５０の初期位置側にある区間は、針先位置情報と針先初期位置情報とに基づいて推定される。あるいは、当該検査における穿刺針１５０の先端の位置の履歴が保存されている場合、当該履歴を用いて通過済みの区間１Ａを特定しても良い。穿刺支援画像発生部１１は、通過済みの区間ｑＡに対応する距離マークＭｍＡと未通過の区間ｑＢに対応する距離マークＭｍＢとに異なる視覚効果を割り当てる。これにより表示部１４は、通過済みの区間ｑＡに対応する距離マークＭｍＡと未通過の区間ｑＢに対応する距離マークＭｍＢとを視覚的に区別可能に表示することができる。例えば、距離マークＭｍＡと距離マークＭｍＢとには異なるカラー値が割り当てられる。これにより表示部１４は、距離マークＭｍＡと距離マークＭｍＢとを異なる色で表示することができる。なお表示部１４は、距離マークＭｍＡと距離マークＭｍＢを異なる紋様で表示しても良い。これにより操作者は、展開画像（あるいは穿刺支援画像）上において穿刺針１５０の先端の現在位置を概略的に把握することができる。

なお、穿刺支援画像発生部１１は、穿刺針１５０の先端が位置する区間に対応する距離マークと他の区間に対応する距離マークとに異なる視覚効果を割り当てても良い。これにより表示部１４は、穿刺針１５０の先端が位置する区間に対応する距離マークと他の区間に対応する距離マークとを視覚的に区別可能に表示することができる。これにより操作者は、展開画像（あるいは穿刺支援画像）上において穿刺針の先端の現在位置を概略的に把握することができる。

種々の事情により、穿刺針１５０が刺入エリアから外れる場合がある。この場合、穿刺目標部位に穿刺針１５０を到達することができない可能性が高いので操作者に知らせることが望ましい。穿刺支援画像発生部１１は、その旨を示すインジケータを展開画像に重畳させることができる。すなわち、穿刺支援画像発生部１１は、患者体内に刺入された穿刺針１５０の先端と刺入エリアの側面との交差位置を示すマークを作成する。以下、交差位置を示すマークを交差位置マークと呼ぶことにする。

図１２は、交差位置マークＰｘｏを含む穿刺支援画像Ｉｍ４の一例を示す図である。図１２（ａ）は、実空間におけるボリュームデータＶｏと穿刺針１５０と刺入エリアＲｏとを模式的に示す図である。図１２（ｂ）は交差位置マークＰｘｏを含む穿刺支援画像Ｉｍ４を示す図である。図１２（ａ）に示すように、穿刺針１５０の先端は、区間［ｑ３−ｑ４］において刺入予定経路（中心軸１５２）から逸れて刺入エリアＲｏの側面Ｓｃに交差しているものとする。

まず、穿刺支援画像発生部１１は、針先位置情報と側面Ｓｃの位置情報とに基づいて、ボリュームデータＶｏにおける側面Ｓｃと穿刺針１５０の先端との交差位置Ｘｏの座標を算出する。穿刺支援画像発生部１１は、ｐｑｒ直交座標系により規定される、交差位置Ｘｏの３次元座標を算出する。次に穿刺支援画像発生部１１は、算出された３次元座標に対応する、展開画像Ｉｍ４の極座標Ｐｘｏを算出する。例えば、穿刺支援画像発生部は、３次元座標に上記の変換ルールを施して極座標Ｐｘｏを算出する。そして穿刺支援画像発生部１１は、算出された極座標Ｐｘｏの画素に交差位置マークＰｘｏを付す。これにより交差位置マークＰｘｏを含む穿刺支援画像Ｉｍ４が発生される。穿刺支援画像Ｉｍ４は、表示部１４により表示される。表示部１４は、操作者による穿刺針１５０の先端の位置の把握を容易にするため、穿刺支援画像Ｉｍ４において交差位置マークＰｘｏを強調すると良い。

このように表示部１４は、交差位置マークを表示することにより、穿刺針１５０が刺入エリアＲｏの側面に交差したことを操作者に知らせることができる。これにより操作者は、穿刺針１５０の刺入経路が刺入予定経路から大きく逸れていることを認識することができる。

（穿刺支援データの発生／表示手順）
次に、本実施形態における穿刺支援データの発生／表示手順につき図１３のフローチャートに沿って説明する。患者に対するボリュームデータの収集に先立ち、操作者は、入力部１５において患者情報を入力する。患者情報の入力後、操作者は、ボリュームデータ発生条件／ＭＰＲ画像データ発生条件／ＣＰＲ画像データ発生条件／管腔データ発生条件／発生条件／穿刺支援データ発生条件の設定や刺入エリア半径、マーク間隔、展開半径の設定等を行なう。そして、入力部１５を介して入力された上述の入力情報や設定情報は、システム制御部１６が備える入力情報記憶部に保存される（ステップＳ１）。

