JP2023147906A - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】被検体の血管の横断面を表す超音波画像を撮影しながら血管に挿入物を挿入する場合において、挿入物が到達した深さを検査者が容易に把握できる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、超音波プローブ（１）と、モニタ（２３）と、超音波プローブ（１）を移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得する画像取得部（４１）と、複数フレームの超音波画像からそれぞれ被検体に挿入された挿入物を検出する挿入物検出部（２４）と、複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に挿入物検出部（２４）により複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの挿入物を重畳してモニタ（２３）に表示する重畳表示部（２５）とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、被検体の血管に挿入された挿入物の観察に使用される超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。
従来から、いわゆる超音波診断装置を用いて被検体内を観察しながら、被検体の血管にいわゆる穿刺針等の挿入物を挿入する手技が行われている。検査者は、超音波診断装置により撮影された超音波画像を確認することにより、被検体の血管内に挿入された挿入物を確認しながら挿入物を血管内に進入させることができるが、超音波画像から挿入物の位置を精確に把握するためには、超音波検査に対してある程度の熟練度が必要なことが多い。
挿入物の位置を容易に把握するために、例えば、特許文献１および２に開示される技術が開発されている。特許文献１は、挿入物の縦断面が撮影された複数フレームの超音波画像に基づいて挿入物の先端を検出し、複数フレームの超音波画像において検出された挿入物の先端の位置に基づいて挿入物の先端の軌道を算出することを開示している。特許文献２は、挿入物の縦断面が撮影された連続する複数フレームの超音波画像の差分を計算し、計算された差分に基づいて挿入物の軌跡を表示することを開示している。
特開２０１４－２１２９２２号公報 特開２００１－２６９３３９号公報
ところで、被検体の血管および挿入物の横断面が撮影された超音波画像を確認しながら挿入物を血管に挿入していく手技が知られている。このような手技では、例えば、血管の走行方向に沿った挿入物の進行と、血管の走行方向に沿った超音波プローブの平行移動とが交互に繰り返されることが多い。この場合に、超音波画像に挿入物の全体像が写らないため、特許文献１および２に開示される技術を用いたとしても、熟練度が低い検査者等は、挿入物の先端が到達した深さを把握することが困難な場合があった。
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、被検体の血管の横断面を表す超音波画像を撮影しながら血管に挿入物を挿入する場合において、挿入物が到達した深さを検査者が容易に把握できる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、モニタと、超音波プローブを移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得する画像取得部と、複数フレームの超音波画像からそれぞれ被検体に挿入された挿入物を検出する挿入物検出部と、複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に挿入物検出部により複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの挿入物を重畳してモニタに表示する重畳表示部とを備えることを特徴とする。
重畳表示部は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物のうち、少なくとも最も深い位置の挿入物を重畳表示することができる。
重畳表示部は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物を、過去フレームの超音波画像から検出された挿入物ほど明度または彩度を低下させて重畳表示することができる。
重畳表示部は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物のうち、最新フレームから定められた時間範囲内に挿入物検出部により検出された挿入物のみを重畳表示することができる。
また、重畳表示部は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物のうち、最新フレームの超音波画像から検出された挿入物に対して定められた深さ範囲内に位置する挿入物のみを重畳表示することもできる。
また、重畳表示部は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物のうち、最新フレームの超音波画像から検出された挿入物に対して深さ方向に直交する定められた幅範囲内に位置する挿入物のみを重畳表示することもできる。
超音波診断装置は、超音波プローブの角度を検知する角度検知部を備え、重畳表示部は、角度検知部により検知された超音波プローブの角度が定められた角度範囲内の場合に挿入物検出部により検出された挿入物のみを重畳表示することができる。
角度検知部は、超音波プローブに配置された角度センサを含むことができる。
また、角度検知部は、超音波プローブを撮影して光学画像を取得する光学カメラと、光学カメラにより取得された光学画像を解析することにより超音波プローブの角度を検知する光学画像解析部とを含むこともできる。
超音波診断装置は、複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物の輝度変化率を算出する超音波画像解析部を備え、重畳表示部は、超音波画像解析部により算出された輝度変化率が定められた範囲内にある挿入物のみを重畳表示することができる。
また、超音波診断装置は、複数フレームの超音波画像における挿入物以外の背景画像の変化率を算出する超音波画像解析部を備え、重畳表示部は、超音波画像解析部により算出された背景画像の変化率が定められた範囲内にあるフレームの超音波画像から検出された挿入物のみを重畳表示することもできる。
超音波診断装置は、挿入物検出部により複数フレームの超音波画像から検出された挿入物の先端を検出する先端検出部を備え、重畳表示部は、先端検出部により検出された挿入物の先端のみを重畳表示することもできる。
本発明に係る超音波診断装置の制御方法は、超音波プローブを移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得し、複数フレームの超音波画像からそれぞれ被検体に挿入された挿入物を検出し、複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に、複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの挿入物を重畳してモニタに表示することを特徴とする。
本発明によれば、超音波診断装置が、超音波プローブと、モニタと、超音波プローブを移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得する画像取得部と、複数フレームの超音波画像からそれぞれ被検体に挿入された挿入物を検出する挿入物検出部と、複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に挿入物検出部により複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの挿入物を重畳してモニタに表示する重畳表示部とを備えるため、被検体の血管の横断面を表す超音波画像を撮影しながら血管に挿入物を挿入する場合において、挿入物が到達した深さを検査者が容易に把握できる。
