JP4077810B2

JP4077810B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4077810B2
Application number: JP2004147066A
Authority: JP
Inventors: 知直川島; 知弘鯖田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2004230194A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、３次元画像処理を行う超音波診断装置に関する。

腫瘍の体内組織の中における位置や広がり、血流の走行や形状、あるいは腫瘍の血流への浸潤程度や血流に沿った広がりを観察することは、その患者の病状の進行具合や転移の診断、術式決定、予後予測をする上で医学的に重要である。その際に、腫瘍を含んだ組織や、血流及び血流を含んだ組織を超音波３次元画像により診断したり、あるいは複数方向の超音波断層像で診断することが臨床上有用である。体外から超音波を照射する体外式超音波診断の分野では、特開平６−２５４０９７号または特開２０００−２４２７６６号のような関連の技術が知られている。

一方、近年、超音波内視鏡をはじめ種々の超音波プローブにより、脂肪等による減衰等の影響の少ない体腔内管腔から、超音波を体腔内探部臓器へ照射する体腔内超音波診断の技術がある。その分野においても、消化管腫瘍の浸潤診断、食道静脈瘤の観察、消化管腫瘍周囲の血流の観察を行う際に、腫瘍を含んだ組織や血流および血流を含んだ組織を超音波３次元画像により診断したり、複数方向の超音波断層像により診断することの有用性が知られている。この関連の技術として、特開２００１−１６１６９３号、特開平６−２６１９００号または特開平１１−１１３９１３号のような関連の技術が知られている。

特開２００１−１６１６９３に開示されている超音波診断装置は、機械式ラジアル走査と機械式リニア走査とを組み合わせたスパイラル走査を行う。このスパイラル走査を行うことにより、超音波診断装置は、超音波３次元画像表示のためのデータを取得し、観察方向の異なるラジアル画像とリニア画像とを同時に表示するＤＰＲ表示（ＤｕａｌＰｌａｎｅＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ表示）を行ったり、超音波３次元画像を表示する。

特開平６−２６１９００及び特開平１１−１１３９１３に開示されている超音波診断装置は、機械式ラジアル走査を行う超音波プローブ（超音波内視鏡を含む）と位置検出器とを組み合わせて構成されている。そして、その超音波診断装置は、位置検出器からの超音波走査平面の位置及び配向に関する情報を基に、超音波３次元画像表示のためのデータを取得し、超音波３次元画像を構築する。

また、従来よりドップラーデータを取得する超音波内視鏡として電子リニア走査型あるいは電子コンベックス走査型の超音波内視鏡等、挿入軸に沿って設けられた超音波振動子アレイにより、挿入軸に平行な断層像を得る超音波内視鏡を用い、この内視鏡を挿入軸を中心に回転させることで超音波３次元画像データを取得する超音波診断装置が知られている。

しかし、体腔内超音波診断分野において腫瘍を含んだ組織を超音波３次元画像で表示したり、複数方向の超音波断層像で表示する際、上述した技術には次に述べる問題がある。

特開２００１−１６１６９３号に開示されている超音波診断装置は、体腔内に挿入する可撓性のある細長の超音波プローブを用い、その先端に超音波振動子を、その根元にモータを設けている。そして、超音波振動子とモータとを可撓性のあるフレキシブルシャフトでつなぎ、超音波振動子のラジアル走査のための回転駆動をフレキシブルシャフトを通じて行う構成である。

そのため、モータ角度検出器が検出する回転角度と先端の超音波振動子の実際の回転角度との間にずれが生じ、さらにこのずれがフレキシブルシャフトの湾曲形状によるため時間的に一様になることがなかった。その結果、取得される画像データには常に実際の形状との相違が発生し、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像には歪みが発生するという問題があった。

特開平６−２６１９００及び特開平１１−１１３９１３に開示されている超音波診断装置は、超音波振動子の駆動方法が上述した特開２００１−１６１６９３号に開示の方法と同じである。従って、やはり取得される画像データには常に実際の形状との相違が発生し、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像には歪みが発生するという問題があった。

また、特開平６−２６１９００号及び特開平１１−１１３９１３号に開示されている超音波診断装置には次の問題もある。例えば、位置検出器により検出した超音波断層像内の１２時方向等、特定方向を指すデータを用いて、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像を構築させる場合、位置検出器がフレキシブルシャフトではなく超音波プローブの挿入部の外側に設けられているため、位置検出器が検出する超音波走査平面の配向と、モータ角度検出器が検出する回転角度との間で相違が発生する。その配向と回転角度の相違は、フレキシブルシャフトの湾曲形状によって生じるものである。従って、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像において、一層大きな歪みが発生するという問題があった。

さらに、特開平６−２６１９００及び特開平１１−１１３９１３に開示されている超音波診断装置は、機械式ラジアル走査を行う超音波プローブ（超音波内視鏡を含む）と例えば磁場による位置検出器とを組み合わせ、位置検出器からの超音波走査平面の位置と配向の情報を基に超音波３次元画像データを取得する構成であった。そのため、挿入部内部のフレキシブルシャフトや超音波振動子の回転による金属部分の配置の変化に起因して、磁場が擾乱されてしまう場合があった。その結果、位置検出器から得られる位置や配向のデータの精度が低下して、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像には一層大きな歪みが発生するという問題があった。

また、ドップラーデータを取得する超音波内視鏡である電子リニア走査型の超音波内視鏡等を用いる超音波診断装置の場合は、３次元スキャンを行う際に先端の超音波振動子アレイが挿入軸を中心に回転させるために、術者は患者の口から超音波内視鏡を挿入した状態で、１から２ｍもある超音波内視鏡を捻ることにより空間的なエコーデータを得る必要があった。そのため、３次元データをムラなく均一に取得するための操作が非常に難しく、この装置による３次元画像データの取得は実用には至っていない。

さらにまた、体腔内超音波診断分野において血流を含んだ組織を、超音波３次元画像により表示したり、複数方向の超音波断層像により表示する際、上述した従来の技術には、次のような問題がある。

特開２００１−１６１６９３号、特開平６−２６１９００号及び特開平１１−１１３９１３号に開示されている超音波診断装置は、機械走査を行う構成であるため、そもそもドップラーデータを取得し血流および血流を含んだ組織情報を得ることができなかった。

電子リニア走査型、電子コンベックス走査型超音波内視鏡等、挿入軸に平行な断層像を得る超音波内視鏡を用いた超音波診断装置は、電子走査を行う構成であるためにドップラー効果を用いて血流情報を得ることができる。しかし、上述したように３次元データをムラなく均一に取得するための操作が非常に難しく、この装置での３次元画像データの取得は実用には至っていない。

そこで、本発明は、体腔内超音波診断分野において腫瘍を含んだ組織を超音波３次元画像により表示、あるいは複数方向の超音波断層像により表示する際、歪みのない良好な画像データを簡単な操作で取得することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、体腔内超音波分野において、血流および血流を含んだ組織を超音波３次元画像により表示、あるいは複数方向の超音波断層像で表示する際、ドップラー効果を用いた血流情報を簡単な操作で取得することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の超音波診断装置は、超音波プローブから被検部の超音波エコー信号を取得し、該超音波エコー信号から超音波断層像データを構築する超音波診断装置において、前記超音波プローブは、複数の超音波振動子を有し、該複数の超音波振動子より超音波を送受信して平面内を超音波で電子走査する電子走査式超音波プローブであって、磁場を空間に発生する磁場送信手段と、発生した前記磁場を受信する磁場受信手段とを有し、前記磁場送信手段または前記磁場受信手段のうちいずれか一方が前記超音波振動子に対して所定の位置に固定され、当該所定の位置に固定された前記磁場送信手段または前記磁場受信手段のうちいずれか一方が前記電子走査式超音波プローブの用手的な移動に伴って前記超音波振動子と一体的に移動することで、当該電子走査式超音波プローブの電子走査の走査平面の位置及び配向を検出する検出手段と、前記電子走査式超音波プローブを用手的に移動することで繰り返し実施される電子走査により連続的に得られる複数の前記超音波断層像データに基づいて被検部の超音波３次元画像を作成する３次元画像処理手段と、前記３次元画像処理手段により用手的な前記移動によってあらかじめ作成された前記超音波３次元画像と、前記移動の後で電子走査された新たな走査平面の位置もしくは配向を示す図とを合成して３次元ガイド画像を作成する合成手段と、前記新たな走査平面での超音波断層像データから作成される超音波断層像と前記３次元ガイド画像とを同一画面に表示する表示手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明の第２の超音波診断装置は、上記第１の超音波診断装置において、前記エコー信号のドップラー効果を基に前記被検部の血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を更に有し、前記３次元画像処理手段は前記カラーデータに基づいて前記血流の超音波３次元画像を作成することを特徴とする。
本発明の第３の超音波診断装置は、上記第１または第２の超音波診断装置において、前記合成手段が、前記検出手段から逐次出力されるデータの変化に基づき、前記合成の状態を逐次変化させたことを特徴とする。
本発明の第４の超音波診断装置は、上記第１乃至第３の超音波診断装置において、前記位置もしくは配向を示す図が面状の模式図であることを特徴とする。
本発明の第５の超音波診断装置は、上記第４の超音波診断装置において、前記模式図が超音波断層像データを重畳していることを特徴とする。
本発明の第６の超音波診断装置は、上記第１乃至第３の超音波診断装置において、前記位置もしくは配向を示す図が血流走行上に重畳される線であることを特徴とする。