超音波診断装置１００に対する上述の初期設定が終了した後、操作者は、超音波プローブ２を患者の体表面に配置した状態で支援画像発生の開始指示信号を、入力部１５を介して入力する。入力された開始指示信号は、システム制御部１６へ供給される。指示信号の供給を受けてシステム制御部１６は、穿刺対象部位を含む患者体内の３次元領域を対象とするボリュームデータの収集を開始する。

ボリュームデータの収集の際、レートパルス発生器３１１は、システム制御部１６からの制御信号に従ってレートパルスを発生する。発生されたレートパルスは、送信遅延回路３１２に供給される。送信遅延回路３１２は、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに超音波を集束するための遅延時間と最初の送受信方向（θ１、φ１）に超音波を送信するための遅延時間をレートパルスに与える。遅延時間が与えられたレートパルスは、Ｎチャンネルの駆動回路３１３へ供給する。次いで、駆動回路３１３は、送信遅延回路３１２から供給されたレートパルスに基づいて所定の遅延時間と形状を有した駆動信号を発生する。発生された駆動信号は、超音波プローブ２内のＮ個の振動子に供給される。駆動信号の供給を受けた振動子は、患者体内に送信超音波を放射する。

放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器境界面や組織により反射され、振動子によって受信される。振動子は、反射波を電気的な受信信号に変換する。受信信号は、受信部３２のプリアンプ３２１においてゲイン補正されＡ／Ｄ変換器３２２においてデジタル信号に変換された。デジタル信号に変換された受信信号は、Ｎチャンネルの受信遅延回路３２３により、所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間と送受信方向（θ１、φ１）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための遅延時間とが与えられる。これら遅延時間が与えられた受信信号は、加算器３２４により整相加算が施される。

整相加算後の受信信号は、包絡線検波器４１に供給される。包絡線検波器４１は、この受信信号に包絡線検波を施す。包絡線検波が施された受信信号は、対数変換器４２に供給される。対数変換器４２は、供給された受信信号に対数変換を施し、Ｂモードデータを発生する。得られたＢモードデータは、送受信方向（θ１、φ１）情報に関連付けられてボリュームデータ発生部５のＢモードデータ記憶部５１に保存される。

送受信方向（θ１、φ１）に対するＢモードデータの発生と保存が終了したならば、超音波の送受信方向がφ方向にΔφずつ更新されたφｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝２乃至Ｑ）によって設定される送受信方向（θ１、φ２乃至φＱ）に対して超音波送受信を行ない、更に、送受信方向がθ方向にΔθずつ更新されたθｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝２乃至Ｐ）によって設定される送受信方向θ２乃至θＰの各々に対し上述のφ１乃至φＱの超音波送受信を繰り返すことによって３次元走査が行なわれる。そして、これらの超音波送受信によって得られたＢモードデータも上述の送受信方向情報に関連付けてＢモードデータ記憶部５１に保存される。

ボリュームデータ発生部５の補間処理部５２は、Ｂモードデータ記憶部５１から読み出したＢモードデータを送受信方向（θｐ、φｑ）に従って配列することにより３次元Ｂモードデータを発生する。そして補間処理部５２は、発生された３次元Ｂモードデータに補間処理を施してボリュームデータ（Ｂモードボリュームデータ）を発生する。発生されたボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５３に保存される（ステップＳ２）。

次いで、ＭＰＲ画像発生部１０は、ボリュームデータ記憶部５３から読み出したボリュームデータの病巣部（穿刺対象部位）に対してＭＰＲ断面を設定する。ＭＰＲ画像発生部１０は、設定されたＭＰＲ断面におけるボクセルをボリュームデータから抽出し、ＭＰＲ画像を発生する（ステップＳ３）。発生されたＭＰＲ画像は、表示部１４のモニタに表示される。

操作者は、表示部１４に表示されたＭＰＲ画像を観察し、入力部１５の入力機器を介して、病巣部に穿刺目標領域を設定するための操作を行う。当該操作に従って刺入エリア設定部８は、ボリュームデータ内の病巣部に穿刺目標領域の基準点を設定する（ステップＳ４）。

