JP2020044045A - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺針によって穿刺された組織を把握することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供すること。【解決手段】本発明に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子から受信した超音波信号に基づく超音波画像を生成する超音波観測装置であって、超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定部と、超音波画像における穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出部と、先端位置検出部が抽出した穿刺針の像の先端位置が、領域設定部が設定した穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定部と、判定部による判定結果に基づいて、超音波画像における穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて観測対象の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムに関する。

観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーに基づいて超音波画像を生成し、該生成した超音波画像を表示することで、観測対象の観測を行う。

また、超音波を用いて観測対象の組織を診断する際、穿刺針を用いて針生検を行うことがある。針生検では、超音波画像により、穿刺対象の組織を確認しながら、その組織に穿刺針を穿刺して、組織の採取が行われる。このような針生検を実施する場合に、過去の穿刺針の穿刺動作を確認する技術として、穿刺針の穿刺動作の履歴を超音波画像に重畳して表示する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−１３５３９４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術は、穿刺針の位置情報が表示されるものの、この位置情報が、実際に穿刺した組織の位置と関連付けられていない。このため、穿刺針によって穿刺された組織であるか否かを把握することができない場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、穿刺針によって穿刺された組織を把握することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子から受信した超音波信号に基づく超音波画像を生成する超音波観測装置であって、前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定部と、前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出部と、前記先端位置検出部が検出した前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定部が設定した前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記表示制御部は、前記判定部により前記穿刺対象の像の先端位置が、前記穿刺対象の領域内に位置していると判定された場合に、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更することを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記判定部は、前記超音波画像を形成する座標空間において、前記穿刺針の像の先端位置の座標が、前記穿刺対象の領域の外縁または内部に位置している場合に、前記穿刺対象の像の先端位置が前記穿刺対象の領域内に位置していると判定することを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記領域設定部は、前記超音波画像に写る組織の像を計測するための二つの端点が設定された場合に、その二つの端点を含む予め設定された形状の領域を前記穿刺対象の領域に設定することを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記領域設定部は、前記超音波画像上で操作されるカーソルの軌跡に基づいて前記穿刺対象の領域に設定することを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記超音波画像は、三次元空間を表す直交座標系により表現される三次元画像であり、前記観測対象に対する前記超音波振動子の位置情報を検出するセンサ部、をさらに備えることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記穿刺対象の領域は、前記三次元空間において、閉塞した領域であることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記超音波画像は、二次元空間を表す直交座標系で表現される複数のスライス画像により構成され、各スライス画像は、前記三次元空間の直交座標系に関連付けられていることを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、領域設定部が、前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定ステップと、先端位置検出部が、前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出ステップと、判定部が、前記先端位置検出ステップで抽出された前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定ステップで設定された前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定ステップと、表示制御部が、前記判定ステップによる判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、領域設定部が、前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定手順と、先端位置検出出部が、前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出手順と、判定部が、前記先端位置検出手順で検出された前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定手順で設定された前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定手順と、表示制御部が、前記判定手順による判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御手順と、を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、穿刺針によって穿刺された組織を把握することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を模式的に示す図である。 図２は、超音波内視鏡の挿入部の先端部および硬質部先端の構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、超音波画像の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺領域の設定を説明するための図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺針先端の軌跡抽出を説明するための図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺針先端の軌跡抽出を説明するための図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺済みの穿刺対象領域の表示例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う処理を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係る超音波観測装置が行う穿刺領域の設定を説明するための図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る超音波観測装置の構成例を示すブロック図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断システムが備えるセンサ部の構成例を示す模式図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断システムにおける穿刺針の穿刺空間を説明する図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る三次元画像の構造について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を模式的に示す図である。同図に示す超音波診断システム１は、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）４と、表示装置５と、光源装置６とを備える。

超音波内視鏡２は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する。超音波内視鏡２は、被検体に挿入される管状の挿入部２１と、挿入部２１の基端部に設けられ、ユーザに把持されてユーザからの操作入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から延びて複数の信号ケーブルおよび光源装置６が発生した照明光を伝送する光ファイバ等を含むユニバーサルコード２３と、ユニバーサルコード２３の操作部２２と反対側の端部に設けられるコネクタ２４とを有する。超音波内視鏡２は、例えば被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）や呼吸器（気管、気管支）などを観測対象としており、観測対象に応じて様々なタイプのものが知られている。