本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における送受信回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における画像生成部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における超音波プローブと挿入物の位置関係の例を示す図である。 本発明の実施の形態１において超音波画像から検出された挿入物を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物が重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の第１の変形例において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物の輪郭線が重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の第２の変形例において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物を囲む複数の図形が重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の第３の変形例において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物の中心点と、それらの中心点を互いに接続する接続線が重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の第４の変形例において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物の深さ位置に配置された複数の横線が重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１の第５の変形例において複数フレームの超音波画像から検出された複数の挿入物の深さ位置に対応する複数のインジケータが重畳された超音波画像の例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２において傾斜した超音波プローブの例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書において、「同一」、「同じ」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
実施の形態１
図１に本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、超音波プローブ１に接続される装置本体２を備えている。超音波診断装置は、例えば、いわゆる穿刺針等の挿入物を被検体の血管に挿入する手技において、被検体の血管およびその血管に挿入された挿入物を観察するために使用される。
超音波プローブ１は、振動子アレイ１１を有している。振動子アレイ１１に送受信回路１２が接続されている。
装置本体２は、超音波プローブ１の送受信回路１２に接続される画像生成部２１を有している。画像生成部２１に、表示制御部２２およびモニタ２３が、順次、接続されている。また、画像生成部２１に画像メモリ２６が接続されている。画像メモリ２６に挿入物検出部２４が接続されている。挿入物検出部２４に重畳表示部２５が接続されている。重畳表示部２５は、表示制御部２２に接続している。また、画像メモリ２６に測定部２７が接続されている。測定部２７に、測定結果メモリ２８および表示制御部２２が接続されている。
また、送受信回路１２、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、画像メモリ２６、測定部２７および測定結果メモリ２８に、本体制御部２９が接続されている。また、本体制御部２９に入力装置３０が接続されている。
また、超音波プローブ１の送受信回路１２と装置本体２の画像生成部２１により、画像取得部４１が構成されている。また、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７および本体制御部２９により、装置本体２用のプロセッサ４３が構成されている。
超音波プローブ１の振動子アレイ１１は、１次元または２次元に配列された複数の超音波振動子を有している。これらの超音波振動子は、それぞれ送受信回路１２から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して、超音波エコーに基づく信号を出力する。各超音波振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ－ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛－チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。
送受信回路１２は、本体制御部２９による制御の下で、振動子アレイ１１から超音波を送信し且つ振動子アレイ１１により取得された受信信号に基づいて音線信号を生成する。送受信回路１２は、図２に示すように、振動子アレイ１１に接続されるパルサ５１と、振動子アレイ１１から順次直列に接続される増幅部５２、ＡＤ（Analog to Digital）変換部５３およびビームフォーマ５４を有している。
パルサ５１は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、本体制御部２９からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ１１の複数の超音波振動子から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号を、遅延量を調節して複数の超音波振動子に供給する。このように、振動子アレイ１１の超音波振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの超音波振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。
送信された超音波ビームは、例えば、被検体の部位等の対象において反射され、超音波プローブ１の振動子アレイ１１に向かって伝搬する。このように振動子アレイ１１に向かって伝搬する超音波エコーは、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの超音波振動子により受信される。この際に、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの超音波振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して、電気信号である受信信号を発生させ、これらの受信信号を増幅部５２に出力する。
増幅部５２は、振動子アレイ１１を構成するそれぞれの超音波振動子から入力された信号を増幅し、増幅した信号をＡＤ変換部５３に送信する。ＡＤ変換部５３は、増幅部５２から送信された信号をデジタルの受信データに変換する。ビームフォーマ５４は、ＡＤ変換部５３から受け取った各受信データに対してそれぞれの遅延を与えて加算することにより、いわゆる受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、ＡＤ変換部５３で変換された各受信データが整相加算され且つ超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が取得される。
画像生成部２１は、図３に示すように、信号処理部５５、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）５６および画像処理部５７が順次直列に接続された構成を有している。
信号処理部５５は、送受信回路１２から受信した音線信号に対し、本体制御部２９により設定される音速値を用いて超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
ＤＳＣ５６は、信号処理部５５で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。
画像処理部５７は、ＤＳＣ５６から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部２２および画像メモリ２６に送出する。以降は、画像処理部５７により画像処理が施されたＢモード画像信号を、超音波画像と呼ぶ。
