JP4307626B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波ガイド下治療、穿刺等の処置を行う際の注目組織の視認性を向上させることのできる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療現場においては、腫瘍等の注目組織に穿刺針を刺した後、組織片若しくは細胞を吸引し、病理学的な精密検査を行う、いわゆる生検が広く普及している。この生検が、例えば、腫瘍の良性／悪性の鑑別等、病変の確定診断の為に不可欠のものであるということは、周知の事実である。
【０００３】
又、穿刺針を刺した後、患部に直接薬剤を注入する治療を試みられている。このような方法による薬剤投与は、経口投与よりも薬剤が少なく済み、副作用が少なく安全であるという利点がある。更に、患部に直接投与するので薬効が経口投与よりもより効果的であるという利点もある。
【０００４】
このように穿刺には種々の利点があるが、穿刺を行う際に穿刺針の先端が正しく注目組織に位置しているか否かは、生検若しくは治療の成否を大きく左右する。このため、超音波を注目組織と穿刺針とを含んだ断面で走査し、超音波画像上でリアルタイムにモニターしながら穿刺を行う、いわゆる超音波ガイド下穿刺が普及している。
【０００５】
又、超音波ガイド下では治療のための様々な試みがなされており、収束超音波（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；ＨＩＦＵ）やレーザー素子を用いて腫瘍等の患部を焼灼する超音波ガイド下治療も行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波ガイド下穿刺、超音波ガイド下治療については、主に以下の２つの問題点がある。
【０００７】
（１）超音波画像上において、注目組織がどこにあるかはっきりしないこと、すなわち、注目組織の視認性が悪いことがある。
【０００８】
（２）穿刺針が曲がり、超音波の走査平面内からずれて、超音波画像上に穿刺針が描出されないこと、すなわち、穿刺針の視認性が悪いことがある。
【０００９】
上記（１）については、特開平４−２３６９５２号公報、特開平１０−２５８０５０号公報、特公平７−３２７７７号公報に開示されているような、超音波画像にテクスチャー解析等の画像処理を施し、注目組織を超音波画像上で異なる色相で表示したり、注目組織の境界を抽出したりする超音波診断装置が知られている。
【００１０】
上記（２）については、特開平９−１３５４９８号公報に開示されているような、超音波振動子アレイを構成する各エレメントの励起電極と接地電極のうち、接地電極を複数に分割して、通常の走査と穿刺時の走査とでビーム幅を変更できる超音波診断装置が知られている。この装置では、通常の走査時にはすべての接地電極を用いて超音波を励起することで、開口を広く取り、超音波ビームを絞って分解能の高い超音波画像を得ることができる。又、穿刺時には、一部の接地電極のみを用いて超音波を励起することで、開口を狭く取り、超音波ビームを広げて、事実上、走査面を「厚く」することで、穿刺針が曲がっても穿刺針を超音波画像上に描出し、穿刺針の位置の確認が容易にできる。
【００１１】
しかしながら、特開平４−２３６９５２号公報、特開平１０−２５８０５０号公報、特公平７−３２７７７号公報の中では、超音波画像処理が超音波ガイド下治療、超音波ガイド下穿刺に使用される際の構成、作用、効果について何ら示唆が与えられていない。
【００１２】
又、特開平９−１３５４９８号公報に開示されているような超音波診断装置では、穿刺する際には、超音波ビームを広げてしまうので、どうしても分解能の良い画像の下で穿刺を行うことができない。又、超音波振動子アレイを構成する各エレメントの接地電極を複数に分解し、通常の走査と穿刺時の走査とでビーム幅を変更する構成であるため、数十〜数百個あるエレメントの電極の数が数倍程度で多くなり、電極の形成作業が大変難しくなる。更に、各エレメント毎に接地電極のＯＮ／ＯＦＦを切り替える回路が必要になり、回路規模も大きくなる。
【００１３】
そこで、本発明の第１の目的は、超音波ガイド下治療、超音波ガイド下穿刺等の処置を行う際の注目組織の視認性を向上させることにある。
【００１４】