挿入部２１は、超音波振動子が設けられる先端部２１１と、先端部２１１の基端側に連結される硬質部材によって外装された硬質部２１２と、硬質部２１２の基端側に設けられ、操作部２２が受け付ける操作入力に応じて湾曲可能な湾曲部２１３と、湾曲部２１３の基端側に設けられ、可撓性を有する部材によって外装された可撓管部２１４とを有する。挿入部２１の内部には、穿刺針を含む処置具を挿通するための挿通路である処置具チャンネル２１５が形成されている（図１では破線で記載）。また、挿入部２１の内部には、光源装置６から供給される照明光を伝送するライトガイドおよび各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが設けられている（図示せず）。

図２は、挿入部２１の先端部２１１および硬質部２１２先端の構成を模式的に示す斜視図である。先端部２１１は、コンベックス型の超音波振動子２１１ａを有する。超音波振動子２１１ａは、電子走査型でもよいし機械走査型でもよい。硬質部２１２の先端には、処置具チャンネル２１５に連通する処置具用開口部２１２ａ、外部からの光を集光して撮像光学系へ導く撮像用開口部２１２ｂ、およびライトガイドの先端側に位置して照明光を出射する照明用開口部２１２ｃが形成されるとともに、送気送水用ノズル２１２ｄが設けられている。処置具用開口部２１２ａには、処置具の外部への突出方向を変更可能に処置具を載置する起上台２１２ｅが設けられている。起上台２１２ｅは、操作部２２の操作入力によって起上角度を変更可能である。撮像用開口部２１２ｂには対物レンズが装着され、照明用開口部２１２ｃには照明用レンズが装着される。

図２は、処置具用開口部２１２ａから処置具の一種である穿刺針１００を突出させた状態を示している。穿刺針１００は、操作部２２に形成される処置具挿入口２２１（図１参照）を介して処置具チャンネル２１５に挿入され、処置具用開口部２１２ａから外部へ突出する。

引き続き図１を参照して、超音波診断システム１の構成を説明する。コネクタ２４は、超音波観測装置３、カメラコントロールユニット４および光源装置６との接続を図る。コネクタ２４からは、超音波観測装置３との間で信号を送受信する超音波ケーブル、カメラコントロールユニット４との間で信号を送受信する電気ケーブル、および光源装置６が発生した照明光を伝送するライトガイドがそれぞれ延びている。超音波ケーブルの先端には、超音波観測装置３に接続する超音波コネクタが設けられている。電気ケーブルの先端には、カメラコントロールユニット４に接続する電気コネクタが設けられている。

超音波観測装置３は、超音波ケーブルを介して超音波内視鏡２との間で電気的な信号を送受信する。超音波観測装置３は、超音波内視鏡２から受信した電気的なエコー信号に所定の処理を施して超音波画像等を生成する。超音波観測装置３の機能および構成の詳細については、図３のブロック図を参照して後述する。

カメラコントロールユニット４は、電気ケーブルを介して超音波内視鏡２から受信した画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。カメラコントロールユニット４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）もしくはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて構成される。

表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）などを用いて構成され、超音波観測装置３によって生成された超音波画像や、カメラコントロールユニット４によって生成された内視鏡画像等のデータを受信して、それらの画像を表示する。

光源装置６は、被検体内を照明する照明光を生成し、ライトガイドを介してその照明光を超音波内視鏡２へ供給する。光源装置６は、水および空気を送るためのポンプも内蔵している。

図３は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置３の構成例を示すブロック図である。超音波観測装置３は、送受信部３１と、信号処理部３２と、画像処理部３３と、領域設定部３４と、軌跡抽出部３５と、判定部３６と、入力部３７と、制御部３８と、記憶部３９とを備える。

送受信部３１は、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号（パルス信号）を超音波振動子２１１ａへ送信するとともに、超音波振動子２１１ａから電気的な受信信号であるエコー信号を受信してデジタルの高周波（ＲＦ：Radio Frequency）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成、出力する。

送受信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子２１１ａにおけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。

送受信部３１は、制御部３８が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信するとともに、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部３８へ送信する機能も有する。

信号処理部３２は、送受信部３１から受信したＲＦデータをもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３２は、ＲＦデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換、減衰補正など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、ＲＦデータを基準電圧で除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。Ｂモード用受信データは、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度が、超音波パルスの送受信方向（深度方向）に沿って並んだ複数のラインデータからなる。信号処理部３２は、生成した１フレーム分のＢモード用受信データを、画像処理部３３へ出力する。信号処理部３２は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて構成される。

画像処理部３３は、信号処理部３２から受信したＢモード用受信データに基づいてＢモード画像データを生成する。画像処理部３３は、信号処理部３２から出力されたＢモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置４における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってＢモード画像データを生成する。スキャンコンバーター処理では、Ｂモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置４の表示方向に変換する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。以下、Ｂモード画像の各画素位置における明るさを示す値を輝度という。

画像処理部３３は、信号処理部３２からのＢモード用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、Ｂモード画像データを生成する。