表示制御部２２は、本体制御部２９の制御の下で、画像生成部２１により生成された超音波画像等に対して所定の処理を施して、モニタ２３に表示する。
モニタ２３は、表示制御部２２の制御の下で、種々の表示を行う。モニタ２３は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含むことができる。
画像メモリ２６は、本体制御部２９の制御の下で、画像生成部２１により生成された超音波画像を格納する。また、詳しくは後述するが、画像メモリ２６は、挿入物検出部２４により超音波画像から検出された挿入物の情報を、その超音波画像に紐付けて格納できる。
画像メモリ２６としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（Solid State Drive：ソリッドステートドライブ）、ＦＤ（Flexible Disk：フレキシブルディスク）、ＭＯディスク（Magneto-Optical disk：光磁気ディスク）、ＭＴ（Magnetic Tape：磁気テープ）、ＲＡＭ（Random Access Memory：ランダムアクセスメモリ）、ＣＤ（Compact Disc：コンパクトディスク）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc：デジタルバーサタイルディスク）、ＳＤカード（Secure Digital card：セキュアデジタルカード）、または、ＵＳＢメモリ（Universal Serial Bus memory：ユニバーサルシリアルバスメモリ）等の記録メディア等を用いることができる。
ところで、一般的に、被検体の血管および穿刺針等の挿入物の横断面を表す超音波画像を撮影し、撮影された超音波画像を確認しながら血管の走行方向にほぼ沿って挿入物を血管に挿入していく手技が知られている。ここで、血管の横断面とは、血管の走行方向に対して交差する、血管の断層面のことをいう。また、挿入物の横断面とは、挿入物が延びる方向に対して交差する、挿入物の断層面のことをいう。
このような手技では、通常、図４に示すように、血管Ｂの走行方向に沿った挿入物Ｊの進行と、血管Ｂの走行方向に沿った被検体の体表Ｓ上の超音波プローブ１の平行移動とが交互に繰り返されることが多い。すなわち、血管Ｂの走行方向に沿って挿入物Ｊを血管Ｂ内に進行させた後で、超音波プローブ１を血管Ｂの走行方向に沿って被検体の体表Ｓ上を平行移動し、さらに、血管Ｂの走行方向に沿って挿入物Ｊを血管Ｂ内に進行させる、というように、挿入物Ｊの進行と超音波プローブ１の平行移動が交互に繰り返されることが多い。これにより、例えば図５に示すように、血管Ｂの横断面の内側に挿入物Ｊの横断面が写る超音波画像Ｕが撮影される。
挿入物検出部２４は、検査者により超音波プローブ１が移動されながら画像生成部２１により連続的に生成された複数フレームの超音波画像Ｕを解析し、その複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ被検体に挿入された挿入物Ｊを検出する。
挿入物検出部２４は、例えば、いわゆる二値化の方法またはいわゆる分水嶺法等のセグメンテーションアルゴリズムを用いて挿入物Ｊを検出できる。また、挿入物検出部２４は、例えば、挿入物Ｊの横断面を表す互いに異なる複数のテンプレート画像を記憶しており、これらの複数のテンプレート画像を用いた、いわゆるテンプレートマッチングの方法により超音波画像Ｕ内をサーチして、挿入物Ｊを検出することもできる。また、挿入物検出部２４は、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されているディープラーニングを用いた一般画像認識手法等を用いて挿入物Ｊを検出することもできる。
挿入物検出部２４は、検出された挿入物Ｊの情報を重畳表示部２５に送出する。検出された挿入物Ｊの情報には、例えば、超音波画像Ｕにおける挿入物Ｊの位置および形状が含まれる。また、挿入物検出部２４は、検出の処理に用いられた超音波画像Ｕと紐付けて画像メモリ２６に送出できる。画像メモリ２６は、挿入物検出部２４から受信した挿入物Ｊの情報と、対応する超音波画像Ｕを互いに紐付けて格納できる。
重畳表示部２５は、画像生成部２１により生成された連続する複数フレームの超音波画像Ｕのうち最新フレームの超音波画像Ｕに、挿入物検出部２４により連続する複数フレームの超音波画像Ｕから検出された少なくとも１つの挿入物Ｊを重畳してモニタ２３に表示する。ここで、連続する複数フレームの超音波画像Ｕには、最新フレームの超音波画像も含まれる。重畳表示部２５は、例えば図６に示すように、複数フレームの超音波画像Ｕから挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊの領域を塗り潰す等により強調表示された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳してモニタ２３に表示できる。
測定部２７は、本体制御部２９による制御の下で、画像メモリ２６に格納されている超音波画像Ｕを読み出し、読み出された超音波画像Ｕに基づいて、例えば、撮影された血管Ｂの寸法等の測定を行う。測定部２７は、例えば、入力装置３０を介した検査者の入力操作に基づいて測定を行うことができる。
測定結果メモリ２８は、本体制御部２９による制御の下で、測定部２７により測定された結果を、測定に用いられた超音波画像Ｕと紐付けて格納する。測定結果メモリ２８としては、例えば、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカードまたはＵＳＢメモリ等の記録メディア等を用いることができる。
入力装置３０は、検査者による入力操作を受け付け、入力された情報を本体制御部２９に送出する。入力装置３０は、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッドおよびタッチパネル等の検査者が入力操作を行うための装置等により構成される。
なお、装置本体２の画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７および本体制御部２９により構成されるプロセッサ４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）、または、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。
また、プロセッサ４３の画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７および本体制御部２９は、部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵ等に統合させて構成されることもできる。
次に、図７のフローチャートを用いて実施の形態１に係る超音波診断装置の動作の例を説明する。
まず、ステップＳ１において、検査者により超音波プローブ１が被検体の体表Ｓ上に配置された状態で、画像取得部４１により超音波画像Ｕが取得される。この際に、超音波プローブ１の振動子アレイ１１により被検体内に超音波ビームが送信され且つ被検体内から超音波エコーが受信され、受信信号が生成される。画像取得部４１の送受信回路１２は、受信信号に対して、本体制御部２９の制御の下でいわゆる受信フォーカス処理を行って音線信号を生成する。送受信回路１２により生成された音線信号は、画像生成部２１に送出される。画像生成部２１は、送受信回路１２から送出された音線信号を用いて超音波画像Ｕを生成する。
次に、ステップＳ２において、挿入物検出部２４は、ステップＳ１で取得された超音波画像Ｕを解析して、超音波画像Ｕから挿入物Ｊを検出する。挿入物検出部２４は、例えば、セグメンテーションアルゴリズム、テンプレートマッチング、機械学習、または、ディープラーニング等の一般画像認識手法等を用いて挿入物Ｊを検出できる。また、挿入物検出部２４は、検出された挿入物Ｊの情報を、重畳表示部２５に送出する。
ステップＳ３において、重畳表示部２５は、超音波検査が開始されてから、定められたＮフレームの超音波画像Ｕにおいて挿入物検出部２４により挿入物Ｊが検出されたか否かを判定する。ここで、定められたフレーム数であるＮとして２以上の数が設定されることができる。定められたＮフレームの超音波画像Ｕで挿入物Ｊが検出されていないと判定された場合にステップＳ１に戻り、超音波画像Ｕが新たに取得される。
