JP3316268B2 - 管腔内超音波診断装置 - Google Patents

管腔内超音波診断装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、管腔内超音波診断装置
に関し、特に管腔及び超音波プローブの変動に対し、再
現性良く安定性の高い診断像を得る管腔内超音波診断装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】管腔内超音波診断装置として、超音波内
視鏡が胃壁などの診断に用いられている。近年、エコー
カテーテル、超音波マイクロプローブなどの小型超音波
プローブを血管や胆管、膵管などの管腔内に挿入しなが
ら管腔内の断層像を表示する装置が開発されている。通
常、これら管腔内用の超音波プローブは、超音波ビーム
を機械的、又は、電子的にラジアル走査して、管腔内で
超音波の送受信を行っている。そして、ラジアル走査の
原点を表示画面の中央に置き、管腔断層像を画面上に表
示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】超音波ビームをラジア
ル走査して管腔内の断層像を得る場合、管腔の断面図の
中心と超音波マイクロプローブの原点とが常に一致する
状態であるならば、再現性良く、安定した断層像を観察
可能である。しかし、実際の使用上では、超音波マイク
ロプローブを管腔内の挿入経路に沿って移動させたり、
管腔が変動を生じたりする。このため、断層像に位置変
動を生じる。この断層像の位置変動について、血管断層
像の画面である図5を用いて説明する。図5(a)は、
血管の断面図の中心と超音波マイクロプローブの原点と
を一致させた状態である。図5(b)は、超音波マイク
ロプローブは前記図5(a)と同一位置であるが、血管
が変動したため血管の外壁が画面から食み出し、観測で
きない血管の部分も存在する。もしこの食み出た部分に
疾患があった場合、重要な部分を見落とすなど誤診の可
能性も生じ、超音波診断の目的を果たせない結果となる
可能性もある。
【0004】ここでは、血管が変位した場合の一例を示
したが、超音波マイクロプローブが変位した場合、又
は、血管及び超音波マイクロプローブが共に変位し、こ
の血管と超音波マイクロプローブとの相対位置が変化し
た場合も同様の問題が生じる。この変化による影響は、
いずれの場合も血管と超音波マイクロプローブとの相対
位置の変位により表現される。
【0005】本発明は、このような課題に鑑みなされた
ものであり、例えば図5(a)に対する図5(b)の血
管と超音波マイクロプローブとの相対位置の変位方向と
変位量を検出し、血管の断面図を前記変位方向と逆方向
に前記変異量と同じ値移動したならば、図5(c)のよ
うな断層像となり、超音波マイクロプローブが変位した
場合と等価状態となるが、血管の位置は初めの図5
(a)と同一位置となり、再現性ある断層像の観測が継
続可能である。このように、管腔内における超音波プロ
ーブと血管との相対位置の変動に起因する管腔断層像の
変位を補正して表示することにより、安定した管腔断層
像を観測可能な管腔内超音波診断装置を提供することが
できる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、管腔内に挿入
した超音波プローブにより、管腔内で超音波ビームのラ
ジアル走査を行ってエコーデータを取得し、これにより
腔の超音波断層像を得る管腔内超音波診断装置におい
て、前記超音波断層像の重心位置を演算する重心位置
手段と、前記管腔に対する前記超音波プローブの相対
的な位置変動を補正するために、前記重心位置演算手段
によって演算された重心位置に基づいて、当該重心位置
が画面の中心位置に重なるように当該超音波断層像全体
を移動させるためのずれ量を求め、そのずれ量により当
該超音波断層像の表示座標を補正する表示座標補正手段
と、を備える。望ましくは、前記重心位置演算手段は、
前記超音波断層像の原点を中心として広がる複数の直線
を設定する手段と、前記各直線上におけるエコーデータ
を用いて前記重心位置を演算する手段と、を含む。また
望ましくは、前記重心位置演算手段は、前記各直線上に
おけるエコーデータを二値化処理する手段を含み、その
二値化処理後のエコーデータを用いて前記重心位置が演
算される。
【0007】
【作用】上記重心位置演算手段及び表示座標補正手段
より、管腔内における超音波プローブと管腔との相対的
位置の変動に起因する管腔断層像の変位を補正できる。
【0008】
【実施例】図1に本発明の一実施例に係る管腔内超音波
診断装置の概略構成図を示す。図1において、超音波プ
ローブ21は管腔内挿入用のプローブ、例えばエコーカ