また、画像処理部３３は、上述したＢモード画像に、後述する判定部３６の判定結果に応じて、視覚情報を重畳する重畳部３３１を有する。重畳部３３１は、後述する表示制御部３８１の制御のもと、領域設定部３４が設定した領域を、ほかの箇所と識別できる態様の視覚情報（例えば領域内を塗り潰す画像）を重畳する。視覚情報は、予め設定されて記憶部３９に記憶されている。画像処理部３３は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて実現される。

領域設定部３４は、入力部３７を介して入力された設定指示に従ってＢモード画像に対して穿刺対象領域を設定する。具体的に、本実施の形態１において、領域設定部３４は、入力部３７を介して入力された二つの指示点に基づいて、この指示点を結ぶ線分を長軸とする楕円を形成し、この楕円により囲まれる領域を穿刺領域に設定する。指示点の入力方法としては、例えば、組織の大きさを測定する際に、その組織の一端および他端に対応する点の入力と同様の方法が挙げられる。領域設定部３４は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて実現される。

軌跡抽出部３５は、画像処理によって超音波画像（Ｂモード画像）に写っている穿刺針の像から先端位置を検出し、検出した穿刺針の像の先端位置の超音波画像における座標を、検出時刻等の情報とともに記憶部３９に書き込んで記憶させる。軌跡抽出部３５は、検出した時系列で異なる複数の先端位置を穿刺針の軌跡として抽出する。軌跡抽出部３５は、例えばＢモード画像の各画素の輝度を解析することにより、輝度の値が大きい領域を穿刺針として検出する。なお、軌跡抽出部３５は、記憶部３９が予め記憶している穿刺針の超音波画像を用いてパターンマッチングを行うことにより、穿刺針を検出するようにしてもよい。以下、検出した先端位置が一つの場合は、この一点を軌跡とよぶ。軌跡抽出部３５は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて実現される。軌跡抽出部３５は、先端位置検出部に相当する。

判定部３６は、Ｂモード画像において、軌跡抽出部３５によって抽出された穿刺針の先端位置が、領域設定部３４によって設定された穿刺対象領域内に位置しているか否かを判定する。判定部３５は、穿刺対象領域の外縁または内部に、穿刺針の先端が位置しているか、複数の先端位置を繋ぐ軌跡が穿刺対象領域と交差していれば、穿刺針の先端位置が穿刺対象領域内に位置していると判定する。以下、軌跡が穿刺対象領域と交差しているか否かを判定する例を説明する。判定部３５は、ＣＰＵ等の汎用プロセッサ、またはＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて実現される。

ここで、領域設定部３４による穿刺対象領域の設定から、重畳部３３１による重畳処理までについて、図４〜図８を参照して説明する。図４は、超音波画像の一例を示す図である。以下、一例として、互いに異なる位置に存在する組織Ｍ₁、Ｍ₂が写っているＢモード画像Ｗ₁が得られ（図４参照）、組織Ｍ₁を穿刺対象として、穿刺針１００によって穿刺動作を行った場合について説明する。図４〜図８に示すＢモード画像は、二次元空間を表す直交座標において、輝度に応じた明るさを有する点を配列した二次元画像である。

図５は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺領域の設定を説明するための図である。ユーザが、入力部３７を介して、指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２を設定すると、領域設定部３４は、図５に示すＢモード画像Ｗ₁₁のように、この指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２を結ぶ線分を長軸とする楕円の穿刺対象領域Ｒ₁を設定する。領域設定部３４は、Ｂモード画像における穿刺対象領域Ｒ₁の位置情報（座標情報）を生成する。この座標情報は、図５に示すＢモード画像Ｗ₁₁の場合、穿刺対象領域Ｒ₁の外縁が通過する複数の位置（座標）により構成される。

図６および図７は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺針先端の軌跡抽出を説明するための図である。図６に示すＢモード画像Ｗ₁₂では、穿刺針１００の動作により、穿刺針１００の像Ｎ₁が、破線矢印の方向に進む。穿刺対象領域（例えば図５に示す穿刺対象領域Ｒ₁）が設定され、ユーザから入力部３７を介して穿刺動作の開始指示が入力されると、軌跡抽出部３５は、Ｂモード画像Ｗ₁₂に写る穿刺針１００の像Ｎ₁を検出し、この像Ｎ₁の先端位置（座標）を抽出する（図６参照）。例えば、時系列で異なるタイミングの抽出情報をＢモード画像Ｗ₁₃にプロットすると、穿刺針１００の先端位置として、プロットＰ_T１、Ｐ_T２、Ｐ_T３、Ｐ_T４が表示される（図７参照）。