更に、操作者は、表示部１４に表示された穿刺予定経路が上述の穿刺目標領域に交わるように、超音波プローブ２と穿刺用アダプタ２２とを位置決めする（ステップＳ５）。

このとき、プローブ位置情報計算部６３は、プローブセンサ２１から供給される位置信号に基づいて患者体表面に配置された超音波プローブ２の位置情報（位置及び方向）を計算し、アダプタ位置情報計算部６２は、アダプタセンサ２３から供給される位置信号に基づいて患者体表面の近傍に配置された穿刺用アダプタ２２の先端の位置情報を計算する。

相対位置情報計算部６４は、アダプタ位置情報計算部６２から供給された穿刺用アダプタ２２の先端の位置情報とプローブ位置情報計算部６３から供給された超音波プローブ２の位置情報とに基づいて針先初期位置情報を計算する（ステップＳ６）。針先初期位置情報は、位置情報記憶部７に保存される。

刺入エリア設定部８は、位置情報記憶部７から読み出した針先初期位置情報と穿刺目標領域の基準点の位置情報とに基づいて、ボリュームデータに刺入エリアの中心軸を設定する（ステップＳ７）。そして、刺入エリア設定部８は、設定された中心軸の位置情報と入力部１５を介して入力された半径情報とに基づいて刺入エリアを設定する（ステップＳ８）。

刺入エリアが設定されたことを契機として側面データ発生部９１は、刺入エリアの側面に存在するボリュームデータのボクセルを抽出し、側面データを発生する。

一方、管腔データ発生部９３は、例えば、刺入エリアの内部に存在するボリュームデータのボクセル値と所定の閾値とを比較し、管腔臓器に対応するボクセルを抽出し、これらのボクセルに基づいて管腔データを発生する。

そして、座標変換部９５は、側面データと管腔データとを所定の変換ルールに従って座標変換し、展開画像を発生する（ステップＳ９）。

穿刺支援画像発生部１１は、針先初期位置情報、穿刺目標領域の位置情報、及びマーク間隔に基づいて穿刺目標領域から穿刺針先端初期位置までの距離が示された距離マークを作成する（ステップＳ１０）。

そして穿刺支援画像発生部１１は、距離マークを展開画像に重畳することにより第１の穿刺支援画像を発生する。発生された第１の穿刺支援画像は、表示部１４により表示される（ステップＳ１１）。

操作者は、表示部１４に表示された第１の穿刺支援画像の観察下で穿刺用アダプタ２２にスライド自在に取り付けられた穿刺針１５０の先端部を患者の体内に刺入する（ステップＳ１２）。

一方、穿刺針位置情報計算部６１は、穿刺針センサ１５１から供給される位置信号に基づいて、穿刺針１５０の先端の位置情報を計算する。相対位置情報計算部６４は、プローブ位置情報計算部６３から供給された超音波プローブ２の位置情報と穿刺針位置情報計算部６１から供給された穿刺針１５０の先端の位置情報とに基づいて針先位置情報を計算する（ステップＳ１３）。

次いで、穿刺支援画像発生部１１は、位置情報計算部６から供給された針先位置情報を上述のステップＳ１０において作成した距離マークに付加することにより距離マークの更新を行なう（ステップＳ１４）。また、穿刺支援画像発生部１１は、上述の針先位置情報と刺入エリアの側面の位置情報とに基づいて、刺入エリアの側面と穿刺針１５０とが交差しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。穿刺支援画像発生部１１は、交差していると判定した場合、交差位置を算出する（ステップＳ１６）。

そして、穿刺支援画像発生部１１は、展開画像発生部９から供給された展開画像に更新後の距離マークと交差位置マークとを重畳することにより第２の穿刺支援画像を発生する。発生された第２の穿刺支援画像は、表示部１４により表示される（ステップＳ１７）。

操作者は、表示部１４に表示された第２の穿刺支援画像を観察する。観察の結果、操作者は、穿刺針１５０の刺入方向が不適当であると認識する場合がある。この場合、操作者は、穿刺針１５が刺入エリアの側面に交差しなくなるまで超音波プローブ２及び穿刺用アダプタ２２の位置決めを繰り返す（ステップＳ５）。再び位置決めが行われるとステップＳ６以降の工程がシステム制御部１６の制御の下に繰り返される。

一方、上述のステップＳ１５において刺入エリアの側面に穿刺針１５０が交差しないと判定された場合、穿刺支援画像発生部１１は、更新後の距離マークを展開画像に重畳することにより第２の穿刺支援画像を発生する。第２の穿刺支援画像は、表示部１４により表示される（ステップＳ１８）。