テーテルであり、これは超音波を送波するための高周波
パルス発信器と、超音波ビームのラジアル走査を行うた
めの走査機構と、管腔内から返ってくるエコーを受信す
る受信回路とを備える送受信回路14に接続される。超
音波プローブ21と送受信回路14により受信されたエ
コー信号は、増幅検波回路15により、増幅及び検波な
どの信号処理が行われ、その出力がA/Dコンバータ1
6でデジタル信号に変換された後、エコーデータとして
一旦エコーデータメモリ17に格納される。エコーデー
タはR,θアドレス発生器11から発生するアドレスに
従って、図2(a)に示すようにラジアル走査における
ビーム番号であるθアドレスと半径方向のデータ番号で
あるRアドレスとにより位置情報が決定され、格納され
る。この位置情報は、一般に図2(b)のように極座標
(R,θ)上で表現される。
【0009】このエコーデータメモリ17に格納された
エコーデータは、DSC(Digital Scan Converter)回路
18を介して表示イメージ形成用のフレームメモリであ
る表示メモリ19に記憶される。DSC回路18は、ラ
ジアル走査方式から表示器22のTV走査方式に変更す
るため、直交座標系(X,Y)から極座標系(R,θ)
への座標変換を行う。この座標変換は、X,Yアドレス
発生器13から発生するアドレスに従って、表示メモリ
19のアドレスX,Yに対応するエコーデータメモリ1
7のアドレスが式(1a),(1b)によってDSC回
路18で算出され極座標系(R,θ)に変換される。こ
の算出された極座標系アドレスR,θに従って、エコー
データがエコーデータメモリ17から読み出され、表示
メモリ19に記憶され、表示器22に表示される。
【0010】 R=[(X−X0 2 +(Y−Y0 2 1/2 (1a) θ=tan-1[(Y−Y0 )/(X−X0 )] (1b) ここで、X0 , Y0 は表示イメージ上における超音波プ
ローブの中心、つまりラジアル走査の原点である。従来
の装置は、X0 , Y0 を表示メモリの画面上の特定の位
置(一般には中央)に置き、固定している。
【0011】本実施例では、X0 , Y0 を管腔と超音波
プローブとの相対的な位置の変位に応じて変更させる。
この変位の検出法に関し、公知の検出法として注目領域
の相関ピーク位置検出法や、画像の重心のずれ検出法等
種々の検出法があり、これを利用可能である。本実施例
では、エコーデータから断層像の重心のずれを検出する
方法による。図2(b)に示すエコーデータの極座標系
において、原点に対する断層像の重心のずれ量は、原点
と断層像の重心との位置の差、つまり重心の位置として
求まる。そこで、画像フレーム番号iにおいて、検出さ
れる断層像の重心位置をXg(i),Yg(i)とし、
表示メモリ上の画面の中心点の位置をXc,Ycとすれ
ば、式(1a),(1b)におけるX0 、Y0 は次式
(2a),(2b)により各フレーム毎に求められる。
【0012】 X0 (i)=XC −Xg (i) (2a) Y0 (i)=YC −Yg (i) (2b) この式(2a),(2b)により、Xg,Ygを減算す
ることにより、表示メモリにおける断層像重心のずれ、
つまり変位分が補正されたことになる。なお、このX
g,Ygは図1の変位検出回路12より得られる。この
Xg,Ygを極座標系のエコーデータf(R,θ)を用
いて表現すると、式(3a),(3b)となる。
【0013】 このように、Xg,Ygは、上式(3a),(3b)に
より求まるが、前記式中のR,θの最小単位をなるべく
小さく、演算範囲をなるべく大きくすることにより、X
g,Ygの値は有効桁数を上げられるが、その分データ
数は多くなり、長時間の演算時間を要する。このように
R,θの最小単位及び演算範囲は、Xg,Ygの値の必
要とする有効桁数と演算速度との仕様により決定され
る。
【0014】ただし、上記Xg,Ygの有効桁数は必要
以上に上げても実用上は無意味であるので、以下図3を
用いて、簡略法による断層像の重心の演算法の説明を行
う。図3において、一例としてθの最小単位を45°、
演算範囲を360°とした場合を示す。
【0015】図3の極座標上の原点を中心とする45°
毎の8本の点線を、原点より引き、点線により分離され
た各領域をセクタとする。それぞれのセクタの点線が交
差する中心角を2等分する各セクタの中心線を実線で示
す。各セクタ内のθ方向の平均値は、前記各実線上にあ
ると仮定し、各実線上の断層像を閾値処理により二値化
処理する。この二値化された前記各実線上の各エコーデ
ータf(R,θ)を式(3a),(3b)に代入するこ
とにより、少ないデータでXg,Ygが求められる。こ
こで、Rの最小単位、演算範囲については、特に例示し