判定部３６は、図７に示すような軌跡の抽出に基づいて、抽出されたプロット（先端位置）を通過する軌跡Ｌが、穿刺対象領域Ｒ₁と交差しているか否かを判定する。図７に示す場合、判定部３６は、プロットＰ_T１〜Ｐ_T３については、軌跡Ｌと穿刺対象領域Ｒ₁とが交差していないと判定される。一方で、判定部３６は、プロットＰ_T４について、軌跡Ｌと穿刺対象領域Ｒ₁とが交差していると判定する。すなわち、判定部３６は、複数のプロットのうちのいずれかが、穿刺対象領域Ｒ₁内に位置しているか否かを判定している。なお、判定部３６は、最新のプロットのみを抽出し、このプロットが穿刺対象領域Ｒ₁内にあるか否かを判定するようにしてもよい。

図８は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う穿刺済みの穿刺対象領域の表示例を示す図である。判定部３６により、穿刺針１００の軌跡Ｌと穿刺対象領域Ｒ₁とが交差していると判定された場合、重畳部３３１が、Ｂモード画像Ｗ₂において、視覚情報を重畳して、穿刺対象領域Ｒ₁の表示態様を変更する。重畳部３３１は、図８に示すように、穿刺対象領域Ｒ₁の内部を塗り潰す視覚画像Ｃ₁を重畳して、穿刺対象領域Ｒ₁の表示態様を変更する。

図３に戻り、入力部３７は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。入力部３７は、受け付けた情報を制御部３８に出力する。

制御部３８は、超音波診断システム１全体を制御する。制御部３８は、演算および制御機能を有するＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。制御部３８は、記憶部３９が記憶、格納する情報を記憶部３９から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部３８を信号処理部３２等と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。

また、制御部３８は、判定部３６の判定結果に基づいて、超音波画像（Ｂモード画像）における穿刺対象領域の表示態様を変更する表示制御部３８１を有する。表示制御部３８１は、判定部３６によって穿刺対象領域と、穿刺針１００の像の先端の軌跡とが交差していると判定された場合に、重畳部３３１に、穿刺対象領域の表示態様を変更する制御を行う。

記憶部３９は、超音波診断システム１を動作させるための各種プログラム、および超音波診断システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。記憶部３９は、判定部３５が判定処理に用いる閾値を記憶する。また、記憶部３９は、穿刺対象の領域を設定するための設定情報を記憶する領域設定情報記憶部３９１を有する。この設定情報は、二つの指示点を結ぶ線分を長軸とする楕円を設定するための情報であって、長軸に対する短軸の長さなどの情報を含む。なお、設定情報において、長軸と短軸との長さを同じとして、円をなす領域を形成する設定としてもよい。

また、記憶部３９は、超音波診断システム１の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。

以上の構成を有する記憶部３９は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Read Only Memory）、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて実現される。

図９は、本発明の実施の形態１に係る超音波観測装置が行う処理の概要を示すフローチャートであって、穿刺対象領域の設定、および穿刺済み領域の表示処理を説明するフローチャートである。まず、超音波観測装置３は、超音波内視鏡２から超音波振動子２１１ａによる観測対象のエコー信号を受信する（ステップＳ１０１）。その後、画像処理部３３は、受信したエコー信号に基づいて画像を生成する（ステップＳ１０２）。具体的に、画像処理部３３は、送受信部３１が受信し、信号処理部３２によって信号処理が施された受信したＢモード用受信データに基づいて、超音波画像であるＢモード画像を生成する。制御部３８は、生成されたＢモード画像を表示装置５に表示する。

ステップＳ１０２に続くステップＳ１０３において、領域設定部３４は、入力部３７が受け付けた穿刺対象領域の設定指示、および予め設定されている設定条件に応じて、穿刺対象領域の設定を行う（領域設定ステップ）。領域設定部３４は、例えば、図５に示すように、指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２の入力に応じて、指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２を結ぶ線分を長軸とする楕円の穿刺対象領域Ｒ₁を設定する。この際、指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２を結ぶ長さの計測は、設定されているモードの条件に応じて行われる。例えば、穿刺対象の領域設定と、計測処理との両方を行うモードに設定されている場合、領域設定部３４が穿刺領域を設定する一方、制御部３８（または図示しない演算部）が指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２間の長さを計測する。また、穿刺対象の領域設定のみを行うモードに設定されている場合、指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２は領域設定用に設定されるものであり、領域設定部３４が、この指示点Ｐ_M１、Ｐ_M２に基づいて穿刺領域を設定する。

ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４において、制御部３８は、ユーザから入力部３７を介して穿刺動作の開始指示が入力されたか否かを判断する。制御部３８は、穿刺動作の開始指示が入力されていないと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、開始指示の入力確認を繰り返す。なお、確認処理を開始してから所定の時間経過しても開始指示が入力されない場合、処理を終了するようにしてもよい。一方、制御部３８は、穿刺動作の開始指示が入力されたと判断した場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５において、送受信部３１が、超音波内視鏡２から超音波振動子２１１ａによる観測対象のエコー信号を受信する。この際、画像処理部３３が、受信したエコー信号に基づいて画像を生成するようにしてもよい。

ステップＳ１０５に続くステップＳ１０６において、軌跡抽出部３５は、Ｂモード画像に写っている穿刺針の像を検出し、検出した穿刺針の像の先端位置の超音波画像における座標を、穿刺針の軌跡の構成要素として抽出する（軌跡抽出ステップ）。

ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７において、判定部３５は、Ｂモード画像において、領域設定部３４が設定した穿刺対象領域と、軌跡抽出部３５が抽出した穿刺針の先端位置（軌跡）とが交差したか否かを判定する（判定ステップ）。判定部３５は、穿刺対象領域と軌跡とが交差していないと判断した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、穿刺針１００による対象組織への穿刺が行われていないと判定し、ステップＳ１０５に戻り、上述した処理を繰り返す。これに対し、判定部３５は、穿刺対象領域と軌跡とが交差していると判断した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０８において、表示制御部３８１が、重畳部３３１に対して、穿刺対象領域Ｒ₁の表示態様を変更させる（表示制御ステップ）。重畳部３３１は、Ｂモード画像において、視覚情報を重畳して、穿刺対象領域Ｒ₁の表示態様を変更する（例えば、図８参照）。

ステップＳ１０８に続くステップＳ１０９において、制御部３８は、新たな穿刺開始指示が入力されたか否かを判断する。制御部３８は、新たな穿刺動作の開始指示が入力されていないと判断した場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、穿刺対象領域の設定、および穿刺済み領域の表示処理を終了し、通常のＢモード画像の表示処理を行う。一方、制御部３８は、新たな穿刺動作の開始指示、例えば、図４の組織Ｍ₂を穿刺対象とする穿刺動作の開始指示が入力されたと判断した場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、上述したステップＳ１０３と同様にして、領域設定部３４に穿刺対象領域の設定を行わせた後、ステップＳ１０５に移行して、上述した処理を繰り返す。

以上説明した本発明の実施の形態１では、領域設定部３４が、入力部３７を介して設定された位置に基づいて、穿刺針１００による穿刺対象領域をＢモード画像上で設定し、軌跡抽出部３５が、Ｂモード画像に写る穿刺針１００の像を検出して、穿刺針の先端位置の軌跡を抽出し、判定部３６が、穿刺対象領域と軌跡とがＢモード画像において交差したか否かを判定することによって、穿刺針１００が穿刺対象の組織を穿刺したか否かを判定するようにした。判定部３６により穿刺針１００が穿刺対象の組織を穿刺したことと判定されると、重畳部３３１が、この穿刺対象領域に視覚情報を重畳することによって、穿刺対象の組織が穿刺済みであることを表示するようにした。本実施の形態１によれば、Ｂモード画像において、穿刺針１００の穿刺対象の組織への穿刺を判定し、穿刺済みとなった場合に表示態様を変更するようにしたので、穿刺針によって穿刺された組織を把握することができる。

なお、上述した実施の形態１において、視覚情報は、穿刺対象領域の塗り潰しのほか、穿刺対象領域内部の網掛け表示や、穿刺対象領域の輪郭強調を行うようにしてもよい。

（実施の形態１の変形例）
続いて、本発明の実施の形態１の変形例について説明する。図１０は、本発明の実施の形態１の変形例に係る超音波観測装置が行う穿刺領域の設定を説明するための図である。上述した実施の形態１では、指示点の設定によって穿刺対象領域を設定するものとして説明したが、本変形例では、カーソルの軌跡によって穿刺対象領域を設定する。

例えば、穿刺対象領域を設定するモードが設定された場合、領域設定部３４は、Ｂモード画像において、入力部３７を介して操作されるカーソルの先端の軌跡に沿って穿刺対象領域を設定する。具体的に、領域設定部３４は、図１０に示すＢモード画像Ｗ₁₄において、カーソルＣ_Tの先端の軌跡に沿って穿刺対象領域Ｒ₂を設定する。図１０の場合、穿刺対象領域Ｒ₂は、組織Ｍ₁を穿刺対象とする穿刺対象領域として設定される。

本変形例においても、上述した実施の形態１と同様に、Ｂモード画像において、穿刺針１００の穿刺対象の組織への穿刺を判定し、穿刺済みとなった場合に表示態様を変更する。これにより、穿刺針によって穿刺された組織を把握することができる。