そして、表示部１４に表示された第２の穿刺支援画像の観察により、穿刺針１５０の刺入方向が適当であると判断した場合、操作者は、穿刺目標領域に向けて穿刺針先端部を刺入し続ける（ステップＳ１２）。穿刺針１５０の刺入に伴いステップＳ１３以降の工程がシステム制御部１６の制御の下に繰り返される。

以上で、本実施形態に係る超音波診断装置１００の動作例の説明を終了する。

本実施形態によれば、患者体内の穿刺目標領域に穿刺針１５０を刺入させる際、刺入前あるいは刺入中における穿刺針１５０の先端の前方情報や周囲情報を正確に把握することができる。このため、当該患者に対して安全な穿刺術を効率よく施行することが可能となる。

特に超音波診断装置１００は、穿刺針１５０の刺入予定経路を中心軸とする刺入エリアの側面の輝度値分布が極座標に展開されてなる展開画像を表示する。操作者は、展開画像を観察することにより、穿刺針１５０が刺入され得る領域の状態を正確に把握することが可能となる。また超音波診断装置１００は、展開画像に別途発生された血管や消化管等の管腔領域を重畳して表示する。この展開画像を把握することにより操作者は、穿刺目標領域に至るまでの刺入難易度を事前に推定することができる。

更に超音波診断装置１００は、上述の展開画像に距離マークを重畳して表示する。操作者は、この展開画像を観察することにより、刺入前あるいは刺入中の穿刺針１５０の先端から穿刺目標領域までの距離を正確に計測することが可能となる。また超音波診断装置１００は、穿刺針１５０の先端が通過した区間に対応する距離マークと他の区間に対応する距離マークとを視覚的に区別して表示することができる。この展開画像を観察することにより操作者は、刺入エリア内における穿刺針１５０の先端の位置（刺入深度）をより正確に把握することができる。

また超音波診断装置１００は、穿刺針１５０と刺入エリアの側面との交差の有無を検出し、交差が検出された場合、展開画像内の交差位置にマークを重畳する。この展開画像を観察することにより操作者は、穿刺針の再刺入の要否を容易に判定することができる。

なお本実施形態は、上述の実施形態に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。

上記の実施形態においてボリュームデータは、Ｂモードデータに基づいて発生されるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。超音波診断装置１００は、例えば、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいて上述のボリュームデータを発生してもよい。

上記の実施形態においては、ＭＰＲ画像を用いて穿刺目標領域を設定する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。超音波診断装置１００は、例えば、ボリュームデータに基づいて発生されたボリュームレンダリング画像等の３次元画像を用いて穿刺目標領域を設定しても良い。

上記の実施形態においては、超音波センサあるいは磁気センサを用いて穿刺針先端部の位置情報を検出する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。超音波診断装置１００は、ＭＰＲ画像や３次元画像に表示された穿刺針１５０の先端を画像処理等によって抽出することにより、当該先端の位置情報を検出しても良い。

上記の実施形態においては、穿刺用アダプタ２２の先端の位置情報に基づいて針先初期位置情報を計算する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、穿刺針１５０の先端の刺入前についての位置情報に基づいて針先初期位置情報が計算されても良い。

上記の実施形態においては、穿刺針１５０の刺入予定経路を穿刺用アダプタ２２の位置情報に基づいて決定し、当該刺入予定経路が穿刺目標領域と一致するように超音波プローブ２や穿刺用アダプタ２２の位置や方向を調整する場合について説明した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、穿刺針１５０の先端部等に複数の位置センサを配置し、これら複数の位置センサから供給される位置信号に基づいて刺入予定経路が決定されても良い。

以下、本実施形態の応用例について説明する。

（応用例１）
上述の実施形態における展開画像発生部９は、刺入予定経路に沿って穿刺目標領域から針先初期位置までの線分を中心軸とする刺入エリアの側面に関する展開画像を発生するとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。展開画像発生部９は、穿刺予定経路に沿って穿刺針先端位置から特定位置までの線分を中心軸とする刺入エリアの側面に関する展開画像を発生しても良い。換言すれば、展開画像発生部９は、展開画像の径方向を穿刺針先端位置から特定位置までの範囲に限定しても良い。穿刺支援画像発生部１１は、このような径方向の範囲が限定された展開画像に基づく穿刺支援画像を発生することができる。