本発明によれば、体腔内超音波分野において腫瘍を含んだ組織を超音波３次元画像で表示する際、歪みのない良好な画像データを取得することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第一の実施の形態）
図１から図９は、本発明の第一の実施の形態を示す図である。図１は、第一の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。図２は、第一の実施の形態に係る電子ラジアル走査式超音波内視鏡の構成を説明するための図である。図３は、第一の実施の形態に係る送受信回路のブロック図である。図４は、第一の実施の形態に係るデータ記録の処理の流れの例を示すフローチャートである。図５は、第一の実施の形態に係る３次元画像作成の処理の流れの例を示すフローチャートである。図６は、第一の実施の形態に係るキューブデータ作成回路の作用を説明するための図である。図７は、第一の実施の形態に係るモニタ画面の表示例を示す図である。図８は、第一の実施の形態に係る各座標系の関係を説明するための図である。図９は、第一の実施の形態に係るモニタ画面の表示例の変形例を示す図である。

まず図１に基づき、全体の構成を説明する。

図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置１は、電子ラジアル走査式超音波内視鏡２と、位置配向検出部３と、超音波処理部４と、キーボード５と、モニタ６を有する。

なお、図において、太い点線の矢印は、３次元画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、太い実線の矢印は、原画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い点線の矢印は、位置、方向に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い実線の矢印は、制御信号等その他の信号あるいはデータの流れを示す。

電子ラジアル走査式超音波内視鏡２は、その先端に、環状の超音波振動子アレイ１１と磁場を送信する送信コイル１２と備え、操作部１３を操作することによって、挿入軸に垂直な断面に超音波ビームを旋回させることにより走査、すなわちいわゆる電子ラジアル走査を行う。位置配向検出部３は、空間に固定された向きの異なる複数の受信コイル２１を備え、その受信コイル２１が磁場を検出する際に出力する電流に基づいて電子ラジアル走査式超音波内視鏡２の走査面の位置と配向とを遠隔的に検出する。超音波処理部４は、超音波内視鏡２からの超音波エコー信号と、位置配向検出部３からの位置及び配向のデータとを処理して所望の３次元画像を構築する。キーボード５は、後述する走査制御キー２２と３次元キー（以下、３Ｄキーと略す。）２３を備え、超音波処理部４を外部からコントロールする。モニタ６は、３次元画像を表示する。

また、超音波処理部４は、超音波信号処理回路２４と、同期書込回路２５と、ハードディスク（以下、単にＨＤＤと略記する。）２６と、画像処理回路２７と、表示回路２８と、制御回路２９とを含む。

超音波信号処理回路２４は、超音波エコー信号を基に超音波断層像の画像データを作成する。同期書込回路２５は、画像データと、位置及び配向データとを同期して関連付けてＨＤＤへの書き込み制御を行う。画像処理回路２７は、３次元画像を構築する。表示回路２８は、構築された３次元画像の画像データをモニタ６に表示できるようなアナログビデオ信号へ変換し、出力する。制御回路２９は、超音波処理部４内の各回路を制御するための各種制御信号を出力する。

また、超音波信号処理回路２４は、送受信回路３１と、Ｂモード処理回路３２と、デジタルスキャンコンバータ（以下、単にＤＳＣ（Ｂ）と略す。）３３と、ドップラー処理回路３４と、デジタルスキャンコンバータ（以下、単にＤＳＣ（Ｄ）と略す。）３５と、カラーフローマッピング処理を行なうマッピング回路３６とを含む。

送受信回路３１は、超音波振動子アレイ１１が送受するために一本の超音波ビームを形成し、得られた超音波エコー信号から作成した受信ビーム信号を後段のＢモード処理回路３２とドップラー処理回路３４の両方へ出力する。さらに、送受信回路３１は、ラジアル走査の際の超音波ビームの回転角度情報を回転角度データとして後段のＤＳＣ（Ｂ）３３とＤＳＣ（Ｄ）３５へ出力する。Ｂモード処理回路３２は、受信ビーム信号に対数増幅、包落線検波、Ａ／Ｄ変換等の公知の処理を施して超音波信号をデジタルのエコーデータに変換して出力する。ＤＳＣ（Ｂ）３３は、極座標系のエコーデータをモニタ６に出力できるような直交座標系に変換して出力する。ドップラー処理回路３４は、受信ビーム信号に位相検波、Ａ／Ｄ変換、ＭＴＩフィルタ（ＭＴＩ：ムービングターゲットインジケータ）、自己相関等の公知の処理を施すことによってドップラー効果を利用して組織の移動成分すなわち血流成分を抽出し、超音波断層像内における血流の位置に着色するためのカラーデータを作成して出力する。なお、ＭＴＩフィルタは、心拍、ぜん動等の様々な要因による低速の動きに基づく不要成分をカットするものである。ＤＳＣ（Ｄ）３５は、極座標系のカラーデータをモニタ６に出力できるよう直交座標系に変換して出力する。マッピング回路３６は、ＤＳＣ（Ｂ）３３が出力する超音波断層像の画像データ上の血流部分に、ＤＳＣ（Ｄ）３５が出力するカラーデータを重畳して、カラーデータを含む画像データを出力する。

また、画像処理回路２７は、キューブデータ作成回路４１と、カラー部抽出回路４２と、３次元画像構築回路４３を含む。キューブデータ作成回路４１は、ＨＤＤ６に書き込まれた画像データと、位置及び配向データとを読み出し３次元的な格子状のアドレス空間を持つボクセルデータすなわちキューブデータＣＤを作成する。カラー部抽出回路４２は、キューブデータＣＤから着色された部分を抽出する。３次元画像構築回路４３は、抽出された着色部分のデータに基づいて３次元画像を構築し、３次元画像データを出力する。

図２に示すように、本実施の形態の電子ラジアル走査式超音波内視鏡２は、大別すると内視鏡操作部１３と内視鏡挿入部１４とに大別される。内視鏡挿入部１４は、胃、食道、大腸のように湾曲の多い体腔内管腔の中に挿入されることから、可撓性のある材質で構成されている。内視鏡操作部１３には湾曲操作を行うための湾曲ノブ１５が設けられている。ユーザは、この湾曲ノブ１５を回転させることにより内視鏡挿入部１４に備えられたワイヤ（図示せず）の進退を生じさせて、内視鏡挿入部１４を湾曲させて先端の向きを変化させることができる。

さらに、内視鏡挿入部１４の先端には送信コイル５１、管腔内を照明する照明窓５２、観察する光学観察窓５３と、多数の短冊状の超音波振動子５４を内視鏡挿入部１４の先端の周囲に環状に配列された超音波振動子アレイ５５が設けられている。より具体的には、挿入部１４の先端部の挿入軸の所定の位置に、その挿入軸を中心として環状に、複数の超音波振動子５４が設けられている。超音波振動子アレイ５５の各超音波振動子５４には、信号線５６が接続され、その信号線５６が超音波処理部４へ接続されている。各超音波振動子５４を駆動するためのパルス状の送信駆動電圧と、超音波振動子５４からの超音波エコー信号とがこの信号線５６を介して送受される。そして、後述するように、複数の超音波振動子によって超音波を送受信して、挿入軸に垂直な平面において超音波の電子ラジアル走査が行えるようになっている。

なお、送信コイル５１は複数の方向に巻かれた複数のソレイドコイルの複合体からなり、励起されることで空間に異方性の磁場を張る、すなわち互いに異なる方向を持つ複数の磁場を発生させることができる。