又、本発明の第２の目的は、超音波ガイド下穿刺を行う際の穿刺針等の処置手段の視認性を、画像の分解能を犠牲にすることなく、向上させることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、観察対象の組織に超音波を送受波して得られたエコーデータより超音波画像データを生成する信号処理手段と、前記観察対象の組織に処置を施す処置手段と、前記信号処理手段により得られた超音波画像データの中の注目組織を認識して、強調するための解析データを得る解析手段と、前記処置手段の進行方向を示す経路データを生成する処置経路データ生成手段と、前記処置手段で処置を施す際のガイド手段とするために前記解析データと前記経路データとを互いに異なる色相若しくは階調で前記超音波画像データに合成させる合成手段と、前記合成手段により合成されたデータを画像として表示するための表示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この構成よれば、観察対象の組織に超音波を送受波して得られたエコーデータより超音波画像データを生成し、又、この超音波画像データの中の注目組織を認識して、強調するための解析データを取得し、又、処置手段の進行方向を示す経路データを生成し、この解析データと経路データとを互いに異なる色相若しくは階調で超音波画像データに合成し、この合成されたデータを表示手段に画像として表示し、観察対象の組織に対し処置手段を用いて処置を施す際のガイドとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１は体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブの挿入側先端の概略図、図２は超音波プローブ内部の機構を示す説明図、図３は音響レンズを設けた場合と音響レンズが設けられていない場合の超音波ビームの指向性の違いを示す説明図である。尚、この場合の超音波プローブは、光学系を設けたいわゆる超音波内視鏡が含まれる。図４は超音波診断装置の全体構成を示す説明図、図５は画像処理ルーチンを示すフローチャート、図６は各判別窓に色を割り当てる状態を示す画像データの説明図、図７は悪性度を反映した解析データの説明図、図８は穿刺経路データの説明図、図９は解析データと穿刺経路データとが背景画像に加算された画像データの説明図、図１０は変形例を示す図６相当の説明図、図１１は他の変形例を示す説明図である。
【００２０】
図１に示すように、超音波プローブの挿入側先端１には、先端キャップ１ａと鉗子突出口１ｂとが設けられており、同図には、穿刺時に、体外から挿入された処置手段の一例である穿刺針２が、超音波プローブ内の管路（図示せず）を経由して鉗子突出口１ｂから突出し、患部を穿刺する様子が描かれている。ところで、この鉗子突出口１ｂの向きは固定されており、穿刺針２は常に同じ方向へ突出するように設定されている。
【００２１】
図２に示すように、先端キャップ１ａ内には、その表面に音響レンズ３を設けた超音波振動子４が保持されている。この超音波振動子４は、互いに直角に嵌合した２つの傘歯車５ａ，５ｂを介してフレキシブルシャフト６に接続されている。フレキシブルシャフト６の後端には、モータ７と、光学式のロータリーエンコーダー等で構成される角度検出器８とが設けられている。このモータ７は、図４に示す超音波診断装置に設けた駆動部１０からの駆動信号を受けて回転駆動され、モータ７に連設するフレキシブルシャフト６及び角度検出器８を回転させる。
【００２２】
図４に示すように、超音波振動子４は、信号増幅、対数変換、包絡線検波、Ａ／Ｄ変換等、超音波信号に関する周知の信号処理を行う送受信回路１１に接続されている。
【００２３】
送受信回路１１から出力されるエコーデータは信号処理回路１３に入力され、ここで表示手段であるモニタ１２に出力可能な直交座標系の画像データに変換するスキャンコンバートが行われる。
【００２４】
更に、信号処理回路１３では、角度検出器８からの角度信号を入力して、前述のスキャンコンバートに必要な超音波振動子４の向きに関する角度情報を得る。そして、信号処理回路１３で所定に処理された画像データが、解析手段の一例である画像処理回路１４と合成手段の一例である加算回路１５とへそれぞれ出力される。
【００２５】
画像処理回路１４では、信号処理回路１３から入力された画像データの各部の悪性度を反映した解析データ処理を行い、スイッチＡへ出力する。一方、本実施の形態では、処置経路データである穿刺経路データを生成する穿刺経路データ生成回路１６が設けられており、この穿刺経路データ生成回路１６からの出力がスイッチＢへ入力される。