図１４Ａと図１４Ｂとは、応用例１に係る穿刺支援画像を示す図である。図１４Ａは、区間［ｑ２−ｑ５］に関する穿刺支援画像Ｉｍ５Ａを説明するための図である。図１４Ａ（ａ）は、穿刺針１５０の先端が初期位置Ｏａにある場合の穿刺針１５０と刺入エリアＲｏとの位置関係を示す図である。図１４Ａ（ｂ）は、区間［ｑ２−ｑ５］に関する穿刺支援画像Ｉｍ５Ａを示す図である。穿刺支援画像（展開画像）Ｉｍ５Ａは、穿刺針先端位置から所定距離ｄｏまでの線分を中心軸とする刺入エリアの側面の輝度値分布を上記の２次元極座標で表した画像である。図１４Ａ（ｂ）に示すように、穿刺支援画像（展開画像）Ｉｍ５Ａには、穿刺針先１５０の先端から所定距離ｄｏまでの区間に関する距離マークＭＤが重畳されている。図１４Ｂは、区間［ｑ０−ｑ３］に関する穿刺支援画像Ｉｍ５Ｂを説明するための図である。図１４Ｂ（ａ）は、穿刺針１５０の先端が基準点Ｏｂから距離ｄｏにある場合の穿刺針１５０と刺入エリアＲｏとの位置関係を示す図である。図１４Ｂ（ｂ）は、区間［ｑ０−ｑ３］に関する穿刺支援画像Ｉｍ５Ｂを示す図である。穿刺支援画像（展開画像）Ｉｍ５Ｂは、穿刺針１５０の先端から基準点Ｏｂまでの線分を中心軸とする刺入エリアＲｏの側面の輝度値分布を上記の２次元極座標で表した画像である。図１４Ｂ（ｂ）に示すように、穿刺支援画像（展開画像）Ｉｍ５Ｂには、穿刺針先１５０の先端から所定距離ｄｏまでの区間に関する距離マークＭＤが重畳されている。所定距離ｄｏは、操作者により入力部１５を介して任意に設定可能である。なお、図１４Ａ（ａ）と図１４Ｂ（ａ）とのマーク間隔は、図１０のマーク間隔ｄｘと同一であるとする。

なお穿刺支援画像発生部１１は、径方向の表示範囲が狭い展開画像の表示倍率を、径方向の表示範囲が広い展開画像の表示倍率に比して大きく設定すると良い。これにより操作者は、穿刺針先端部の近傍領域をより高い精度で観察することができる。

応用例１に係る展開画像は、穿刺針１５０の先端が操作者により移動される毎に展開画像発生部９により更新される。このように応用例１によれば、穿刺針１５０の先端から一定距離の範囲の輝度値分布を展開画像により即時的に表示することができる。従って操作者は、穿刺針１５０の先端に目線を置いた臨場感ある展開画像を観察することができる。

応用例１に係る展開画像について種々の変形例が可能である。例えば、ユーザにより設定された穿刺目標領域が応用例１に係る展開画像に重畳されると良い。

図１５は、穿刺目標領域Ｒｔが重畳された展開画像Ｉｍ５を含む穿刺支援画像Ｉｍ６を示す図である。図１５（ａ）はボリュームデータ内における刺入エリアＲｏと穿刺目標領域Ｒｔを示す図である。刺入エリアＲｏの中心軸１５２は、穿刺目標領域Ｒｔの基準点Ｏｂと穿刺針１５０の初期位置Ｏａとを結ぶ線分に設定されている。図１５において穿刺針１５０の先端は基準点Ｏｂから所定距離ｄｏの位置ｑ３に到達しているものとする。展開画像Ｉｍ５には、区間［ｑ０−ｑ３］に関する距離マークＭＤが重畳されている。さらに、穿刺目標領域Ｒｔが展開画像Ｉｍ５の対応位置に重畳されている。穿刺目標領域Ｒｔは、操作者により入力部１５を介して設定される。穿刺目標領域Ｒｔの展開画像Ｉｍ５への重畳は、例えば、以下のように穿刺支援画像発生部１１により実行される。