図３に示すように、本実施の形態の送受信回路３１は、送信駆動電圧発生回路６１と、送信遅延回路６２と、送信切換回路６３と、受信切換回路６４と、増幅回路６５と、受信遅延回路６６と、加算回路６７と、送受信コントローラ６８とを含む。

送信駆動電圧発生回路６１は、パルス状の送信駆動電圧を発生する。送信遅延回路６２は、送信駆動電圧に対して信号線毎に異なった遅延をかけて出力する。送信切換回路６３は、超音波の送信ビームの形成に関与する超音波振動子５４を複数個毎に順次選択して送信駆動電圧を出力する。受信切換回路６４は、送信ビームの形成に関与した複数の超音波振動子５４からの超音波エコー信号を順次選択して後段の増幅回路６５に出力する。増幅回路６５は、受信切換回路６４からの各超音波エコー信号を増幅する。受信遅延回路６６は、増幅された各超音波エコー信号を送信遅延回路６２での送信駆動電圧に対する遅延と同様に遅延をかけて出力する。加算回路６７は、遅延のかかった各超音波エコー信号を加算して１本の音線に相当する受信ビーム信号を形成し出力する。送受信コントローラ６８は、超音波信号処理回路２４内の各回路を制御するための切換制御信号と、後述する回転角度データを出力する。

次に、動作を説明する。

（１）原画像に係わる信号およびデータ（カラーデータを重畳された超音波断層像の画像データを作成するために必要な信号およびデータ）が同期書込回路に出力されるまでの説明。

まず、送受信回路３１の作用を説明する。

送信駆動電圧発生回路６１で発生した送信駆動電圧は、送信遅延回路６２において適当な遅延をかけられ、送信切換回路６３により選択された複数の超音波振動子５４に供給される。このとき、送信遅延回路６２は、送受信コントローラ６８からの切換制御信号により連続して配列された複数の超音波振動子５４を選択する。また、送信遅延回路６２は、配列の中央の超音波振動子５４の送信駆動電圧には大きな遅延を、超音波振動子５４が配列の中央から離れるにつれ送信駆動電圧に小さな遅延をかける。これらの超音波振動子５４はそれぞれ送信駆動電圧を電気音響変換により超音波に変換するが、この遅延により各超音波は１本の送信ビームを形成する。送受信コントローラ６８が切換制御信号を介して、順次、超音波ビームが図２の矢印ＲＳの向き（ラジアル走査の向き）に旋回するよう送信切換回路６３に超音波振動子５４を選択させることで、超音波内視鏡２の挿入軸に垂直な断面を走査する、いわゆるラジアル走査を行うことができる。

超音波振動子アレイ５５は、超音波を送受波しつつラジアル走査して走査面の超音波エコーを電気信号に変換し、超音波エコー信号として送受信回路３１内の受信切換回路６４へ供給する。受信切換回路６４は送受信コントローラ６８からの切換制御信号により送信切換回路６３で選択されたのと同じ複数の超音波振動子５４を選択し、選択された超音波振動子５４からの各超音波エコー信号を増幅回路６５に出力する。各超音波エコー信号は増幅回路６５において増幅され、受信遅延回路６６で適当な遅延をかけられ、加算回路６７で加算されることにより、超音波の１本の受信ビーム信号を形成する。受信ビーム信号はＢモード処理回路３２とドップラー処理回路３４とへ出力される。

送受信コントローラ６８は、どの超音波振動子を切り換えさせるかの情報を基に切換制御信号を、送信切換回路６３及び受信切換回路６４に出力する一方、超音波振動子アレイ５５によるラジアル走査の回転角度を回転角度データとしてＤＳＣ（Ｂ）３３とＤＳＣ（Ｄ）３５とへ出力する。

次に、送受信回路３１の後段の回路の作用を説明する。

Ｂモード処理回路３２は、受信ビーム信号に対して対数増幅、包落線検波、Ａ／Ｄ変換等の公知の処理を施して、超音波信号をデジタルのエコーデータに変換する。

ＤＳＣ（Ｂ）３３は、回転角度データに基づいて極座標系のエコーデータをモニタ６に出力できるような直交座標系に変換して、超音波断層像の画像データを作成し、マッピング回路３６へ出力する。

ドップラー処理回路３４は、受信ビーム信号に位相検波、Ａ／Ｄ変換、ＭＴＩフィルタ（ＭＴＩ：ムービングターゲットインジケータ）、自己相関等の公知の処理を施すことによって、ドップラー効果を利用して組織の移動成分すなわち血流成分を抽出し、超音波断層像内における血流の位置に着色するためのカラーデータを作成し、出力する。このとき、カラーデータは血流部分を速度に対応した色相とされる。

ＤＳＣ（Ｄ）３５は、回転角度データに基づいて極座標系のカラーデータをモニタ６に出力できるような直交座標系に変換して、血流成分のデータを作成し、マッピング回路３６へ出力する。

マッピング回路３６は、ＤＳＣ（Ｂ）３３が出力する超音波断層像の画像データ上の血流部分に、ＤＳＣ（Ｄ）３５が出力するカラーデータを重畳し、カラーデータが重畳された超音波断層像の画像データを同期書込回路２５へ出力する。

（２）位置及び配向に関わる信号およびデータ（以下、位置・配向データともいう。）が同期書込回路２５に出力されるまでの説明。

位置配向検出部３は、超音波内視鏡２の先端部に取り付けられた送信コイル１２へ交流信号であるコイル励起信号を出力する。このコイル励起信号の周波数は、送信コイル１２の各ソレノイドコイルの導線が巻かれている方向別に周波数が異なるものとする。このようにして、被検体と内視鏡挿入部１４の先端の間には各ソレノイドコイルの各方向別に異なる周波数で励起した交番磁場を発生させる。

各受信コイル２１は、磁場によって発生した電流を位置配向検出部３に出力する。

位置配向検出部３は、電流を電圧に変換し、さらに周波数分解することで、磁場を基に送信コイル１２の各ソレノイドコイルの導線の巻かれている方向の違いも分解し、受信コイル２１の固定された座標系で表現される送信コイル１２の位置・配向データを算出し、超音波処理部４内の同期書込回路２５へ出力する。

位置及び配向のデータは、次のように算出される。

位置及び配向データ：
送信コイル１２の位置：（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）
送信コイル１２の配向：（ψ，θ，φ）［オイラー角］
（３）同期書込回路２５に出力されたデータに基づいて３次元画像が表示されるまでの説明。

同期書込回路２５は、画像データと位置・配向データとを同期して関連づけてＨＤＤ２６へ書き込む。

キューブデータ作成回路４１は、ＨＤＤ２６に書き込まれた画像データと位置・配向データとを読み出し、３次元格子状のアドレスを持つキューブデータＣＤを作成し、カラー部抽出回路４２へ出力する。このキューブデータＣＤとその作成の方法は、（４）−２で後述する。

カラー部抽出回路４２は、キューブデータＣＤから着色された部分を抽出し、キューブデータ内の他の部分の画像データを「０」、すなわち表示しないデータに置き換える。そして、このように処理したキューブデータＣＤを３次元画像構築回路４３へ出力する。

３次元画像構築回路４３は、抽出された部分から３次元画像を構築し、その画像データを表示回路２８へ出力する。

表示回路２８は、３次元画像の画像データをモニタ６に表示できるようなアナログビデオ信号へ変換し、モニタ６に出力する。モニタ６は３次元画像を表示する。

（４）ユーザによる実使用に即した説明
（４）−１原画像に関わる信号およびデータと位置・方向に関わるデータのＨＤＤ２６への記録について、図４に基づいて説明する。

図４の処理は、ユーザが、キーボード５上に設けられた走査制御キー２２を押すことによって開始され、制御回路２９によって制御される。

走査制御キー２２が押されたことが制御回路２９によって検出されると、制御回路２９は、ラジアル走査処理を実行する。超音波振動子アレイ１１は、制御回路２９からの命令により超音波ビームのラジアル走査を行う（Ｓ１１。（以下、ステップをＳと略す)）。

ラジアル走査が実行されると、送信コイル１２からの磁場信号を受信コイル２１が受信し、位置配向検出部３は、走査面の位置と配向を検出し位置・配向データを作成する（Ｓ１２）。同時に、超音波信号処理回路２４は、カラーデータを重畳した超音波断層像の画像データを作成する（Ｓ１３）。