このようにして、定められたＮフレームの超音波画像Ｕにおいて挿入物Ｊが検出されたとステップＳ３で判定されるまで、ステップＳ１～ステップＳ３の処理が繰り返される。ステップＳ１～ステップＳ３が繰り返されている間に、検査者により、超音波プローブ１が被検体の体表Ｓ上で平行移動されながら、連続する複数フレームの超音波画像Ｕが取得される。この際に、超音波プローブ１は、例えば、挿入物Ｊの中腹部分に重なる位置から挿入物Ｊの先端に重なる位置を経由して、挿入物Ｊの先端を超えた位置にまで移動される。そのため、ステップＳ１～ステップＳ３の繰り返しにより、例えば、挿入物Ｊの中腹部分の横断面が写る超音波画像Ｕ、挿入物Ｊの先端の横断面が写る超音波画像Ｕ、および、挿入物Ｊが写っていない超音波画像Ｕが取得される。通常、挿入物Ｊの先端に近い部分の横断面ほど超音波画像Ｕにおける深部に位置する。
また、この際に、検査者は、例えば図４に示すように超音波プローブ１の平行移動と挿入物Ｊの被検体内への進行とを交互に行う。図４に示すように、挿入物Ｊは、血管Ｂのほぼ走行方向に沿って被検体の深部側にわずかに傾斜して被検体内に挿入されるため、検査者がいわゆる血管前壁から血管Ｂ内に挿入物Ｊを挿入すると、挿入物Ｊの先端は血管後壁に向かって徐々に近付いていく。
このようにしてステップＳ１～ステップＳ３の処理が繰り返された結果、定められたＮフレームの超音波画像Ｕにおいて挿入物Ｊが検出されたとステップＳ３で判定された場合に、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４において、重畳表示部２５は、ステップＳ１～ステップＳ３の繰り返しにより検出された複数の挿入物Ｊのうち、モニタ２３に表示する少なくとも１つの挿入物Ｊを決定する。重畳表示部２５は、例えば、ステップＳ１～ステップＳ３の繰り返しで検出された全ての挿入物Ｊを、モニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定できる。
ステップＳ５において、重畳表示部２５は、ステップＳ４でモニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定された挿入物Ｊを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示する。重畳表示部２５は、例えば図６に示すように、複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４を、超音波画像Ｕにおける他の領域とは異なる色で塗り潰す等の強調を行ってモニタ２３に表示できる。
このようにして、複数フレームの超音波画像Ｕで検出された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４、すなわち、被検体内に挿入された挿入物Ｊの深さ位置の履歴が最新フレームの超音波画像Ｕに重畳表示されることにより、検査者は、現在、被検体内に挿入されている挿入物Ｊの深さ位置を容易に把握できる。また、検査者が挿入物Ｊを被検体内で進行させると挿入物Ｊの先端は血管後壁に徐々に近付いていくが、検査者は、超音波画像Ｕに重畳表示された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４を確認して挿入物Ｊの深さ位置を把握することにより、例えば、挿入物Ｊの進行を容易に調節して、挿入物Ｊが血管後壁を貫通してしまう等の事故を未然に防止できる。
このようにしてステップＳ５の処理が完了すると、図７のフローチャートに従う超音波診断装置の動作が終了する。
以上から、実施の形態１に係る超音波診断装置によれば、挿入物検出部２４が、画像取得部４１により取得された連続する複数フレームの超音波画像Ｕから、それぞれ、被検体内に挿入された挿入物Ｊを検出し、重畳表示部２５が、複数フレームの超音波画像Ｕから検出された少なくとも１つの挿入物Ｊを最新フレームの超音波画像Ｕに重畳してモニタ２３に表示するため、被検体の血管Ｂの横断面を表す超音波画像Ｕを撮影しながら血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合において、挿入物Ｊが到達した深さを検査者が容易に把握できる。そのため、検査者は、血管Ｂ内の適切な位置まで挿入物Ｊを確実に進行でき、挿入物Ｊにより血管Ｂを貫通する等の事故を未然に防ぐこともできる。
なお、画像生成部２１は、装置本体２に備えられると説明されているが、装置本体２に備えられる代わりに超音波プローブ１に備えられることもできる。
また、重畳表示部２５は、ステップＳ４において、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４のうち、少なくとも最も深い位置の挿入物をモニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定し、このようにして決定された挿入物ＪをステップＳ５において最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。これにより、検査者は、被検体内に現在挿入されている挿入物Ｊがどの深さ範囲に位置しているかを容易に把握できる。
また、重畳表示部２５は、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４を、過去フレームの超音波画像Ｕすなわち過去に取得されたフレームの超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４ほど、明度または彩度を低下させて、最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。これにより、検査者は、超音波画像Ｕに重畳されている複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４が検出された時系列的な順番を容易に確認し、深さ方向における挿入物Ｊの進行方向を容易に確認できる。
この場合に、重畳表示部２５は、ステップＳ４において、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４のうち、最新フレームが取得された時点から過去の定められた時間範囲内に挿入物検出部２４により検出された挿入物のみをモニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定し、このようにして決定された挿入物ＪをステップＳ５において最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。これにより、検査者は、被検体内に現在挿入されている挿入物Ｊがどの深さ範囲に位置しているかを容易に把握できる。
また、重畳表示部２５は、ステップＳ４において、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４、最新フレームの超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｋ１に対して定められた深さ範囲内に位置する挿入物のみをモニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定し、このようにして決定された挿入物ＪをステップＳ５において最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。
重畳表示部２５は、例えば、超音波画像Ｕの深さ方向の中心に位置し、深さ方向において予め定められた寸法を有する範囲を定められた深さ範囲として設定できる。また、重畳表示部２５は、例えば、テンプレートマッチング等の方法により超音波画像Ｕから血管Ｂを検出し、血管Ｂの深さ方向における一端から他端までの範囲を定められた深さ範囲として設定することもできる。
このように、定められた深さ範囲内に位置する挿入物のみを表示する場合にも、検査者は、被検体内に現在挿入されている挿入物Ｊがどの深さ範囲に位置しているかを容易に把握できる。