上述した実施の形態１や変形例のほか、エッジ検出などを用いてＢモード画像における組織の像の輪郭抽出を行うことによって、穿刺対象領域の設定を、ユーザが入力することなく自動で行うようにしてもよい。

（実施の形態２）
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２に係る超音波観測装置の構成例を示すブロック図である。図１２は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断システムが備えるセンサ部の構成例を示す模式図である。

本実施の形態２に係る超音波診断システムは、上述した超音波診断システム１の超音波観測装置３に代えて超音波観測装置３Ａを備えるとともに、センサ部１０をさらに備える。超音波観測装置３Ａは、上述した超音波観測装置３の構成に加えて、位置算出部４０を備える。その他の構成は、超音波診断システム１と同様である。以下、センサ部１０および位置算出部４０に係る構成について説明する。本実施の形態２に係るＢモード画像は、三次元空間を表す直交座標において、輝度に応じた明るさを有する点を配列した三次元画像である。以下、実施の形態２では、超音波振動子２１１ａが、当該超音波振動子の走査方向に沿って圧電素子が一列に配列している１Ｄアレイであるものとして説明するが、走査方向（１Ｄアレイにおける圧電素子の配列方向）と略直交する方向（エレベーション方向）に複数の圧電素子が配列される１．２５Ｄアレイや１．５Ｄアレイ、１．７５Ｄアレイなどであっても適用できる。

センサ部１０は、被検体Ｈに対する超音波振動子２１１ａの相対的な位置関係を表す相対位置情報を取得する位置情報取得部として機能する。センサ部１０は、被検体Ｈの位置や姿勢を取得する被検体位置情報取得部１０１と、超音波振動子２１１ａの位置や姿勢を取得する振動子位置情報取得部１０２と、を有する。

図１２に示すように、被検体位置情報取得部１０１は、例えば、２台の光学カメラ１０１ａと、被検体Ｈの体表に装着された基準マーカ１０１ｂとによって構成される。基準マーカ１０１ｂとしては、例えば、目立つ色で彩色されたカラーボールやカラー円盤等、光学カメラ１０１ａで写した画像内において容易に検出可能な物体が用いられる。基準マーカ１０１ｂは、被検体Ｈの体表の所定の少なくとも３か所に配置される。２台の光学カメラ１０１ａは、これらの基準マーカ１０１ｂが各視野内に入り、且つ、互いに異なる方向からこれらの基準マーカ１０１ｂを撮像可能な位置に配置されている。

各光学カメラ１０１ａは、基準マーカ１０１ｂを撮像することにより生成した画像データを出力する。これに応じて、位置算出部４０は、基準マーカ１０１ｂが写った２つの画像の各々から基準マーカ１０１ｂの位置を検出し、公知のステレオビジョンの手法により各基準マーカ１０１ｂの位置を測定する。それによって得られた少なくとも３つの基準マーカ１０１ｂの位置情報を、当該検査における被検体Ｈの位置情報（基準位置情報）として記憶部３９に記憶させる。

なお、被検体位置情報取得部１０１の構成は、上述した光学カメラ１０１ａ及び基準マーカ１０１ｂからなる構成に限定されない。例えば、磁石からなる少なくとも３つの基準マーカと、これらの基準マーカから発生する磁界を互いに異なる位置において検出する複数の磁気センサとによって被検体位置情報取得部１０１を構成しても良い。

振動子位置情報取得部１０２は、超音波振動子２１１ａに設けられたマーカ部（図示略）に応じて構成される。例えばマーカ部が永久磁石やコイルによって形成される場合、振動子位置情報取得部１０２は、複数の磁気センサによって構成される。この場合、振動子位置情報取得部１０２は、マーカ部から発生した磁界を検出し、該磁界の強度を表す検出信号を出力する。これに応じて、位置算出部４０は、マーカ部の位置座標を算出する。さらに、位置算出部４０は、基準位置情報をもとに、マーカ部の位置座標を相対位置座標に変換し、その時点における超音波振動子２１１ａの相対位置情報として出力する。

このようなセンサ部１０と、上述した位置算出部４０とが、被検体Ｈに対する超音波振動子２１１ａの相対的な位置を表す相対位置情報を取得する相対位置情報取得手段を構成する。

位置算出部４０は、被検体位置情報取得部１０１から出力された情報に基づいて被検体Ｈの位置座標を算出し、基準位置情報として記憶部３９に記憶させると共に、振動子位置情報取得部１０２から出力された情報に基づいて超音波振動子２１１ａの位置座標を算出し、さらに、基準位置情報をもとに超音波振動子２１１ａの位置座標を被検体Ｈに対する相対位置座標に変換する。そして、この相対位置座標を、観測点の位置情報として記憶部３９に記憶させる。