続いて、同期書込回路２５は、位置・配向データと、カラーデータを重畳した超音波断層像の画像データとを同期して関連付けてＨＤＤ２６へ記録する（Ｓ１４）。

次に、ユーザにより再度走査制御キー２２が押されたかが判断される（Ｓ１５）。ユーザが再度走査制御キー２２を押した場合は、ＹＥＳとなって、次の処理Ｓ１６へ進む。それ以外の場合は、Ｓ１１の処理へジャンプし、上述した処理を繰り返す。

Ｓ１６では、制御回路２９は、ラジアル走査を停止するための命令（コマンド）を出力し、超音波振動子アレイ１１は、制御回路２９からの命令により超音波ビームのラジアル走査を停止する。

ここで、ユーザがラジアル走査式超音波内視鏡２を手を使って進退させたり、湾曲ノブ１５を用いたりして走査面を変化させていくと、上記の一連の処理が繰り返されるので、超音波断層像の画像データは、位置・配向データと関連付けられ、３次元画像を構築するのに必要な分だけ連続してＨＤＤ２６に記録されることになる。

（４）−２ＨＤＤ２６への取り込まれたデータからの３次元画像作成について
図５に基づいて説明する。

図５の処理は、ユーザが、キーボード上に設けられた３Ｄキー２３を押すことによって開始され、制御回路２９によって制御される。

３Ｄキー２３が押されたことが制御回路２９によって検出されると、キューブデータ作成回路４１は、制御回路２９からの命令により、図６に示すようにＨＤＤ２６に保存された超音波断層像の画像データと位置・配向データとを読み出す（Ｓ２１）。キューブデータ作成回路４１は、位置・配向データに基づいて、３次元的な格子状のアドレスを持ったメモリ空間に、１枚１枚のカラーデータが重畳された超音波断層像の画像データを埋め込んでいく。この埋め込んでいく方法は後述する。こうして、図６に示すようなキューブデータＣＤを作成する（Ｓ２２）。このとき、キューブデータ作成回路４１は、超音波断層像が互いに平行とは限らないため、重複した部分は平均を取り、疎の部分には補間を行うことによって、データの密度を一定にする。

次に、カラー部抽出回路４２は、キューブデータＣＤから着色された部分（血流部分）を抽出し、キューブデータ内の他の部分の画像データを「０」、すなわち表示しないデータに置き換える（Ｓ２３）。

３次元画像構築回路４３は、座標変換、陰面消去、陰影付け等、公知の３次元画像処理を行い、抽出された部分から図７に示すような血流の走行を表現する３次元画像を構築する（Ｓ２４）。

表示回路２８は、３次元画像の画像データをモニタ６に表示できるようなアナログビデオ信号へ変換し、出力する（Ｓ２５）。その結果、モニタ６は、図７に示すような血流の走行を表現する３次元画像を表示する。モニタ６の画面７１に、大血管７２と、小血管７３が表示される。

（４）−３キューブデータの作成方法の詳細説明（図５：Ｓ２１の補足）。

ユーザは、内視鏡の先端を手を使って動かしつつ、超音波断層像を連続して取得することによって、３次元格子状のアドレスを持つキューブデータＣＤを作成する。しかし、そのためには空間内で連続的に撮像された各超音波断層像中の各位置が、キューブデータ作成回路４１が取得できるデータを用い、空間に固定された座標系での座標として表現される必要がある。以下に、その方法について説明する。

受信コイル２１は空間に固定されており、送信コイル１２は内視鏡２の先端付近に固定されている。このとき、図８に示すような、受信コイル２１に対して固定された直交座標系Ｏ−ｘｙｚと、送信コイル１２に固定された直交座標系Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’とを導入する。なお、キューブデータＣＤのアドレスは直交座標系Ｏ−ｘｙｚでの座標で表現させるものとする。

原点、座標軸の取り方、単位ベクトルは表１の通りである。

ここで、図８の超音波断層像７８上の任意の１点をＡ（例えば、血流７９の一部）とし、キューブデータ作成回路４１がＨＤＤ２６から得られる既知のデータを用い、点Ａの座標を空間に固定された受信コイル２１の直交座標系Ｏ−ｘｙｚで表現する方法を説明する。

既知のデータは、点Ａの画像内での位置（横ａ、縦ｂ）、及び、位置配向検出部３が出力する送信コイル１２の位置Ｏ’の直交座標系Ｏ−ｘｙｚでの位置データ（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）と走査面の配向データ（ψ、θ、φ）［オイラー角］である。そのため、上記表現のためには点Ａの位置を、これら既知のデータを用い、直交座標系Ｏ−ｘｙｚの単位ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）（ここで、ｉ、ｊ、ｋはベクトルを示す）の一次結合として表現できれば良い。

今、以下の関係が成り立つ。

式１

式２

式３

式２、式３を式１に代入すると以下の式を得る。

式４

式４より、（ｉ’，ｊ’，ｋ’）（ここで、ｉ’、ｊ’、ｋ’はベクトルを示す）が既知の量を用い（ｉ，ｊ，ｋ）（ここで、ｉ、ｊ、ｋはベクトルを示す）で表現されれば良いことになる。オイラー角（ψ、θ、φ）から定義される回転行列Ｔｘ（ψ）、Ｔｙ（θ）、Ｔｚ（φ）を用いると、次の式５のように表すことができる。

式５

ここで、回転行列は、次の式６から式８で定義される。

式６

式７

式８

式６から式８を式５に代入し、ここから得られるｉ’（ここで、ｉ’はベクトルを示す）とｊ’（ここで、ｊ’はベクトルを示す）を式４に代入することによって、点Ａの位置ｒ（ここで、ｒはベクトルを示す）を、既知のデータａ、ｂ、Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ、ψ、θ、φを用い、Ｏ−ｘｙｚ座標系の単位ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）（ここで、ｉ、ｊ、ｋはベクトルを示す）の一次結合として表現できる。即ち、超音波断層像上の任意の点Ａは空間上に固定された座標系で表現できたことになる。

このようにして、キューブデータ作成回路４１は、超音波断層像上の各点の座標（ａ，ｂ）と、位置・配向データ（Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄｚ）、（ψ、θ、φ）を式４、式５に代入し、各点の画像データをキューブデータの空間に埋め、重複部分の平均化、疎の部分の補間を実行していくことで、キューブデータを作成することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、本願の第１の目的と第２の目的とが達せられた。

また、画像データと位置・配向データとを関連づけてＨＤＤ２６に記録するよう構成したので、検査後のレビュー時に３次元画像を構築するようなことも可能である。

次に、変形例について説明する。

カラーデータを使わず、図９のように、白黒の超音波断層像だけでこのような断面７４や体腔内臓器表面７５を組み合わせて表現するような３次元画像やその他の種類の３次元画像を構築しても良い。図９において、７６は、腫瘍を示す。従って、従来の機械式ラジアル走査型超音波内視鏡やコルベックス走査型超音波内視鏡よりも簡単に、フレキシブルシャフトのねじれに起因する歪みのない３次元画像を観察することができる。

また、同期書込回路２５が、カラーデータを重畳した超音波断層像の画像データをＨＤＤ２６に記録し、カラー部抽出回路４２がカラーデータのみを抽出したが、本実施の形態のように血流走行のみの３次元画像を表示する際には最初からカラーデータのみをＨＤＤ２６に記録させるようにしても良い。

さらに、送信コイル１２と受信コイル２１の位置を逆にして、送信コイル１２を空間に固定し、受信コイル２１をラジアル走査式超音波内視鏡２の内視鏡挿入部先端に設けても良い。その場合はキューブデータのアドレスは直交座標系Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’での座標で表現させるものとする。

さらにまた、位置配向検出部３が配向に関して出力するデータとして、オイラー角ψ、θ、φの３つの角度を表現するデータとしたが、これは送信コイル１２を構成する各ソレノイドコイルの導線が巻かれている軸の方向等、他の形態のデータでも良い。

（第二の実施の形態）
図１０から図１４は、本発明の第二の実施の形態を示す。図１０は、本発明の第二の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。図１１は、第二の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。図１２は、第二の実施の形態に係わるモニタ画面の例を示す図である。図１３は、第二の実施の形態に係わる全体構成の変形例を説明するための図である。図１４は、第二の実施の形態に係わるモニタ画面の変形例を示す図である。