さらに、重畳表示部２５は、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された複数の挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４、最新フレームの超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｋ１に対して深さ方向に直交する幅方向における、定められた幅範囲内に位置する挿入物のみをモニタ２３に表示する挿入物Ｊとして決定し、このようにして決定された挿入物ＪをステップＳ５において最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。
重畳表示部２５は、例えば、超音波画像Ｕの幅方向の中心に位置し、幅方向において予め定められた寸法を有する範囲を定められた幅範囲として設定できる。また、重畳表示部２５は、例えば、テンプレートマッチング等の方法により超音波画像Ｕから血管Ｂを検出し、血管Ｂの幅方向における一端から他端までの範囲を定められた幅範囲として設定することもできる。通常、血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合に、挿入物Ｊの先端は血管Ｂの幅方向における一端から他端までの範囲に位置するため、定められた幅範囲内に位置する挿入物のみが表示される場合でも、検査者は、被検体内に現在挿入されている挿入物Ｊがどの深さ範囲に位置しているかを容易に把握できる。
また、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４が、超音波画像Ｕにおける他の箇所とは異なる色で塗り潰されてモニタ２３に強調表示されることが説明されているが、挿入物Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４を表示する方法は、特にこれに限定されない。
重畳表示部２５は、例えば図８に示すように、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物を表すものとして、それらの挿入物の輪郭線Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７およびＫ８を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳することもできる。この場合には、最新フレームの超音波画像Ｕから検出される挿入物Ｊが覆い隠されることがないため、検査者は、現在の挿入物Ｊの位置を明確に把握できる。
重畳表示部２５は、例えば図９に示すように、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物を表すものとして、それらの挿入物を囲む複数の図形Ｋ９、Ｋ１０、Ｋ１１およびＫ１２を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳することもできる。図９の例では、矩形の図形Ｋ９、Ｋ１０、Ｋ１１およびＫ１２が最新フレームの超音波画像Ｕに重畳されている。この場合にも、最新フレームの超音波画像Ｕから検出される挿入物Ｊが覆い隠されることがないため、検査者は、現在の挿入物Ｊの位置を明確に把握できる。なお、図形Ｋ９、Ｋ１０、Ｋ１１およびＫ１２の形状は、最新フレームの超音波画像Ｕから検出される挿入物Ｊを覆い隠す形状でなければ特に限定されない。
重畳表示部２５は、例えば図１０に示すように、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物を表すものとして、それらの挿入物の中心点Ｋ１３、Ｋ１４、Ｋ１５およびＫ１６を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳することもできる。この場合にも、最新フレームの超音波画像Ｕから検出される挿入物Ｊが覆い隠されることがないため、検査者は、現在の挿入物Ｊの位置を明確に把握できる。また、重畳表示部２５は、複数の中心点Ｋ１３、Ｋ１４、Ｋ１５およびＫ１６を互いに接続する接続線Ｌを最新フレームの超音波画像Ｕにさらに表示することもできる。検査者は、接続線Ｌを確認することにより、深さ方向における挿入物Ｊの進行の軌跡を容易に把握しながら血管Ｂ内の適切な位置まで挿入物Ｊを確実に進行できる。
重畳表示部２５は、例えば図１１に示すように、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物を表すものとして、それらの挿入物の深さ位置に配置された複数の横線Ｋ１７、Ｋ１８、Ｋ１９およびＫ２０を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳することもできる。検査者は、複数の横線Ｋ１７、Ｋ１８、Ｋ１９およびＫ２０を確認することにより、挿入物Ｊの深さ位置を容易に把握できる。
重畳表示部２５は、例えば図１２に示すように、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕからそれぞれ検出された挿入物を表すものとして、それらの挿入物の深さ位置に配置された複数のインジケータＫ２１、Ｋ２２、Ｋ２３およびＫ２４を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳することもできる。この場合にも、検査者は、複数の横線Ｋ１７、Ｋ１８、Ｋ１９およびＫ２０を確認することにより、挿入物Ｊの深さ位置を容易に把握できる。
実施の形態２
被検体の血管Ｂの横断面を撮影した超音波画像Ｕを観察しながら挿入物Ｊをその血管Ｂに挿入する場合には、検査者が挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握するために、血管Ｂの走行方向に対して概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕが取得されることが好ましい。そこで、超音波診断装置は、例えば、超音波プローブ１の角度が定められた角度範囲内にある場合にのみ、検出された挿入物Ｊを超音波画像Ｕ上に重畳表示することができる。
図１３に、実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。実施の形態２の超音波診断装置は、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置において、超音波プローブ１の代わりに超音波プローブ１Ａを備え、装置本体２の代わりに装置本体２Ａを備えている。
超音波プローブ１Ａは、実施の形態１における超音波プローブ１において、角度センサ６１が追加されたものである。
装置本体２Ａは、実施の形態１における装置本体２において、本体制御部２９の代わりに本体制御部２９Ａを備えたものである。装置本体２Ａの重畳表示部２５は、超音波プローブ１Ａの角度センサ６１に接続されている。また、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７および本体制御部２９Ａにより、装置本体２Ａ用のプロセッサ４３Ａが構成されている。
超音波プローブ１Ａの角度センサ６１は、図１４に示すように、超音波プローブ１Ａの角度Ａを検知するセンサである。角度センサ６１は、例えば、超音波プローブ１Ａの先端が鉛直方向の下方を向いている場合を０度として、超音波プローブ１Ａが傾斜する角度Ａを検知できる。角度センサ６１は、例えば、いわゆる加速度センサ、いわゆるジャイロセンサ等の公知のセンサ装置により構成されることができる。
重畳表示部２５は、角度センサ６１により検知された超音波プローブ１Ａの角度Ａが定められた角度範囲内であるか否かを判定し、角度Ａがその角度範囲内にある場合に挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示できる。この際に、重畳表示部２５は、例えば、入力装置３０を介した検査者の入力操作に基づいて、定められた角度範囲の基準となる角度、すなわち、定められた角度範囲における中心角度を設定できる。この場合に、定められた角度範囲は、中心角度を基準とした一定の角度範囲となる。これにより、被検体の血管Ｂの走行方向に概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊのみが超音波画像Ｕ上に重畳表示されることができる。