ていないが、適当な所定値を選択するものとする。ま
た、θの演算範囲は、360°以下の限定した範囲とし
ても実行可能である。
【0016】図4に図1の変位検出回路12の構成を示
す。図4において、平均処理回路41は、図3の点線に
より分割された各領域であるセクタ内でのf(R,θ)
の平均値を求める回路である。二値化回路42と重心計
算回路43は、前記簡略法による断層像の重心を求める
ための回路である。重心計算回路43では、式(3
a),(3b)により、管腔断層像の重心位置Xg,Y
gが算出される。重心計算回路43の出力は、図1のD
SC回路18で、このXg,Ygを式(2a),(2
b)に代入する。このことによって、DSC回路18に
おいて、超音波プローブ21の相対位置の変動に起因す
る管腔断層像の変位が補正される。この重心補正によ
り、管腔断層像の重心は常に画面の表示イメージの中央
に置かれることになる。
【0017】以上のように、従来の管腔内超音波診断装
置の断層像に変位を生じた場合、図5(b)に示すよう
に、画像イメージ上、超音波プローブ21の中心が中央
に固定され、診断対象物が移動するため、再現性良く安
定した診断対象物の断層像を得ることは不可能である。
それに対し、本発明の管腔内超音波診断装置では、断層
像に変位を生じた場合、画像イメージ上、超音波プロー
ブ21の移動を生じるが、中心診断対象物の重心が固定
であるため診断対象物の断層像は、図5(c)に示すよ
うに再現性良く安定して得られる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において、
重心補正手段により、管腔内における超音波プローブと
管腔との相対的位置の変動に起因する管腔断層像の変位
を補正し、管腔を変動前の重心位置に移動させるため、
管腔及び超音波プローブの変動に対し、管腔断層像の位
置を安定させ、再現性の高い超音波診断像を得る管腔内
超音波診断装置の提供を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る管腔内超音波診断装置
の概略構成図である。
【図2】本発明の一実施例に係るエコーデータメモリの
直交座標表現及び極座標表現の概念図である。
【図3】本発明の一実施例に係る極座標表現による画像
重心を求める概念図である。
【図4】本発明の一実施例に係る変位検出回路の構成図
である。
【図5】従来例に係る断層像の変位と、本発明の一実施
例に係る変位の補正を説明するための図である。
【符号の説明】
11 R,θアドレス発生器 12 変位検出回路 13 X,Yアドレス発生器 14 送受信回路 15 増幅検波回路 16 A/Dコンバータ 17 エコーデータメモリ 18 DSC回路 19 表示メモリ 21 超音波プローブ 22 表示器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−124131(JP,A) 特開 昭60−163641(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管腔内に挿入した超音波プローブによ
    り、管腔内で超音波ビームのラジアル走査を行ってエコ
    ーデータを取得し、これにより腔の超音波断層像を得
    る管腔内超音波診断装置において、前記 超音波断層像の重心位置を演算する重心位置演算
    段と、前記管腔に対する前記超音波プローブの相対的な位置変
    動を補正するために、前記重心位置演算手段によって演
    算された重心位置に基づいて、当該 重心位置が画面の中
    心位置に重なるように当該超音波断層像全体を移動させ
    るためのずれ量を求め、そのずれ量により当該超音波断
    層像の表示座標を補正する表示座標補正手段と、 を備えることを特徴とする管腔内超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記重心位置演算手段は、 前記超音波断層像の原点を中心として広がる複数の直線
    を設定する手段と、 前記各直線上におけるエコーデータを用いて前記重心位
    置を演算する手段と、 を含むことを特徴とする管腔内超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の装置において、 前記重心位置演算手段は、前記各直線上におけるエコー
    データを二値化処理する手段を含み、その二値化処理後
    のエコーデータを用いて前記重心位置が演算されること
    を特徴とする管腔内超音波診断装置。
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