【００２６】
スイッチＡ，Ｂは、入力制御回路１７を経由した、入力部１８からの制御信号により連動して同時に開閉される。尚、入力部１８はキーボード、マウス、トラックボール等、公知の入力手段で構成される。こうして、画像処理回路１４、穿刺経路データ生成回路１６からの各出力が、スイッチＡ，Ｂを経由して加算回路１５に入力される。
【００２７】
そして、加算回路１５の出力が表示回路１９へ入力され、表示回路１９では入力信号をアナログのテレビ信号に変換し、モニタ１２へ出力する。
【００２８】
次に、上記構成による本実施の形態の作用について説明する。
駆動部１０からの駆動信号がモータ７に入力されると、フレキシブルシャフト６、傘歯車５ａ，５ｂを介して超音波振動子４が機械的に回転駆動される。
【００２９】
一方、送受信回路１１は、超音波振動子４に高電圧パルスを印加し、超音波を励起させて、超音波振動子４を電気的に駆動させる。そして、励起した超音波は音響レンズ３を経由して、指向性の強い鋭いビーム（図３(a)参照）として先端キャップ１ａを経由し、体腔内に放射される。尚、図３（ｂ）に一点鎖線で示すように、超音波が音響レンズ３を介さずに出力された場合、ビームの指向性は弱くなる。
【００３０】
このように、超音波振動子４が回転しながら、超音波を放射することにより、図１に一点鎖線で示すように、先端キャップ１ａから外側へ扇形の走査面を形成する、いわゆるセクタ走査が実現される。尚、同図に示すように、穿刺の際には、固定した開口方向をもつ鉗子突出口１ｂから突出する穿刺針２は、常にこの走査面内に存在するように突出方向が固定される。
【００３１】
そして、体腔内に放射された超音波の生体から反射したエコーは、超音波振動子４で受波され、電気的なエコー信号として送受信回路１１へ出力する。送受信回路１１は、エコー信号に信号増幅、対数変換、包絡線検波、Ａ／Ｄ変換等、超音波信号に関する周知の信号処理を施してデジタル的なエコーデータに変換し、信号処理回路１３へ出力する。
【００３２】
信号処理回路１３は、角度検出器８からの角度信号を用いて、エコーデータにスキャンコンバートを施し、モニタ１２に出力可能な直交座標系の画像データに変換し、この画像データを画像処理回路１４と加算回路１５とへ出力する。
【００３３】
このとき、スイッチＡ，Ｂが同時に開いている場合には、加算回路１５への入力は、信号処理回路１３からの画像データのみとなり、このときには超音波画像が超音波振動子４による走査に合わせて順次モニタ１２に表示される。
【００３４】
そして、操作者が穿刺を始める際に、入力部１８を介して穿刺のガイドを出力させるよう入力制御回路１７へ指令すると、入力制御回路１７から制御信号がスイッチＡ，Ｂへ出力され、この両スイッチＡ，Ｂが閉じ、信号処理回路１３からの画像データに加えて、画像処理回路１４と穿刺経路データ生成回路１６からのデータが加算回路１５へ出力される。
【００３５】
画像処理回路１４の内部に設けられたメモリには、例えば腫瘍等、問題となっている注目組織の典型的なエコーパターンが表現されている画像データにテクスチャー解析を施して定量化された特徴量が記憶されている。尚、このとき算出される特徴量については、種々の特徴量が既に公知であり、例えば特開平４−２３６９５２号公報、特開平１０−２５８０５０号公報、特公平７−３２７７７号公報に記載されている様々な特徴量を用いることができる。
【００３６】
画像処理回路１４では、信号処理回路１３から出力される画像データを区分した小部分（以下、「判別窓」）と、注目組織の典型的な画像データとの類似度（以下、悪性度）を算出し、各判別窓毎に悪性度に応じた色を割り当てる。
【００３７】
画像処理回路１４での複数の判別窓に色をそれぞれ割り当てる画像処理は、図５に示す画像処理ルーチンに従って行われる。
【００３８】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で判別窓の特徴量を算出する。次いで、ステップＳ２で、ステップＳ１で算出した特徴量と、メモリに記憶されている注目組織の典型的な特徴量とを比較し、悪性度を算出する。尚、この比較の方法については、種々の方法が公知であり、いわゆる判別分析や、特開平１０−２５８０５０号公報に開示されているような特徴量を直交軸とする特徴空間内でのＦＳ変換や分類平面内での距離を用いる方法や、特公平７−３２７７７号公報に開示されているようなファジー合意を用いる方法等を採用することができる。