図１３は、本発明の実施の形態２に係る超音波診断システムにおける穿刺針の穿刺空間を説明する図である。被検体Ｈにおいて、挿入部２１（超音波振動子２１１ａ）を三次元的に操作することによって、図１３に示す三次元空間を超音波により走査し、この三次元空間を描出した三次元画像Ｓ_Pに組織の像（以下、組織像ともいう）Ｍ₁₁、Ｍ₁₂、Ｍ₁₃が写っているとする。図１３に示す三次元画像Ｓ_Pは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有する直交座標系で表される。本実施の形態２では、Ｚ軸が、被検体Ｈの体腔表面からの深さ方向に相当する。

図１４は、本発明の実施の形態２に係る三次元画像の構造について説明する図である。超音波振動子２１１ａにより走査される領域は、上述した三次元空間をスライスした領域となる。このため、図１３に示す三次元画像Ｓ_Pは、位置関係が互いに対応付いた複数のスライス画像（スライス画像Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ₃、・・・）を座標変換し、補間処理を施したものとなる。各スライス画像は、上述した位置算出部４０によって算出された位置座標によって、互いに対応付けられている。画像処理部３３は、これらのスライス画像をもとに、三次元画像Ｓ_Pを生成する。

本実施の形態２において、領域設定部３４は、入力部３７を介して、一つのスライス画像における組織像が選択された場合、他のスライス画像において、その選択された組織像に対応付けられている領域すべてが選択される。例えば、スライス画像Ｇ₁に写る組織像Ｍ₁₁₁が選択された場合、スライス画像Ｇ₂、Ｇ₃にそれぞれ写る組織像Ｍ₁₁₂、Ｍ₁₁₃が、組織像Ｍ₁₁₁と対応付けられていれば、組織像Ｍ₁₁₁とともに、組織像Ｍ₁₁₂、Ｍ₁₁₃が、穿刺対象領域として選択される。ここで、組織像Ｍ₁₁₁、Ｍ₁₁₂、Ｍ₁₁₃は、例えば、組織像Ｍ₁₁の像を構成する部分的な組織像である。ユーザにより直接的に選択されていない組織像Ｍ₁₁₂、Ｍ₁₁₃の領域は、公知のエッジ検出等によって領域が設定される。

この際、組織像Ｍ₁₁、Ｍ₁₂、Ｍ₁₃のうち、三次元画像Ｓ_P内において、閉塞した領域を形成する組織像が、穿刺対象領域として選択される。例えば、図１３に示す三次元画像Ｓ_Pでは、組織像Ｍ₁₁、Ｍ₁₂が閉塞した領域を形成する一方、組織像Ｍ₁₃は、三次元画像Ｓ_Pの外縁を含んでおり、閉塞した領域となっていない。領域設定部３４は、スライス画像において、組織像Ｍ₁₃の部分的な組織像が選択された場合、組織像Ｍ₁₃の領域について、穿刺対象領域としての設定は行わない。

穿刺対象領域の設定、および穿刺済み領域の表示処理については、図９に示すフローチャートと同様の流れで行われる。例えば、ステップＳ１０３の穿刺対象領域の設定処理では、入力部３７を介してスライス画像の組織像への選択指示があった場合に、領域設定部３４が、この組織像と、対応する他のスライス画像の組織像とを抽出し、抽出した組織像の集合を穿刺対象領域に設定する。また、ステップＳ１０６の穿刺針１００の先端の軌跡抽出処理では、軌跡抽出部３５が、複数のスライス画像に写る穿刺針１００の像に基づいて、先端位置（先端が写るスライス画像における位置）を検出する。その後のステップＳ１０７において、判定部３５は、Ｂモード画像において、領域設定部３４が設定した穿刺対象領域（スライス画像において設定される領域のいずれか）と、軌跡抽出部３５が抽出した穿刺針の先端位置（軌跡）とが交差したか否かを判定する。ステップＳ１０８の重畳処理では、重畳部３３１が、穿刺対象領域の内部を塗り潰すようにしてもよいし、表面を強調、または網掛け表示するようにしてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、超音波画像が三次元画像の場合でも、上述した実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、上述した実施の形態２では、被検体Ｈに対して組織の位置を対応付けるようにしているため、挿入部２１の操作によって、穿刺済みの組織が一旦Ｂモード画像上から消え、再度Ｂモード画像に写った場合でも、その組織が穿刺済みであることを表示することができ、無駄な重複穿刺動作を回避することができる。