図１０に示すように、本実施の形態の超音波診断装置１は、連動して切り換わる２個の切換器８１、８２（通常は端子Ａ側がＯＮ）と、ミキサ回路８３とが、超音波処理部４に設けられている。また、画像処理回路２７内のカラー部抽出回路４２と３次元画像構築回路４３との間に断面重畳回路８４を設けた。さらに、キーボードに切換制御キー８５を設けた。この切換制御キー８５は、ユーザがそのキーを押す度に切換器８１、８２を端子Ａと端子Ｂとの間で一方からもう一方への切り換えを行う。

その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同じ構成のものは、同一の符号を付して説明は省略する。

なお、図において、太い点線の矢印は、３次元画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、太い実線の矢印は、原画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い点線の矢印は、位置、方向に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い実線の矢印は、制御信号等その他の信号あるいはデータの流れを示し、白抜きの太い矢印は、図１２で表現される画像の信号あるいはデータを示す。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

切換器８１、８２がＡ側に切り換わっているときは、断面重畳回路８４には位置・配向データが入力されないため、断面重畳回路８４は入力されたキューブデータＣＤをそのまま３次元画像構築回路４３に出力する。そのため、第１の実施形態と同様の作用を行う。

第１の実施形態と異なる作用について図１１に基き以下に説明する。

まず、ユーザは、走査制御キー２２を押すことによって、超音波処理部４は、第１の実施の形態のＳ１１からＳ１５と同様に、データをＨＤＤ２６に記録する（Ｓ３１）。なお、このとき切換器８１、８２は端子Ａ側に切り換えられている。

次に、ユーザは第１の実施形態と同様に３Ｄキー２３を押すことによって、キューブデータ作成回路４１とカラー部抽出回路４２は第１の実施形態のＳ２１からＳ２３と同様の処理を行う（Ｓ３２）。

そして、切換制御キー８５が押されたか否かが判断される（Ｓ３３）。Ｓ３３で、ＮＯの場合、すなわち、切換制御キー８５が押されていない場合、何の処理もしない。Ｓ３３でＹＥＳの場合、すなわち、切換制御キー８５が押されると、Ｓ３４の処理に移行する。Ｓ３４では、切換器８１、８２が端子Ａ側から端子Ｂ側にスイッチを切り換える。

さらに、ユーザによって、走査制御キー２２が押されたか否かが判断される（Ｓ３５）。Ｓ３５でＮＯの場合、すなわち、走査制御キー２２が押されていない場合、何も処理はしない。Ｓ３５でＹＥＳの場合、すなわち走査制御キー２２が押されると、Ｓ３６の処理へ移行する。

Ｓ３６では、超音波振動子アレイ１１は、制御回路２９からの命令により再び超音波ビームのラジアル走査を行い、Ｓ３７の処理へ移行する。

Ｓ３７では、断面重畳回路８４が、逐次入力される位置・配向データに基づいて電子ラジアル走査式超音波内視鏡２の走査面を、リアルタイムで板状の模式図としてキューブデータＣＤの空間に書き込む。このときの走査面の書込み方法は後述する。

続いて、Ｓ３８で、３次元画像構築回路４３が、キューブデータの中に抽出された血流部分と板状の模式図のデータに基づいて、血流の走行上に走査面の模式図を重ねた状態の３次元画像（以下、ガイド画像ともいう。）を構築する。この処理はリアルタイムで行われる。

Ｓ３９では、ミキサ回路８３は、ガイド画像を左側に、超音波断層像を右側に混合して、図１２に示すような画面を作成する。

Ｓ４０では、表示回路２８が、ミキサ回路８３で混合された画面の画像データをモニタ６に表示できるようなアナログビデオ信号へ変換し、モニタ６に出力する。そして、Ｓ４１において、モニタ６は、図１２に示したようにガイド画像を左側に、超音波断層像を右側に表示する。

Ｓ４１では、ユーザが再度走査制御キー２２を押したか否かが判断される。Ｓ４１でＹＥＳの場合、すなわち、走査制御キー２２が押された場合は、制御回路２９の命令により超音波ビームのラジアル走査が終了し、次の処理（Ｓ４２）へ進む。それ以外の場合は、すなわちＳ４１でＮＯ場合は、Ｓ３６の処理へ移行し、それ以降の処理を繰り返す。

Ｓ４２では、超音波振動子アレイ１１は、制御回路２９からの命令により超音波ビームのラジアル走査を停止する。Ｓ４３では、切換器８１、８２は、端子Ｂから端子Ａに切り換わる。

ここで、Ｓ３１からＳ４３までの一連の動作を、ユーザは内視鏡挿入部１４を被検体に挿入したままで行うものとする。図１２のモニタ画面８６の左側のガイド画像８７には超音波の走査面（断層像の位置と配向を示す）を表す模式図８８が図示され、右側にはその走査面で得られた模式図と対応した超音波断層像８９が現れる。図１２において、９０は血流Ａを示し、９１は、血流Ｂを示し、９２は、着色表示された血流Ａを示し、９３は、着色表示された血流Ｂを示す。９４は、腫瘍を示し、９５は、浸潤方向を示す。さらに、左側の模式図８８自体は、位置配向検出部３が逐次出力する位置・配向データにより超音波内視鏡２の先端の移動に合わせて（連動して）、矢印９６で示す方向において３次元画像内を移動する。すなわち、位置配向検出部３から逐次出力されるデータの変化に応じて、模式図と３次元画像の合成状態が逐次変化する。また、右側の超音波断層像も対応して変化する。この動作はリアルタイムで行われる。

Ｓ３７のキューブデータＣＤへの走査面の書込み方法の詳細は次の通りである。

超音波断層像は長方形であり、走査面の模式図はキューブデータの中では直交座標系Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’の単位ベクトルｉ’方向（ここで、ｉ’はベクトルを示す）とｊ’方向（ここで、ｊ’はベクトルを示す））を各辺とする平行四辺形として表現できる。従って、断面重畳回路８４は逐次入力する位置・配向データを、上述した式５に代入し、ｉ’、ｊ’（ここで、ｉ’、ｊ’はベクトルを示す）が直交座標系Ｏ−ｘｙｚの単位ベクトルｉ、ｊ、ｋ（ここで、ｉ、ｊ、ｋはベクトルを示す）の一次結合として表現できるので、これを用いてこの平行四辺形の模式図をキューブデータの空間に簡単に書き込むことができる。

その他の作用は、第１の実施の形態と同様である。

以上のように、本実施の形態によれば、内視鏡挿入部を動かしつつ、右側の超音波断層像で腫瘍等の病変と血流とが一番近い位置を選び、その超音波断層像を観察することで血管に対する浸潤程度を診断しやすい。

走査面がガイド画像の中でリアルタイムに図示されるため、超音波振動子アレイが血流に対してどのような面で走査しているかわかりやすいため病変を描出しやすい。腫瘍等の病変の血流に近づく方向への深達度や、血流に沿った方向に沿った進展度の見落しも少なくなる。これは転移等、予後の予測に有用である。

また、血流を３次元表示したガイド画像と超音波断層像とが対比しやすいため、体積計測等での比較よりも病変のどこが縮小したのか、病変内の組織学的な違いによる治癒効果がわかりやすい。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。

次に、変形例について説明する。

模式図を単なる平行四辺形として説明したが、図１３に示すように切換器８１、８２からの画像データ出力をミキサ回路８３と断面重畳回路８４とに並列に出力した構成とすることによって、単なる平行四辺形の模式図ではなく、図１４に示すように超音波断層像の画像データを平行四辺形に重畳したものを模式図として用いても良い。このように構成することで、腫瘍等の病変と血流との位置関係が一層わかりやすくなる。図１３において、太い点線の矢印は、３次元画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、太い実線の矢印は、原画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い点線の矢印は、位置、方向に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い実線の矢印は、制御信号等その他の信号あるいはデータの流れを示し、白抜きの太い矢印は、図１４で表現される画像の信号あるいはデータを示す。

なお、模式図を平行四辺形として説明したが、模式図として、後述する図１７で説明するような線を用いても良い。

（第三の実施の形態）
図１５から図１７は、本発明の第三の実施の形態を示す。図１５は、本発明の第三の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。図１６は、第三の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。図１７は、第三の実施の形態に係わるモニタ画面の表示例を示す図である。

図１５に示すように、本実施の形態の超音波診断装置１には、超音波処理部４に読出回路１０１が設けられ、外部にトラックボール１０２が設けられている。制御回路２９はトラックボール１０２の出力に基づいて断層位置指定信号を読出回路１０１へ出力する。また、読出回路１０１は、断層位置指定信号に基づいて画像データと位置・配向データとをＨＤＤ２６から検索、読み出して、画像データをミキサ回路８３へ、位置・配向データを断層位置重畳回路１０３へ出力する。