【００３９】
次いで、ステップＳ３で、判別窓に悪性度に応じた色を割り当てる。
【００４０】
そして、ステップＳ４へ進み、画像全てについて解析が終了したか否かを判別し、未了のときは、ステップＳ５へ進み、テクスチャー解析を施す判別窓を一つ隣りの判別窓に変更し、ステップＳ１へ戻り、上述した処理を繰り返す。一方、ステップＳ４で全ての画像について解析が終了したと判定したときは、ルーチンを終了する。その結果、図６に示すように、複数の判別窓の各々に色が割り当てられる。
【００４１】
そして、信号処理回路１３から入力する画像データの各部の悪性度を反映した解析データが、画像処理回路１４からスイッチＡを経由して加算回路１５へ出力される。図７に、このときの解析データの一例を示す。尚、同図（ａ）に示す各判別窓に記されたＡ〜Ｃには、実際には同図（ｂ）の対照表に示す色が表示されており、本実施の形態では色調が濃くなるに従い、悪性度が強調されるように設定されている。尚、この場合、階調の変化により悪性度を強調するように設定してもよい。
【００４２】
又、穿刺経路データ生成回路１６は、穿刺の経路について、画像データに重畳、表示すべき位置を計算し、図８に一点鎖線で示すような、穿刺針が刺されると予測される進行方向、すなわち穿刺針の向きを示す穿刺経路データを加算回路１５へ出力する。
【００４３】
加算回路１５は、画像処理回路１４から出力された解析データ（図７参照）と、穿刺経路データ生成回路１６から出力された穿刺経路データ（図８参照）とを色相を変えて、信号処理回路１３から出力されている画像データに加算する。
【００４４】
そして、図９に示すように、解析結果と穿刺経路とが、背景画像とは異なる色相で示された画像データに加工されて表示回路１９へ出力し、モニタ１２に表示させる。
【００４５】
操作者はモニタ１２に表示された画像上で、図９に破線で示す注目組織と一点鎖線で示す穿刺経路とを確認した後、穿刺を行い、生検や薬剤の投与を行う。尚、図９の点Ｏは超音波振動子４の回転中心である。
【００４６】
このように、本実施の形態によれば、体腔内に超音波を送受波し、エコーデータを取得する超音波プローブと、エコーデータより画像データを構築する送受信回路１１、信号処理回路１３と、生体内の注目組織へ穿刺する穿刺針２と、生体の組織性状を反映した画像データ上にエコーパターンを処理し、超音波画像上に表現された注目組織を、注目組織の色相若しくは階調を変化させることで強調する画像処理回路１４とを設け、穿刺のガイドとしたので、超音波ガイド下穿刺を行う際の、注目組織の視認性を向上させることができる。
【００４７】
又、本実施の形態では、画像処理回路１４の他に、穿刺針２が穿刺する経路を超音波画像上に表示する穿刺経路データ生成回路１６を設け、注目組織の強調と、穿刺経路の表示とを同時に行うことで穿刺の際のガイドとしたので、操作者は穿刺経路と、強調された注目組織とが交わっていることをモニタ１２上で確認することで、より安全に穿刺を行うことができる。
【００４８】
一般に体腔内の超音波画像の読み方を理解するには高度の熟練が必要であるが、このように構成することで、操作者が体腔内の超音波画像を病理学的、解剖学的に理解することが難しい場合でも、簡単かつ安全に穿刺を行うことができる。
【００４９】
尚、本実施の形態では、画像処理回路１４で画像データにテクスチャー解析を施して、画像処理により注目組織を強調したが、画像処理によらず、超音波の音速や減衰率等を用いた公知の組織性状診断方法を用いても良い。
【００５０】
又、本実施の形態では、加算回路１５で解析データと画像データとを単純に加算したが、適当に重みを加えた重み付け加算や、画像データの場所によって重みを変更した種々の合成でも良い。
【００５１】
又、本実施の形態では、加算回路１５で穿刺経路と注目組織とがその背景画像とはそれぞれ異なる色相で示された画像データに加工したが、単に色相だけではなく、階調やその他の彩度を異ならせる等、他の方法を用いて、解析結果と穿刺経路とが背景画像と異なる態様で示される画像データに加工しても良い。
【００５２】
又、本実施の形態では、体腔内に挿入する超音波プローブについて説明したが、体外から超音波を照射し、診断、処置をする超音波プローブであっても良い。
【００５３】