なお、本実施の形態２において、超音波振動子２１１ａの相対位置情報の生成は、センサ部１０に限らず、例えば、被検体Ｈに、相対的な位置が既知の複数の受信アンテナを装着し、各受信アンテナに超音波振動子２１１ａが発した無線信号を受信させ、位置算出部４０が、その受信強度に基づいて超音波振動子２１１ａの相対位置情報を算出するようにしてもよい。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、観測対象が生体組織であることを例に説明したが、材料の特性を観測する工業用の内視鏡であっても適用できる。本発明にかかる超音波観測装置は、体内、体外を問わず適用可能である。また、超音波のほか、赤外線などを照射して観測対象の信号を送受信するものであってもよい。

なお、上述した実施の形態１、２において、超音波観測装置が、各機能を有する回路同士をバスで接続することによって構成してもよいし、一部の機能が他の機能の回路構造に内蔵されるように構成してもよい。

また、本実施の形態では、超音波プローブとしてライトガイド等の光学系を有する超音波内視鏡を用いて説明したが、超音波内視鏡に限らず、撮像光学系および撮像素子を有しない超音波プローブであってもよい。さらに、超音波プローブとして、光学系のない細径の超音波ミニチュアプローブを適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器（膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等）を観察する際に用いられる。

また、超音波プローブとして、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブを適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器（肝臓、胆嚢、膀胱）、乳房（特に乳腺）、甲状腺を観察する際に体表に直接接触させて用いられる。

また、超音波振動子は、リニア型の振動子でもラジアル型の振動子でもコンベックス型の振動子でも構わない。超音波振動子がリニア型の振動子である場合、その走査領域は矩形（長方形、正方形）をなし、超音波振動子がラジアル型の振動子やコンベックス型の振動子である場合、その走査領域は扇形や円環状をなす。

このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。

１ 超音波診断システム
２ 超音波内視鏡
３、３Ａ 超音波観測装置
４ ＣＣＵ
５ 表示装置
６ 光源装置
１０ センサ部
２１ 挿入部
３１ 送受信部
３２ 信号処理部
３３ 画像処理部
３４ 領域設定部
３５ 軌跡抽出部
３６ 判定部
３７ 入力部
３８ 制御部
３９ 記憶部
４０ 位置算出部
１００ 穿刺針
２１１ 先端部
２１１ａ 超音波振動子

Claims (10)

1. 観測対象へ超音波を送信し、該観測対象で反射された超音波を受信する超音波振動子から受信した超音波信号に基づく超音波画像を生成する超音波観測装置であって、
   前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定部と、
   前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出部と、
   前記先端位置検出部が検出した前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定部が設定した前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御部と、
   を備えることを特徴とする超音波観測装置。
2. 前記表示制御部は、前記判定部により前記穿刺対象の像の先端位置が、前記穿刺対象の領域内に位置していると判定された場合に、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
3. 前記判定部は、前記超音波画像を形成する座標空間において、前記穿刺針の像の先端位置の座標が、前記穿刺対象の領域の外縁または内部に位置している場合に、前記穿刺対象の像の先端位置が前記穿刺対象の領域内に位置していると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
4. 前記領域設定部は、前記超音波画像に写る組織の像を計測するための二つの端点が設定された場合に、その二つの端点を含む予め設定された形状の領域を前記穿刺対象の領域に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
5. 前記領域設定部は、前記超音波画像上で操作されるカーソルの軌跡に基づいて前記穿刺対象の領域に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
6. 前記超音波画像は、三次元空間を表す直交座標系により表現される三次元画像であり、
   前記観測対象に対する前記超音波振動子の位置情報を検出するセンサ部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波観測装置。
7. 前記穿刺対象の領域は、前記三次元空間において、閉塞した領域である
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波観測装置。
8. 前記超音波画像は、二次元空間を表す直交座標系で表現される複数のスライス画像により構成され、
   各スライス画像は、前記三次元空間の直交座標系に関連付けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波観測装置。
9. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
   領域設定部が、前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定ステップと、
   先端位置検出部が、前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出ステップと、
   判定部が、前記先端位置検出ステップで検出された前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定ステップで設定された前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定ステップと、
   表示制御部が、前記判定ステップによる判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御ステップと、
   を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
10. 超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置の作動プログラムであって、
    領域設定部が、前記超音波画像において穿刺針による穿刺対象の領域を設定する領域設定手順と、
    先端位置検出部が、前記超音波画像における前記穿刺針の像に基づいて、該穿刺針の像の先端位置を検出する先端位置検出手順と、
    判定部が、前記先端位置検出手順で検出された前記穿刺針の像の先端位置が、前記領域設定手順で設定された前記穿刺対象の領域内に位置しているか否かを判定する判定手順と、
    表示制御部が、前記判定手順による判定結果に基づいて、前記超音波画像における前記穿刺対象の領域の表示態様を変更する表示制御手順と、
    を前記超音波観測装置に実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。

Images