その他の構成は、第一および第２の実施の形態と同様であり、同一の構成要素について同一の符号を付して説明は省略する。

なお、図において、太い点線の矢印は、３次元画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、太い実線の矢印は、原画像に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い点線の矢印は、位置、方向に関わる信号あるいはデータの流れを示し、細い実線の矢印は、制御信号等その他の信号あるいはデータの流れを示し、白抜きの太い矢印は、図１７で表現される画像の信号あるいはデータを示す。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

本実施形態の作用は、術者による被検体の検査中と検査後のレビューに大別される。

（１）検査中の作用
第２の実施の形態と同様であるので省略する。

（２）検査後の作用
図１６に基づき検査後の作用を説明する。３次元画像を構築するのに必要な超音波断層像の画像データは検査中にあらかじめＨＤＤ２６に記録されているものとする。

ユーザが３Ｄキー２３を押すことによって、図１６の処理が開始される。まず、Ｓ５１において、キューブデータ作成回路４１とカラー部抽出回路４２とは第１の実施の形態のＳ２１からＳ２３と同様の処理を行う（Ｓ５１）。次に、Ｓ５２において、断層位置重畳回路１０３は、キューブデータ内における抽出された血流部分に図１７の左側のガイド画像８７に示されるように、超音波断層像が得られた走査面を示す線（以下、断層位置指定カーソル）１１１を重畳する。なお、処理の始めでは重畳される位置は血流部分のどの位置でも良いものとする。

次に、Ｓ５３において、３次元画像構築回路４３は、断層位置指定カーソル１１１が重畳されたガイド画像８７を構築する。そして、断層位置指定カーソル１１１が重畳されたガイド画像８７がミキサ回路８３、表示回路２８を経て、モニタ６に表示される（Ｓ５４）。なお、処理の始めでは超音波断層像８９はまだモニタ画面８６には表示されないものとする。

ユーザは、ガイド画像８７上の断層位置指定カーソル１１１を見ながらトラックボール１０２を動かす。Ｓ５５において、トラックボール１０２が動かされたか否かを検出する。

Ｓ５５でＮＯの場合、すなわち、トラックボール１０２が動かされない場合は、何の処理も実行しない。Ｓ５５でＹＥＳの場合、すなわち、トラックボール１０２が動かされた場合は、Ｓ５６の処理へ移行する。制御回路２９は、トラックボール１０２の出力に基づいて断層位置指定カーソル１１１がモニタ画面８６上のどの方向へどれくらいの距離を移動すべきか、その情報を読出回路１０１へ断層位置指定信号として出力する（Ｓ５６）。

続出回路１０１は、断層位置指定信号により指定される断層位置指定カーソル１１１の位置に一致、もしくは近い位置・配向データをＨＤＤ２６から検索し、位置・配向データとそれに関連付けられた超音波断層像の画像データとを読み出す（Ｓ５７）。断層位置重畳回路１０３は、古い断層位置指定カーソルに代えて、キューブデータ内における抽出された血統部分にこの位置配向データを基に新たな断層位置指定カーソルを重畳する（Ｓ５８）。３次元画像構築回路４３は、断層位置指定カーソル１１１が重畳されたガイド画像８７を構築する（Ｓ５９）。

そして、ミキサ回路８３は、ガイド画像８７の画像データと、断層位置指定カーソル１１１に対応する位置・配向データに関連付けられた超音波断層像８９の画像データとを混合する（Ｓ６０）。古い断層位置指定カーソルが重畳されたガイド画像に代わる新しい断層位置指定カーソルが重畳されたガイド画像と、それに対応する超音波断層像とが、ミキサ回路８３と表示回路２８を経て、モニタ６に表示される（Ｓ６１）。Ｓ６２において、ユーザが再度３Ｄキーを押したか否かが判断され、ＹＥＳの場合は、制御回路２９の命令により処理を終了する。それ以外の場合は、Ｓ５５へジャンプし、以降の処理を繰り返す。

従って、ユーザがトラックボール１０２を用い、例えば、矢印１１２で示す方向にカーソル１１１を動かすことによって、モニタ画面左側のガイド画像８７上で観察したい位置に、カーソル位置を動かしていくと、右側の超音波断層像８９がカーソルの動きに対応して順次変化、更新されていくことになる。この様子は図１７に示される通りである。その他の作用は、第２の実施形態と同様である。

以上のように、本実施の形態によれば、ユーザがトラックボールを用い、モニタ画面左側のガイド画像上で観察したい位置にカーソル位置を動かしていくと、右側の超音波断層像がカーソルの動きに対応して順次変化、更新されていくよう構成したので、腫瘍等の病変が血流に沿ってどのように広がっているかわかりやすく、進展度診断がし易い。また、ＨＤＤに記録された画像データ、位置・配向データに基づいて処理を実行したので、検査後の症例レビューの際にもわかりやすく診断ができる。その他の効果は、第２の実施の形態と同様である。

次に、変形例について説明する。

上述した本実施の形態では、読出回路１０１は、断層位置指定カーソル１１１の位置に一致、もしくは近い位置・配向データをＨＤＤ２６から検索し、位置・配向データとそれに関連付けられた超音波断層像８９の画像データとを読み出すよう構成した。しかし、読出回路１０１を任意断層像作成回路に置き換えることによって、ＨＤＤ２６に記録された画像データから血流方向に垂直な断面の超音波断層像を新たに作成するようにしても良い。通常、血管への浸潤診断は血管に対し病変部の近い遠いを診断するものなので、血流に垂直な断面での超音波断層像で診断することが好ましい。従って、このように構成することで、血管の走行に対し斜めの断面での超音波断層像でなく、垂直な断面での超音波断層像で良好に観察をすることができる。さらにこのような場合には断層位置指定カーソル１１１の代わりに、図１２の様な平行四辺形の模式図を用い、トラックボール１０２でこの模式図を移動させる構成にすると、超音波断層像と血流との位置関係が一層わかりやすくすることができる。

（第四の実施の形態）
図１８および図２０は、本発明の第四の実施の形態を示す。図１８は、本発明の第四の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。図１９は、第四の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。図２０は、第四の実施の形態に係わるモニタ画面の表示例を示す図である。

図１８に示すように、本実施の形態の超音波診断装置１は、外部にトラックボール１０２を設けている。また、第１の実施の形態のカラー部抽出回路４２と３次元画像構築回路４３に代えて、互いに方向の異なる複数の超音波断層像を構築する複数断層像構築回路１２１が設けられている。さらに、キーボード５上の３Ｄキー２３の代わりにＤＰＲキー１２２を設けている。制御回路２９はトラックボール１０２の出力に基づいて断層位置指定信号を作成し、複数断層像構築回路１２１へ出力する。

その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、同一の構成要素については同一の符号を付し、説明は省略する。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

本実施の形態の作用は、トラックボール１０２、制御回路２９、複数断層像構築回路１２１の作用を除き、第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態と異なる作用について図１９に基づき以下に説明する。

３次元画像を構築するのに必要な超音波断層像の画像データは、第１の実施の形態のＳ１１からＳ１６と同様の方法であらかじめＨＤＤ２６に記録されているものとする。

ユーザは、キーボード５上に設けられたＤＰＲキー１２２を押すことによって、図１９の処理が開始する。

ＤＰＲキー１２２が押されると、キューブデータ作成回路４１は、第１の実施の形態のＳ２１からＳ２２と同様の処理を行い、キューブデータＣＤを作成する（Ｓ７１）。複数断層像構築回路１２１は、制御回路２９からの命令により、図６に示すキューブデータＣＤのｘ軸に垂直な平面とｙ軸に垂直な平面の画像データを抽出する（Ｓ７２）。以下、ｘ軸に垂直な平面の画像データで構成される超音波断層像を超音波断層像Ｐ（１３１）、ｙ軸に垂直な平面の画像データで構成される超音波断層像を超音波断層像Ｑ（１３２）と呼ぶことにする。なお、超音波断層像Ｐ（１３１）と超音波断層像Ｑ（１３２）の平面の位置はデフオルトでは図６に示すキューブデ−タの中心、すなわちｘ＝Ｌ／２、ｙ＝Ｄ／２に設定されているものとする。