まず、穿刺支援画像発生部１１は、ボリュームデータ内における穿刺目標領域Ｒｔの３次元座標を特定する。特定される３次元座標は、ｐｑｒ３次元直交座標系である。次に穿刺支援画像発生部１１は、穿刺目標領域Ｒｔの３次元座標に基づいて展開画像Ｉｍ５を規定する極座標系における穿刺目標領域Ｒｔの存在範囲を特定する。具体的には、穿刺支援画像発生部１１は、刺入エリアＲｏの側面上での穿刺目標領域Ｒｔの存在範囲を特定する。次に穿刺支援画像発生部１１は、特定された存在範囲に、刺入エリアＲｏの側面を規定する座標系から展開画像Ｉｍ５の極座標系への変換式を適用し、展開画像Ｉｍ５での穿刺目標領域Ｒｔの存在範囲を計算する。穿刺支援画像発生部１１は、展開画像Ｉｍ５での穿刺目標領域Ｒｔの存在範囲に、穿刺目標領域Ｒｔを示すマークＭｔを重畳し、穿刺支援画像Ｉｍ６を発生する。マークＭｔは、例えば、穿刺目標領域の存在範囲を、展開画像Ｉｍ５内の他の領域から視覚的に区別可能な色を有している。これにより展開画像Ｉｍ５においてマークＭｔが強調され、操作者は、穿刺目標領域の存在範囲を展開画像Ｉｍ５において容易に把握することができる。また、展開画像Ｉｍ５と穿刺支援画像Ｉｍ６とは、穿刺針１５０の先端が移動する毎に更新されると良い。更新表示により、穿刺針１５０の先端の移動に連動して展開画像Ｉｍ５における穿刺目標領域の存在範囲が即時的に変化する。これにより操作者は、穿刺針１５０の前方の解剖学的情報を即時的に把握することができる。

なお穿刺支援画像発生部１１は、基準点を基準とした同心円状の距離マークを作成する場合について述べた。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。穿刺支援画像発生部１１は、刺入前あるいは刺入中における穿刺針先端部を基準とした同心円状の距離マークを作成しても良い。

（応用例２）
操作者は、穿刺支援画像に含まれる展開画像を観察しながら穿刺針を穿刺目標領域に進める。展開画像と実空間との位置関係がわからなければ操作者は、穿刺針を刺入する方向を決定しづらい。応用例２に係る穿刺支援画像発生部１１は、実空間における展開画像の方位を示す方位マークを含む穿刺支援画像を発生する。

穿刺支援画像発生部１１は、超音波プローブ２に取り付けられたプローブマークを利用して方位マークを作成する。図１６Ａは、プローブマークＭｐが取り付けられた超音波プローブ２を正面から見た図である。図１６Ｂは、プローブマークＭｐが取り付けられた超音波プローブ２を上方から見た図である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、超音波プローブ２は既定のスキャン方向に沿って順番に超音波を送受信しながら走査領域を超音波で走査する。超音波プローブ２の表面にはプローブマークＭｐが取り付けられている。プローブマークＭｐは、本来、操作者が超音波プローブ２におけるスキャン方向の向きを把握するために取り付けられている。具体的には、プローブマークＭｐは、超音波プローブ２の筐体表面におけるスキャン方向の基準点（例えば、開始位置）側に設けられる。穿刺支援画像発生部１１は、プローブマークＭｐの実空間位置を記憶している。例えば、プローブマークＭｐの実空間位置は、超音波プローブ２の中心軸Ｌｃ回りの角度により表される。あるいは、プローブマークＭｐの実空間位置は、超音波プローブ２の中心軸Ｌｃを基準とした方位により表されても良い。例えば、図１６Ａ及び図１６Ｂの場合、プローブマークＭｐの実空間位置は、２７０°や右である。なお、プローブマークＭｐの実空間位置は、東西南北等の記号により表現されても良い。操作者は、プローブマークＭｐの位置を頼りにして超音波プローブ２の向きを調整している。

図１７は、方位マークＭｄを含む穿刺支援画像Ｉｍ７を示す図である。図１７に示すように、展開画像Ｉｍ８の周囲の対応箇所には方位マークＭｄが重畳されている。方位マークＭｄの重畳箇所は、プローブマークＭｐの実空間位置に基づいて穿刺支援画像発生部１１により決定される。例えば、以下のように決定される。穿刺支援画像発生部１１は、実空間における刺入エリアの姿勢を特定する。実空間における刺入エリアの姿勢は、ボリュームデータにおける刺入エリアの姿勢に基づいて特定される。刺入エリアの中心軸回りの角度は、展開画像Ｉｍ８の原点周りの角度に対応付けられている。従って、穿刺支援画像発生部１１は、実空間における展開画像Ｉｍ８の方位を実空間における刺入エリアに基づいて決定することできる。そして穿刺支援画像発生部１１は、実空間における展開画像Ｉｍ８の方位とプローブマークの実空間位置とに基づいて、展開画像Ｉｍ８の座標系におけるプローブマークの配置位置を特定する。穿刺支援画像発生部１１は、穿刺支援画像Ｉｍ７内の特定された配置位置に方位マークＭｄを重畳する。方位マークＭｄが重畳された穿刺支援画像Ｉｍ７は表示部１４により表示される。これにより、表示部１４は、図１７に示すように、実空間における展開画像Ｉｍ８の方位を示す方位マークを表示することができる。例えば、図１６Ａ及び図１６ＢのようにプローブマークＭｐの実空間位置が２７０°（右）の場合、穿刺支援画像ＩＭ７における展開画像Ｉｍ８を基準とした２７０°側に方位マークＭｄが表示される。