このように、実施の形態２の超音波診断装置によれば、重畳表示部２５が、超音波プローブ１Ａの角度Ａが定められた角度範囲にある場合に挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示する、すなわち、被検体の血管Ｂの走行方向に概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊのみを超音波画像Ｕ上に重畳表示するため、検査者は、超音波画像Ｕ上に重畳表示された挿入物Ｊを確認することにより、実際の挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握できる。
なお、入力装置３０を介した検査者の入力操作に基づいて、定められた角度範囲の基準となる角度が設定される例が説明されているが、重畳表示部２５は、例えば、超音波検査が開始されてから数秒間等の定められた時間が経過した時点の超音波プローブ１の角度Ａを基準の角度として設定することもできる。これにより、超音波プローブ１の基準の角度を設定する際の検査者の手間を省き、検査者は、円滑に超音波検査を行うことができる。
また、超音波プローブ１Ａの角度Ａを検知する角度検知部が角度センサ６１からなることが説明されているが、角度検知部は、例えば、角度センサ６１により検知された超音波プローブ１Ａの角度Ａと超音波画像Ｕに基づいて、超音波プローブ１Ａと血管Ｂおよび神経等の被検体内の解剖学的構造との間の相対的な角度を算出する、図示しない相対角度算出部を含むこともできる。相対角度算出部は、例えば、超音波画像Ｕの深さ方向を超音波プローブ１Ａの向きと仮定して、超音波画像Ｕにより表される断層面における、被検体内の血管Ｂおよび神経等の走行方向と超音波プローブ１Ａとのなす角度を算出できる。相対角度算出部は、このようにして算出された角度と、角度センサ６１により検知された超音波プローブ１Ａの角度Ａに基づいて、超音波プローブ１Ａと血管Ｂおよび神経等の被検体内の解剖学的構造との間の相対的な角度を算出できる。
ここで、超音波プローブ１Ａと血管Ｂの走行方向との間の相対的な角度が算出される場合に、重畳表示部２５は、例えば、定められた角度範囲の基準となる角度を９０度に設定できる。これにより、被検体の血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合に、血管Ｂの走行方向に対して概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕに対して検出された挿入物Ｊがモニタ２３に表示されるため、検査者は、実際の挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握できる。
また、被検体の血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合に、挿入物Ｊを明確に撮影するために、挿入物Ｊが延びる方向に対して垂直な断層面を表す超音波画像Ｕが取得されることがある。そこで、相対角度算出部は、角度センサ６１により検知された超音波プローブ１Ａの角度Ａと超音波画像Ｕに基づいて、超音波プローブ１Ａと挿入物Ｊとの間の相対的な角度を算出することもできる。この場合に重畳表示部２５は、挿入物Ｊが明確に撮影される超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊをモニタ２３に表示させるために、例えば、定められた角度範囲の基準となる角度を９０度に設定できる。
実施の形態３
実施の形態２では、超音波プローブ１Ａの角度Ａを検知する角度検知部として、角度センサ６１が用いられてるが、超音波プローブ１Ａの角度Ａを検知できれば、角度検知部の構成は、特にこれに限定されない。角度検知部は、例えば、超音波プローブ１Ａの光学画像を撮影する光学カメラを解析して超音波プローブ１Ａの角度Ａを検知する構成を有することもできる。
図１５に実施の形態３に係る超音波診断装置の構成を示す。実施の形態３の超音波診断装置は、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置において、光学カメラ６２が追加され、装置本体２の代わりに装置本体２Ｂを備えたものである。
装置本体２Ｂは、実施の形態１における装置本体２において、光学画像解析部６３が追加され、本体制御部２９の代わりに本体制御部２９Ｂを備えたものである。装置本体２Ｂにおいて、光学画像解析部６３に光学カメラ６２および本体制御部２９Ｂが接続されている。また、光学画像解析部６３は、重畳表示部２５に接続されている。また、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７、本体制御部２９Ｂおよび光学画像解析部６３により、装置本体２Ｂ用のプロセッサ４３Ｂが構成されている。また、光学カメラ６２と装置本体２Ｂの光学画像解析部６３により、角度検知部４４が構成されている。
光学カメラ６２は、例えばいわゆるＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサまたはいわゆるＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサ等のイメージセンサを含み、超音波プローブ１を撮影して光学画像を取得する。光学カメラ６２は、取得された光学画像を光学画像解析部６３に送出する。
光学画像解析部６３は、光学カメラ６２により取得された光学画像を解析することにより超音波プローブ１の角度Ａを検知する。光学画像解析部６３は、例えば、角度Ａとして、３次元空間における超音波プローブ１の姿勢に基づいて、鉛直方向下向きを０度とする絶対的な角度を検知できる。光学画像解析部６３は、例えば、角度Ａとして、光学画像における超音波プローブ１と被検体の体表Ｓとの関係を解析して、超音波プローブ１と被検体の体表Ｓとのなす角度である相対的な角度を検知することもできる。
光学画像解析部６３は、例えば、超音波プローブ１を表す互いに異なる複数のテンプレート画像を記憶しており、これらの複数のテンプレート画像を用いた、いわゆるテンプレートマッチングの方法により光学画像内をサーチして、超音波プローブ１を検出し、検出された超音波プローブ１の角度Ａを検知できる。また、光学画像解析部６３は、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されているディープラーニングを用いた一般画像認識手法等を用いて超音波プローブ１を検出し、その超音波プローブ１の角度Ａを検知することもできる。
重畳表示部２５は、実施の形態２における重畳表示部２５と同様にして、光学画像解析部６３により検知された超音波プローブ１の角度Ａが定められた角度範囲内であるか否かを判定し、角度Ａがその角度範囲内である場合に、挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示できる。
このように、実施の形態３の超音波診断装置によれば、角度検知部４４により検知された超音波プローブ１の角度Ａが定められた角度範囲にある場合に、重畳表示部２５が、挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示するため、検査者は、実施の形態２と同様にして、超音波画像Ｕ上に重畳表示された挿入物Ｊを確認することにより、実際の挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握できる。
なお、角度検知部４４は、例えば、光学画像解析部６３により検知された超音波プローブ１の角度Ａと超音波画像Ｕに基づいて、超音波プローブ１と血管Ｂおよび神経等の被検体内の解剖学的構造との間の相対的な角度を算出する、図示しない相対角度算出部を含むこともできる。相対角度算出部は、例えば、超音波画像Ｕの深さ方向を超音波プローブ１Ａの向きと仮定して、超音波画像Ｕにより表される断層面における、被検体内の血管Ｂおよび神経等の走行方向と超音波プローブ１Ａとのなす角度を算出できる。相対角度算出部は、このようにして算出された角度と、光学画像解析部６３により検知された超音波プローブ１Ａの角度Ａに基づいて、超音波プローブ１Ａと血管Ｂおよび神経等の被検体内の解剖学的構造との間の相対的な角度を算出できる。