次に、複数断層像構築回路１２１は、超音波断層像Ｐ（１３１）上に平面Ｐと平面Ｑとの交線を重畳する（Ｓ７３）。以下では、超音波断層像Ｐ（１３１）上に重畳されたカットラインをカットラインＰ（１３３）と呼ぶことにする。複数断層像構築回路１２１は、超音波断層像Ｑ（１３２）上に平面Ｐと平面Ｑとの交線を重畳する（Ｓ７４）。以下では、超音波断層像Ｑ（１３２）上に重畳されたカットラインをカットラインＱ（１３４）と呼ぶことにする。

Ｓ７５では、複数断層像構築回路１２１は、方向の異なる複数の超音波断層像、すなわち超音波断層像Ｐ（１３１）と超音波断層像Ｑ（１３２）とを並べた画像データを表示回路２８に出力する。表示回路２８は、複数の断層像の画像データをモニタ６に表示できるようなアナログビデオ信号へ変換し、出力する（Ｓ７６）。モニタ６は、図２０に示した血流１３５を着色して表現する複数断層像を表示する（Ｓ７７）。

ユーザは、トラックボール１０２を動かすと、トラックボール１０２が動かされたことが検出され、Ｓ７８でＹＥＳとなって、Ｓ７９の処理へ移行する。トラックボール１０２が動かされないと、何の処理も実行されない。Ｓ７９では、制御回路２９は、トラックボール１０２の出力に基づいて、モニタ画面８６上のどの方向へどれくらいの距離を移動すべきかの情報を、断層位置指定信号として複数断層像構築回路１２１へ出力する。次に、複数断層像構築回路１２１は、制御回路２９からの命令に含まれる断層位置指定信号に基づいて、再び、ｘ軸に垂直な超音波断層像Ｐ（１３１）とｙ軸に垂直な超音波断層像Ｑ（１３２）を抽出する（Ｓ８０）。超音波断層像Ｐ（１３１）と超音波断層像Ｑ（１３２）の平面の位置は断層位置指定信号の内容から新たに決められる（Ｓ８０）。そして、Ｓ８１において、ユーザが再度ＤＰＲキー１２２を押したか否かが判断され、押したことが検出されると、ＹＥＳとなって、制御回路２９の命令に従って処理を終了する。それ以外の場合は、Ｓ７３の処理へジャンプし、処理を繰り返す。

従って、トラックボール１０２を用い、例えば超音波断層像Ｐ上で血流１３５を確認し、その部位にカットライン１３３を合わせると、右側にそのカットライン１３３の位置に対応した超音波断層像Ｑ（１３２）が表示され、血流１３５の走行を２つの方向から観察することができる。その他の作用は、第１の実施の形態と同様である。

以上のように、本実施の形態では、図２０に示すように、モニタ画面８６に方向の異なる複数の超音波断層像Ｐ（１３１）、Ｑ（１３２）を同時に並べて表示するよう構成している。そのため、例えば食道静脈瘤のような症例では、ユーザが食道に挿入した内視鏡挿入部をゆっくり引くことにより、食道に沿って流れる静脈の走行が超音波断層像Ｐ（１３１）か超音波断層像Ｑ（１３２）の上にわかりやすく表示され易い。図２０では、電子ラジアル走査式超音波内視鏡２を受信コイル２１の固定された直交座標系のｘ軸方向に沿って引いたときの状態を表現しているが、このときには超音波断層像Ｐが内視鏡挿入軸に垂直な断層像、超音波断層像Ｑは平行な断層像に相当する。この方法により従来の超音波内視鏡では表現しにくい血流の走行をカラーデータにより着色して表示することができ、さらに、例えば血流の瘤の状態や血流バイパスの走行の判断が重要な食道静脈瘤の診断には有用である。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。

次に、変形例について説明する。

本実施形態では、直交する２つの超音波断層像を画面に表示するいわゆるＤＰＲ表示の形態について説明したが、これはもっと多数の超音波断層像を画面に表示するＭＰＲ表示（ＭｕｌｔｉＰｌａｎｅＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）でもよい。また、超音波断層像は、症例や状況に応じ直交しなくとも良い。

なお、以上説明した構成から、次の付記に示す構成に特徴がある。

［付記項］
（１）体腔内に挿入される超音波プローブから被検部の超音波エコー信号を取得する超音波診断装置において、
挿入軸の所定の位置に、該挿入軸を中心として環状に設けられた複数の超音波振動子を有し、該複数の超音波振動子より超音波を送受信して前記挿入軸に垂直な平面で超音波の電子ラジアル走査を行う電子ラジアル超音波プローブと、
前記電子ラジアル超音波プローブの電子ラジアル走査により連続的に得られるエコー信号による超音波断層像データに基づいて、ボクセルデータを作成するボクセルデータ作成手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。

（２）付記項（１）に記載の超音波診断装置において、
前記電子ラジアル超音波プローブの電子ラジアル走査の走査平面の位置または配向を検出する検出手段をさらに有し、
前記ボクセルデータ作成手段は、前記位置または配向のデータに基づいて超音波３次元画像を作成する３次元画像処理手段を設けたことを特徴とする超音波診断装置。

（３）付記項（１），付記項（２）に記載の超音波診断装置において、
前記連続的に得られるエコー信号のドップラー効果を基に前記被検部の血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を更に有し、
前記ボクセルデータ作成手段は、前記カラーデータに基づいて前記血流の超音波３次元画像を作成する３次元画像処理手段を設けたことを特徴とする超音波診断装置。

（４）付記項（３）に記載の超音波診断装置において、
前記エコー信号より超音波診断像を作成する断層像処理手段と、
血流走行の前記超音波３次元画像と、前記超音波断層像の位置もしくは配向を示す図とを合成して３次元ガイド画像を作成する合成手段と、
前記断層像処理手段が作成した前記超音波断層像と前記合成手段が作成した３次元ガイド画像とを同一画面に表示する表示手段と、
を設けたことを特徴とする超音波診断装置。

（５）付記項（４）に記載の超音波診断装置において、
前記合成手段が、前記検出手段から逐次出力されるデータの変化に基づき、前記合成の状態を逐次変化させたことを特徴とする超音波診断装置。

（６）付記項（４）、付記項（５）に記載の超音波診断装置において、
前記位置もしくは配向を示す図が面状の模式図であることを特徴とする超音波診断装置。

（７）付記項（６）に記載の超音波診断装置において、
前記模式図が超音波断層像データを重畳していることを特徴とする超音波診断装置。

（８）付記項（４）、付記項（５）に記載の超音波診断装置において、
前記位置もしくは配向を示す図が血流走行上に重畳される線であることを特徴とする超音波診断装置。

（９）体腔内に挿入される超音波プローブから被検部の超音波エコー信号を取得する超音波診断装置において、
挿入軸の所定の位置に、該挿入軸を中心として環状に設けられた複数の超音波振動子を有し、該複数の超音波振動子より超音波を送受信して前記挿入軸に垂直な平面で超音波の電子ラジアル走査を行う電子ラジアル超音波プローブと、
前記超音波プローブのラジアル走査により連続的に得られるエコー信号による超音波断層像データに基づいて、互いに異なる向きの複数の超音波断層像を作成する複数断層像処理手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。

（１０）付記項（９）に記載の超音波診断装置において、
前記電子ラジアル超音波プローブの走査平面の位置もしくは配向を検出する検出手段をさらに有し、
前記複数断層像処理手段は、前記位置もしく前記配向に基づいて互いに方向の異なる複数の超音波断層像を作成することを特徴とする超音波診断装置。

（１１）付記項（９），付記項（１０）に記載の超音波診断装置において、
前記電子ラジアル超音波内視鏡からのエコー信号のドップラー効果を利用して血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を設け、
前記複数断層像処理手段は、前記カラーデータが重畳された互いに方向の異なる複数の超音波断層像を作成することを特徴とする超音波診断装置。

（１２）付記項（２）ないし付記項（８）及び付記項（１０）ないし付記項（１１）のいずれかに記載の超音波診断装置において、
前記検出手段が磁場により遠隔的に走査平面の位置もしくは配向を検出することを特徴とする超音波診断装置。

（１３）付記項（１）ないし付記項（１２）に記載の超音波診断装置において、
前記電子ラジアル超音波プローブがその先端に光学観察窓を設けた電子ラジアル超音波内視鏡であることを特徴とする超音波診断装置。