展開画像に方位マークが重畳されることにより操作者は、実空間と展開画像との位置関係を容易に理解することができる。従って操作者は、展開画像を観察しながら、穿刺針を穿刺目標に確実に進めることができる。

（応用例３）
患者の内部は組織の種類や場所等の様々な容易により複雑な硬さ分布を有している。そのため操作者は、穿刺針を直線状に進められない場合がある。応用例３に係る展開画像発生部は、硬さ指標値に関する展開画像（以下、硬さ値展開画像と呼ぶことにする。）を発生する。なお、硬さ値展開画像と区別するため、上記のＢモードのボリュームデータに基づく展開画像をＢモード展開画像と呼ぶことにする。また、ＢモードのボリュームデータをＢモードボリュームデータと呼ぶことにする。

硬さ指標値は、シアウェーブ・エラストグラフィ（ＳＷＥ：shear wave elastography）モードを利用して既知の方法により算出することができる。送受信部は、ＳＷＥモードによる超音波走査を実行する。ボリュームデータ発生部は、受信部からの受信信号に基づいて、組織の硬さをカラーで表現するボリュームデータ（以下、ＳＷＥボリュームデータと呼ぶことにする。）を発生する。ＳＷＥボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５３に記憶される。なお、ＳＷＥボリュームデータは、上記のように超音波診断装置１００により発生されても良いし、ＰＡＣＳや他の超音波診断装置からネットワークを介して送信されても良い。

展開画像発生部９は、ＳＷＥボリュームデータに基づいて、刺入エリアＲｏの側面の硬さ指標値分布を２次元極座標で表した硬さ値展開画像を発生する。ＳＷＥボリュームデータに設定される刺入エリアとＢモードボリュームデータに設定される刺入エリアとは同一である。また、硬さ値展開画像とＢモード展開画像との座標系は同一である。硬さ値展開画像は、表示部１４により表示される。また、表示部１４は、Ｂモード展開画像に硬さ値展開画像を位置整合して重畳して表示しても良い。この際、表示部１４は、硬さ値展開画像とＢモード展開画像との両方を視認可能なように、硬さ値展開画像に適切な透明度を割り当てると良い。硬さ値展開画像を観察することにより操作者は、患者内部の組織の硬さ分布を把握することができる。従って組織の硬さを考慮して穿刺針１５０を刺入することができる。

かくして、本実施形態によれば、超音波走査下における穿刺術の効率の向上を実現することができる。

なお、本実施形態の超音波診断装置１００に含まれる各部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、磁気記憶装置、入力装置、表示装置等で構成されるコンピュータをハードウェアとして用いることでも実現することができる。例えば、超音波診断装置１００の各ユニットを制御するシステム制御部１６は、上記のコンピュータに搭載されたＣＰＵ等のプロセッサに所定の制御プログラムを実行させることにより各種機能を実現することができる。この場合、上述の制御プログラムをコンピュータに予めインストールしてもよく、又、コンピュータ読み取りが可能な記憶媒体への保存あるいはネットワークを介して配布された制御プログラムのコンピュータへのインストールであっても構わない。

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。

２…超音波プローブ、２１…プローブセンサ、２２…穿刺用アダプタ、２３…アダプタセンサ、３…送受信部、３１…送信部、３２…受信部、４…受信信号処理部、５…ボリュームデータ生成部、６…位置情報計算部、７…位置情報記憶部、８…刺入エリア設定部、９…展開画像発生部、１０…ＭＰＲ画像発生部、１１…穿刺支援画像発生部、１４…表示部、１５…入力部、１６…システム制御部、１５０…穿刺針、１５１…穿刺針センサ、１００…超音波診断装置

Claims (16)