ここで、超音波プローブ１と血管Ｂの走行方向との間の相対的な角度が算出される場合に、重畳表示部２５は、例えば、定められた角度範囲の基準となる角度を９０度に設定できる。これにより、被検体の血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合に、血管Ｂの走行方向に対して概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕに対して検出された挿入物Ｊがモニタ２３に表示されるため、検査者は、実際の挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握できる。
また、被検体の血管Ｂに挿入物Ｊを挿入する場合に、挿入物Ｊを明確に撮影するために、挿入物Ｊが延びる方向に対して垂直な断層面を表す超音波画像Ｕが取得されることがある。そこで、相対角度算出部は、光学画像解析部６３により検知された超音波プローブ１の角度Ａと超音波画像Ｕに基づいて、超音波プローブ１と挿入物Ｊとの間の相対的な角度を算出することもできる。この場合に重畳表示部２５は、挿入物Ｊが明確に撮影される超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊをモニタ２３に表示させるために、例えば、定められた角度範囲の基準となる角度を９０度に設定できる。
実施の形態４
挿入物Ｊの伸長方向に対して９０度の角度で超音波ビームが送信される場合には、９０度に対して傾斜した角度で超音波ビームが送信される場合と比較して、挿入物Ｊからの超音波エコーの強度が高くなる。このように、挿入物Ｊの超音波画像Ｕの輝度は、超音波プローブ１の角度Ａに応じて変化することがわかる。また、超音波プローブ１の角度Ａが変化すると、走査される被検体内の断層面が変化するため、超音波画像Ｕから挿入物Ｊの領域を除いた背景画像の全体の輝度も変化する。
そこで、超音波診断装置は、例えば、超音波プローブ１の角度Ａの代わりに、複数フレームの超音波画像Ｕにおける挿入物Ｊの輝度変化率または背景画像の全体の輝度変化率に基づいて挿入物Ｊを超音波画像Ｕ上に重畳表示することもできる。
図１６に、実施の形態４に係る超音波診断装置の構成を示す。実施の形態４の超音波診断装置は、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置において、装置本体２の代わりに装置本体２Ｃを備えている。装置本体２Ｃは、実施の形態１における装置本体２において、超音波画像解析部６４が追加され、本体制御部２９の代わりに本体制御部２９Ｃを備えたものである。
装置本体２Ｃにおいて、挿入物検出部２４および画像メモリ２６に超音波画像解析部６４が接続されている。また、超音波画像解析部６４は、重畳表示部２５および本体制御部２９Ｃに接続している。また、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７、本体制御部２９Ｃおよび超音波画像解析部６４により、装置本体２Ｃ用のプロセッサ４３Ｃが構成されている。
超音波画像解析部６４は、画像生成部２１により生成された複数フレームの超音波画像Ｕを解析して、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊの画像の輝度をそれぞれ取得し、検出された複数の挿入物Ｊの画像の輝度変化率を算出する。超音波画像解析部６４は、例えば、それぞれの超音波画像Ｕに含まれる挿入物Ｊの画像の輝度として、挿入物Ｊを表す領域の輝度の平均値を算出できる。
また、超音波画像解析部６４は、画像生成部２１により生成された複数フレームの超音波画像Ｕを解析して、複数フレームの超音波画像Ｕにおいて挿入物検出部２４より検出された挿入物Ｊ以外の背景画像の輝度を取得し、取得された複数の背景画像の輝度の変化率を算出することもできる。超音波画像解析部６４は、例えば、それぞれの背景画像の輝度として、背景画像の全体の輝度の平均値を算出できる。
ここで、挿入物Ｊの画像の輝度変化率は、超音波プローブ１の角度範囲に応じて変化するため、血管Ｂの走行方向に対して垂直な断層面を撮影できる超音波プローブ１の角度Ａにおける挿入物Ｊの画像の輝度を基準として、挿入物Ｊの画像の輝度変化率が定められた範囲内となるように超音波画像Ｕを取得することで、血管Ｂの走行方向に対して概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕを取得することができる。
また、背景画像の輝度変化率も、挿入物Ｊの画像の輝度変化率と同様に、超音波プローブ１の角度範囲に応じて変化するため、血管Ｂの走行方向に対して垂直な断層面を撮影できる超音波プローブ１の角度Ａにおける背景画像の輝度を基準として、背景画像の輝度変化率が定められた範囲内となるように超音波画像Ｕを取得することで、血管Ｂの走行方向に対して概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕを取得することができる。
そこで、重畳表示部２５は、超音波画像解析部６４により算出された輝度変化率が定められた範囲内にある挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示できる。この際に、重畳表示部２５は、例えば、入力装置３０を介した検査者の入力操作に基づいて、超音波プローブ１の任意の角度Ａにおいて取得された超音波画像Ｕにおける挿入物Ｊの輝度または背景画像の輝度を基準として、輝度変化率の定められた範囲を設定できる。これにより、被検体の血管Ｂの走行方向に概ね垂直な断層面を表す超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊのみが超音波画像Ｕ上に重畳表示されることができる。
このように、実施の形態４の超音波診断装置によれば、超音波画像解析部６４により算出された輝度変化率が定められた範囲内にある場合に、重畳表示部２５が、挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊのみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示するため、検査者は、実施の形態２および３と同様にして、超音波画像Ｕ上に重畳表示された挿入物Ｊを確認することにより、実際の挿入物Ｊの深さ位置を正確に把握できる。
実施の形態５
図４に示すように、挿入物Ｊは、血管Ｂのほぼ走行方向に沿って被検体の深部側にわずかに傾斜して被検体内に挿入されるため、検査者が挿入物Ｊを進行させると挿入物Ｊの先端はいわゆる血管後壁に向かって徐々に近付いていく。そこで、検査者に挿入物Ｊの先端の深さ位置を把握させて挿入物Ｊの先端が血管後壁を貫通する等の事故を防ぐために、超音波診断装置は、挿入物Ｊの先端を最新フレームの超音波画像Ｕに重畳表示することもできる。
図１７に、実施の形態５に係る超音波診断装置の構成を示す。実施の形態５の超音波診断装置は、図１に示す実施の形態１の超音波診断装置において、装置本体２の代わりに装置本体２Ｄを備えている。装置本体２Ｄは、実施の形態１における装置本体２において、先端検出部６５が追加され、本体制御部２９の代わりに本体制御部２９Ｄを備えたものである。
装置本体２Ｄにおいて、挿入物検出部２４に先端検出部６５が接続されている。また、先端検出部６５は、重畳表示部２５および本体制御部２９Ｄに接続している。また、画像生成部２１、表示制御部２２、挿入物検出部２４、重畳表示部２５、測定部２７、本体制御部２９Ｄおよび先端検出部６５により、装置本体２Ｄ用のプロセッサ４３Ｄが構成されている。
先端検出部６５は、挿入物検出部２４により複数フレームの超音波画像Ｕから検出された挿入物Ｊの先端を検出する。ここで、挿入物Ｊの位置が被検体内で固定されている状態で、超音波プローブ１が挿入物Ｊの中腹部分から先端に向かう方向に平行移動しながら複数フレームの超音波画像Ｕが撮影されると、途中までは挿入物Ｊの横断面が写る超音波画像Ｕが得られるが、途中からは挿入物Ｊが写っていない超音波画像Ｕが得られる。この場合に、連続する複数フレームの超音波画像Ｕにおいて、挿入物Ｊが消失する直前のフレームの超音波画像Ｕに写る挿入物Ｊが、挿入物Ｊの先端を表していると判断できる。そこで、先端検出部６５は、例えば、連続する複数フレームの超音波画像Ｕに対して挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊが消失する直前のフレームの超音波画像Ｕに写る挿入物Ｊを挿入物Ｊの先端として検出できる。