上記付記項（１）の効果は、次の通りである。

超音波診断装置は、挿入軸の所定の位置に、挿入軸を中心として環状に設けられた複数の超音波振動子を有し複数の超音波振動子より超音波を送受信して挿入軸に垂直な平面で超音波の電子ラジアル走査を行う電子ラジアル超音波プローブと、電子ラジアル超音波プローブの電子ラジアル走査により連続的に得られるエコー信号による超音波断層像データに基づいてボクセルデータを作成するボクセルデータ作成手段とを備えるように構成したため、超音波３次元画像や複数方向の超音波断層像をボクセルデータから簡単に構築することができる。

上記の付記項（２）の効果は次の通りである。

超音波プローブは、複数の超音波振動子を挿入軸の周囲に環状に設け、挿入軸に垂直な平面で超音波の電子ラジアル走査を行う電子ラジアル超音波プローブからなり、電子ラジアル走査により連続して取得される超音波断層像データを基に超音波３次元画像を作成する３次元画像処理手段を設けるよう構成したため、体腔内超音波分野において腫瘍を含んだ組織を超音波３次元画像で表示する際、歪みのない良好な画像データを簡単な操作で取得することができる。

上記の付記項（３）の効果は次の通りである。

電子ラジアル超音波内視鏡からのエコー信号のドップラー効果を利用して血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を設け、３次元画像処理手段がカラーデータを基に血流の超音波３次元画像を作成するよう構成したため、体腔内超音波分野において血流および血流を含んだ組織を超音波３次元画像で表示する際、ドップラー効果を用いた血流情報を簡単な操作で取得することができる。

上記の付記項（４）、（５）、（６）、（８）の効果は次の通りである。

エコー信号より超音波断層像を作成する断層像処理手段と、血流走行の超音波３次元画像と、超音波断層像の位置もしくは配向を示す図とを合成して３次元ガイド画像を作成する合成手段と、断層像処理手段が作成した超音波断層像と合成手段が作成した３次元ガイド画像とを同一画面に表示する表示手段と、を設けるよう構成したため、３次元ガイド画像を参照しながら内視鏡挿入部を動かしつつ、超音波断層像で腫瘍等の病変と血流とが一番近い位置を選び、その超音波断層像を観察することで血管に対する浸潤程度を診断し易い。

また、超音波振動子が血流に対してどのような面で走査しているかわかり易いいため病変を描出しやすい。腫瘍等の病変の血流に近づく方向への深達度や、血流に沿った方向に沿った進展度の見落しも少ない。これは転移等、予後の予測に有用である。

また、血流を３次元表示したガイド画像と超音波断層像とが対比しやすいため、体積計測等での比較よりも病変のどこが縮小したのか、病変内の組織学的な違いによる治癒効果がわかり易い。

上記の付記項（７）の効果は次の通りである。

位置もしくは配向を示す模式図が超音波断層像データを重畳しているよう構成したため、腫瘍等の病変と血流との位置関係が一層わかり易くなる。

上記の付記項（９）、（１０）の効果は次の通りである。

超音波プローブは、複数の超音波振動子を挿入軸の周囲に環状に設け、挿入軸に垂直な平面で超音波の走査を行う電子ラジアル超音波プローブからなり、電子ラジアル走査により連続して取得される超音波断層像データを基に互いに方向の異なる複数の超音波断層像を作成する複数断層像処理手段と、を設けるよう構成したため、体腔内超音波分野において腫瘍を含んだ組織を複数方向の超音波断層像で表示する際、歪みのない良好な画像データを簡単な操作で取得することができる。

上記の付記項（１１）の効果は次の通りである。

電子ラジアル超音波内視鏡からのエコー信号のドップラー効果を利用して血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を設け、複数断層像処理手段がカラーデータが重畳された互いに方向の異なる複数の超音波断層像を作成するよう構成したため、体腔内超音波分野において血流および血流を含んだ組織を複数方向の超音波断層像で表示する際、ドップラー効果を用いた血流情報を簡単な操作で取得することができる。

例えば、食道静脈瘤のような症例では、ユーザが食道に挿入した内視鏡挿入部をゆっくり引くことにより、従来の超音波内視鏡では表現しにくい血流の走行をカラーデータにより着色して表示することができ、例えば血流の瘤の状態や血流バイパスの走行の判断が重要な食道静脈瘤の診断には有用である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の第一の実施の形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。第一の実施の形態に係る電子ラジアル走査式超音波内視鏡の構成を説明するための図である。第一の実施の形態に係る送受信回路のブロック図である。第一の実施の形態に係るデータ記録の処理の流れの例を示すフローチャートである。第一の実施の形態に係る３次元画像作成の処理の流れの例を示すフローチャートである。第一の実施の形態に係るキューブデータ作成回路の作用を説明するための図である。第一の実施の形態に係るモニタ画面の表示例を示す図である。第一の実施の形態に係る各座標系の関係を説明するための図である。第一の実施の形態に係るモニタ画面の表示例の変形例を示す図である。本発明の第二の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。第二の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。第二の実施の形態に係わるモニタ画面の例を示す図である。第二の実施の形態に係わる全体構成の変形例を説明するための図である。第二の実施の形態に係わるモニタ画面の変形例を示す図である。本発明の第三の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。第三の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。第三の実施の形態に係わるモニタ画面の表示例を示す図である。本発明の第四の実施の形態に係わる超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。第四の実施の形態に係わる超音波診断装置の動作の流れを示すフローチャートである。第四の実施の形態に係わるモニタ画面の表示例を示す図である。

符号の説明

１・・・超音波診断装置
２・・・電子ラジアル走査式超音波内視鏡
３・・・位置配向検出部
４・・・超音波処理部
５・・・キーボード
６・・・モニタ
１１、５５・・・超音波振動子アレイ
１２、５１・・・送信コイル
１３・・・内視鏡操作部
１４・・・内視鏡挿入部
１５・・・湾曲ノブ
２１・・・受信コイル
２２・・・走査制御キー
２３・・・３Ｄキー
２４・・・超音波信号処理回路
２６・・・ハードディスク
２７・・・画像処理回路
５２・・・照光窓
５３・・・光学観察窓
５４・・・超音波振動子
５６・・・信号線
７１、８６・・・モニタ画面
７２・・・大血管
７３・・・小血管
７４・・・断面
７５・・・体腔内蔵器表面
７６、９４・・・腫瘍
７８、８９、１３１、１３２・・・超音波断層像
７９、１３５・・・血流
８１、８２・・・切換器
８５・・・切換制御キー
８７・・・ガイド画像
８８・・・走査面を表す模式図
９０、９１、９２、９３・・・血流
１０２・・・トラックボール
１１１・・・断層位置指定カーソル
１３３、１３４・・・カットライン
１３６・・・血溜
代理人弁理士伊藤進

Claims

超音波プローブから被検部の超音波エコー信号を取得し、該超音波エコー信号から超音波断層像データを構築する超音波診断装置において、
前記超音波プローブは、複数の超音波振動子を有し、該複数の超音波振動子より超音波を送受信して平面内を超音波で電子走査する電子走査式超音波プローブであって、
磁場を空間に発生する磁場送信手段と、発生した前記磁場を受信する磁場受信手段とを有し、前記磁場送信手段または前記磁場受信手段のうちいずれか一方が前記超音波振動子に対して所定の位置に固定され、当該所定の位置に固定された前記磁場送信手段または前記磁場受信手段のうちいずれか一方が前記電子走査式超音波プローブの用手的な移動に伴って前記超音波振動子と一体的に移動することで、当該電子走査式超音波プローブの電子走査の走査平面の位置及び配向を検出する検出手段と、
前記電子走査式超音波プローブを用手的に移動することで繰り返し実施される電子走査により連続的に得られる複数の前記超音波断層像データに基づいて被検部の超音波３次元画像を作成する３次元画像処理手段と、
前記３次元画像処理手段により用手的な前記移動によってあらかじめ作成された前記超音波３次元画像と、前記移動の後で電子走査された新たな走査平面の位置もしくは配向を示す図とを合成して３次元ガイド画像を作成する合成手段と、
前記新たな走査平面での超音波断層像データから作成される超音波断層像と、前記３次元ガイド画像とを同一画面に表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
前記エコー信号のドップラー効果を基に前記被検部の血流のカラーデータを作成するドップラー信号処理手段を更に有し、
前記３次元画像処理手段は前記カラーデータに基づいて前記血流の超音波３次元画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記合成手段が、前記検出手段から逐次出力されるデータの変化に基づき、前記合成の状態を逐次変化させたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
前記位置もしくは配向を示す図が面状の模式図であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。
前記模式図が超音波断層像データを重畳していることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
前記位置もしくは配向を示す図が血流走行上に重畳される線であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波診断装置。