1. 複数の振動子を含む超音波プローブと、
   前記複数の振動子を介して被検体の走査対象領域に超音波を送信する送信部と、
   前記複数の振動子を介して前記走査対象領域からの超音波を受信する受信部と、
   前記受信部からの受信信号に基づいて前記走査対象領域に関するボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、
   前記ボリュームデータにおける穿刺針の刺入予定経路を中心軸とした所定の範囲に注目領域を設定する注目領域設定部と、
   前記ボリュームデータにおける前記注目領域の側面の輝度値分布を、前記中心軸回りの回転角度と前記中心軸の基準点からの距離とにより規定される２次元の極座標で表現する展開画像を発生する展開画像発生部と、
   前記展開画像を表示する表示部と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記基準点は、穿刺目標領域に含まれる点であり、
   前記注目領域設定部は、前記穿刺目標領域の位置情報と前記穿刺針の先端部の初期位置とに基づいて前記注目領域の前記中心軸を設定する、
   請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記注目領域設定部は、前記注目領域の前記中心軸を基準に所定半径を有する円柱状の画像領域を前記注目領域に設定する、請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記展開画像において前記穿刺針の位置の把握を支援するためのインジケータが前記展開画像に位置整合して重畳された穿刺支援画像を発生する穿刺支援画像発生部、をさらに備え、
   前記表示部は、前記穿刺支援画像を表示する、
   請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記穿刺支援画像発生部は、前記基準点からの距離を示す距離マークが前記展開画像に位置整合して重畳された前記穿刺支援画像を発生する、
   請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記距離マークは、前記展開画像において前記基準点から一定間隔毎に重畳される、請求項５記載の超音波診断装置。
7. 前記穿刺針の先端の位置情報を検出する検出部をさらに備え、
   前記表示部は、前記距離マークのうちの前記穿刺針の先端部が通過した区間に対応する距離マークと未通過の区間に対応する距離マークとを視覚的に区別可能に表示する、
   請求項５記載の超音波診断装置。
8. 前記穿刺針の先端の位置情報を検出する位置検出部、をさらに備え、
   前記穿刺支援画像発生部は、前記穿刺針の先端の位置情報と前記注目領域の側面の位置情報とに基づいて、前記穿刺針と前記注目領域の側面との交差位置を算出し、前記交差位置を示す交差位置マークが前記展開画像に位置整合して重畳された前記穿刺支援画像を発生する、
   請求項４記載の超音波診断装置。
9. 操作者により指定された解剖学的領域に関する画素データを前記ボリュームデータから抽出する抽出部をさらに備え、
   前記展開画像発生部は、前記注目領域の側面における輝度値分布を対象とする座標変換と同一の座標変換を前記画素データに施し、前記座標変換が施された画素データを前記展開画像に重畳する、
   請求項１記載の超音波診断装置。
10. 前記解剖学的領域は、管腔領域である、請求項９記載の超音波診断装置。
11. 前記展開画像発生部は、前記穿刺針の先端部の位置を前記基準点として、前記展開画像の径方向の範囲を前記基準点から一定範囲に限定した他の展開画像を発生し、
    前記表示部は、前記他の展開画像を表示する、
    請求項１記載の超音波診断装置。
12. 前記他の展開画像において前記穿刺針の位置の把握を支援するためのインジケータが前記他の展開画像に位置整合して重畳された穿刺支援画像を発生する穿刺支援画像発生部、をさらに備え、
    前記表示部は、前記穿刺支援画像を表示する、
    請求項１１記載の超音波診断装置。
13. 前記表示部は、実空間における前記展開画像の方位を示すための方位マークを表示する、請求項１記載の超音波診断装置。
14. 前記被検体内部の硬さ指標値の空間分布を表現する硬さボリュームデータを記憶する記憶部をさらに備え、
    前記展開画像発生部は、前記ボリュームデータにおける前記注目領域の側面における輝度値分布を対象とする座標変換と同一の座標変換を前記硬さボリュームデータにおける前記注目領域の側面における硬さ指標値分布に施して他の展開画像を発生し、
    前記表示部は、前記展開画像に前記他の展開画像を重畳して表示する、
    請求項１記載の超音波診断装置。
15. 穿刺対象である穿刺目標領域をユーザからの指示に従って設定する穿刺目標領域設定部と、
    前記穿刺目標領域に対応する位置に、前記穿刺目標領域を示すマークが重畳された前記展開画像を発生する穿刺支援画像発生部と、をさらに備える、
    請求項１記載の超音波診断装置。
16. 超音波診断装置に、
    送信部により複数の振動子を介して被検体の走査対象領域に超音波を送信する機能と、
    受信部により前記複数の振動子を介して前記走査対象領域からの超音波を受信する機能と、
    前記受信部からの受信信号に基づいて前記走査対象領域に関するボリュームデータを発生する機能と、
    前記ボリュームデータにおける穿刺針の刺入予定経路を中心軸とした所定の範囲に注目領域を設定する機能と、
    前記ボリュームデータにおける前記注目領域の側面の輝度値分布を、前記中心軸回りの回転角度と前記中心軸の基準点からの距離とにより規定される２次元の極座標で表現する展開画像を発生する機能と、
    前記展開画像を表示する機能と、
    を実現させる制御プログラム。

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