また、穿刺針の先端は尖っており、中腹部分とは異なる形状を有しているため、穿刺針の先端の輝度パターンと中腹部分の輝度パターンは互いに異なる。そのため、挿入物Ｊが穿刺針である場合に、先端検出部６５は、連続する複数フレームの超音波画像Ｕに対して挿入物検出部２４により検出された挿入物Ｊの輝度パターンを取得し、取得された輝度パターンを解析することにより、挿入物Ｊの先端を検出できる。
この際に、先端検出部６５は、例えば、挿入物Ｊの先端の輝度パターンを表す複数のテンプレートパターンを記憶しており、これらの複数のテンプレートパターンを用いたテンプレートマッチングの方法により挿入物Ｊの先端を検出できる。また、先端検出部６５は、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されているディープラーニングを用いた一般画像認識手法等を用いて挿入物Ｊの先端を検出することもできる。
重畳表示部２５は、先端検出部６５により検出された挿入物Ｊの先端のみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示できる。
このように、実施の形態５の超音波診断装置によれば、先端検出部６５が挿入物Ｊの先端を検出し、重畳表示部２５が、検出された挿入物Ｊの先端のみを最新フレームの超音波画像Ｕ上に重畳表示するため、検査者は、超音波画像Ｕ上に重畳表示された挿入物Ｊを確認することにより、挿入物Ｊの先端の深さ位置を容易に把握して、挿入物Ｊの先端が血管後壁を貫通する等の事故を未然に防止できる。
なお、実施の形態５の態様は、実施の形態１に適用されることが説明されているが、実施の形態２～４にも適用されることができる。すなわち、実施の形態２～４の超音波診断装置に、実施の形態５の超音波診断装置と同様にして先端検出部６５を設けることができる。
１，１Ａ 超音波プローブ、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 装置本体、１１ 振動子アレイ、１２ 送受信回路、２１ 画像生成部、２２ 表示制御部、２３ モニタ、２４ 挿入物検出部、２５ 重畳表示部、２６ 画像メモリ、２７ 測定部、２８ 測定結果メモリ、２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ 本体制御部、３０ 入力装置、４１ 画像取得部、４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ プロセッサ、５１ パルサ、５２ 増幅部、５３ ＡＤ変換部、５４ ビームフォーマ、５５ 信号処理部、５６ ＤＳＣ、５７ 画像処理部、６１ 角度センサ、６２ 光学カメラ、６３ 光学画像解析部、６４ 超音波画像解析部、６５ 先端検出部、Ａ 角度、Ｂ 血管、Ｊ，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４ 挿入物、Ｋ５，Ｋ５，Ｋ６，Ｋ７ 輪郭線、Ｋ９，Ｋ１０，Ｋ１１，Ｋ１２ 図形、
Ｋ１３，Ｋ１４，Ｋ１５，Ｋ１６ 中心点、Ｋ１７，Ｋ１８，Ｋ１９，Ｋ２０ 横線、
Ｋ２１，Ｋ２２，Ｋ２３，Ｋ２４ インジケータ、Ｌ 接続線、Ｓ 体表、Ｕ 超音波画像。

Claims (13)

  1. 超音波プローブと、
    モニタと、
    前記超音波プローブを移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得する画像取得部と、
    前記複数フレームの超音波画像からそれぞれ前記被検体に挿入された挿入物を検出する挿入物検出部と、
    前記複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に前記挿入物検出部により前記複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの前記挿入物を重畳して前記モニタに表示する重畳表示部と
    を備える超音波診断装置。
  2. 前記重畳表示部は、前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物のうち、少なくとも最も深い位置の前記挿入物を重畳表示する請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記重畳表示部は、前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物を、過去フレームの超音波画像から検出された前記挿入物ほど明度または彩度を低下させて重畳表示する請求項１に記載の超音波診断装置。
  4. 前記重畳表示部は、前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物のうち、前記最新フレームから定められた時間範囲内に前記挿入物検出部により検出された前記挿入物のみを重畳表示する請求項１または３に記載の超音波診断装置。
  5. 前記重畳表示部は、前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物のうち、前記最新フレームの超音波画像から検出された前記挿入物に対して定められた深さ範囲内に位置する前記挿入物のみを重畳表示する請求項１に記載の超音波診断装置。
  6. 前記重畳表示部は、前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物のうち、前記最新フレームの超音波画像から検出された前記挿入物に対して深さ方向に直交する定められた幅範囲内に位置する前記挿入物のみを重畳表示する請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記超音波プローブの角度を検知する角度検知部を備え、
    前記重畳表示部は、前記角度検知部により検知された前記超音波プローブの角度が定められた角度範囲内の場合に前記挿入物検出部により検出された前記挿入物のみを重畳表示する請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  8. 前記角度検知部は、前記超音波プローブに配置された角度センサを含む請求項７に記載の超音波診断装置。
  9. 前記角度検知部は、
    前記超音波プローブを撮影して光学画像を取得する光学カメラと、
    前記光学カメラにより取得された前記光学画像を解析することにより前記超音波プローブの角度を検知する光学画像解析部と
    を含む請求項７に記載の超音波診断装置。
  10. 前記複数フレームの超音波画像から検出された複数の前記挿入物の輝度変化率を算出する超音波画像解析部を備え、
    前記重畳表示部は、前記超音波画像解析部により算出された前記輝度変化率が定められた範囲内にある前記挿入物のみを重畳表示する請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  11. 前記複数フレームの超音波画像における前記挿入物以外の背景画像の変化率を算出する超音波画像解析部を備え、
    前記重畳表示部は、前記超音波画像解析部により算出された前記背景画像の変化率が定められた範囲内にあるフレームの超音波画像から検出された前記挿入物のみを重畳表示する請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  12. 前記挿入物検出部により前記複数フレームの超音波画像から検出された前記挿入物の先端を検出する先端検出部を備え、
    前記重畳表示部は、前記先端検出部により検出された前記挿入物の先端のみを重畳表示する請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  13. 超音波プローブを移動させながら連続的に被検体の血管の横断面が撮影された複数フレームの超音波画像を取得し、
    前記複数フレームの超音波画像からそれぞれ前記被検体に挿入された挿入物を検出し、
    前記複数フレームの超音波画像のうち最新フレームの超音波画像に、前記複数フレームの超音波画像から検出された少なくとも１つの前記挿入物を重畳してモニタに表示する
    超音波診断装置の制御方法。
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