又、本実施の形態では、単一の超音波振動子４をフレキシブルシャフト６を介して回転駆動するメカニカル走査型の超音波プローブを用いたが、これは、複数の超音波振動子を駆動して走査する電子走査型の超音波プローブであっても良い。
【００５４】
ところで、本実施の形態では、図６に示すように、画像データの縦横に対し、判別窓の縦横の向きが固定されているが、図１０に示すように複数の判別窓の縦方向がいつも超音波振動子４の方向を向くように設定しても良い。これは、前述の特開平４−２３６９５２号公報、特開平１０−２５８０５０号公報、特公平７−３２７７７号公報で開示されているような特徴量は判別窓の縦、横、斜めの各方向別に算出され、判別の精度が判別窓の向きに依存するためである。判別窓の縦方向がいつも超音波振動子４の方向を向くようにしたのは、超音波画像を構成する斑点状のスペックルが作るテクスチャーパターンは、超音波ビームの方向に依存することが多いためである。
【００５５】
又、胃壁の超音波画像における層構造のように、生体自身が方向性をもった組織構造の場合には、複数の判別窓を組織構造の方向に沿うように配置し、又その向きも組織構造の方向に沿うように設定しても良い。
【００５６】
この場合、図１１に示すように、判別窓内の画像データの空間周波数が最小となるような方向（すなわち最も層の間隔が狭くなるように切断する方向）を、判別窓を回転させながら探索し、ｙ軸方向と一致させることで、判別窓の向きを組織構造の方向に沿うようにすることが可能となる。
【００５７】
同様に判別窓内の画像データの空間周波数が最大となるような方向（すなわち最も層の間隔が広くなるように切断する方向）を、判別窓を回転させながら探索し、ｘ軸方向と一致させることでも可能である。
【００５８】
更に、このように生体自身が方向性をもった組織構造の場合には、判別窓の縦、横、斜めの各方向別に算出された特徴量を積算し、図５のステップＳ１〜Ｓ５に示した処理を、この積算された特徴量に基づいて行っても良い。このようにすることで、生体組織構造の方向依存性を低減したテクスチャー解析を行うことができる。
【００５９】
ところで、図１〜図１１においては、超音波プローブの先端キャップ１ａに１つの超音波振動子４を配設した場合について説明したが、図１２〜図１５に示すように、先端キャップ１ａに２つの超音波振動子を配設するようにしても良い。ここで、図１２は体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブの挿入側先端の概略図、図１３は超音波プローブ内部の機構を示す説明図である。尚、この場合の超音波プローブは、光学系を設けたいわゆる超音波内視鏡を含む。又、図１４は超音波診断装置の全体構成を示す説明図、図１５は二値化処理後の画像データの説明図、図１６は穿刺針が背景画像に加算された画像データの説明図である。
【００６０】
図１２に示すように、超音波プローブの挿入側先端１には、先端キャップ１ａと鉗子突出口１ｂとが設けられており、同図には、穿刺時に、体外から挿入された穿刺針２が、超音波プローブ内の管路（図示せず）を経由して鉗子突出口１ｂから突出し、患部を穿刺する様子が描かれている。尚、この鉗子突出口１ｂの向きは固定されており、穿刺針２は常に同じ方向へ突出するように設定されている。
【００６１】
図１３に示すように、先端キャップ１ａ内には、１８０°方向向きに２つの超音波振動子４ａ，４ｂが配設されている。このうち一方の超音波振動子４ａの表面に音響レンズ３が設けられ、他方の超音波振動子４ｂの表面には音響レンズは設けられていない。各超音波振動子４ａ，４ｂは、互いに直角に嵌合した２つの傘歯車５ａ，５ｂを介してフレキシブルシャフト６に接続されている。
【００６２】
フレキシブルシャフト６の後端には、モータ７と、光学式のロータリーエンコーダー等で構成される角度検出器８とが設けられている。このモータ７は、図１４に示す駆動部１０からの駆動信号を受けて回転駆動され、モータ７に連設するフレキシブルシャフト６及び角度検出器８を回転させる。
【００６３】
図１４に示すように、各超音波振動子４ａ，４ｂはスイッチＣを介して、信号増幅、対数変換、包絡線検波、Ａ／Ｄ変換等、超音波信号に関する周知の信号処理を行う送受信回路１１に接続されている。
【００６４】
送受信回路１１からの出力は信号処理回路１３に入力され、エコーデータをモニタ１２に出力可能な直交座標系の画像データに変換するスキャンコンバートが行われる。
【００６５】
更に、信号処理回路１３では、角度検出器８から角度信号を入力して、前述のスキャンコンバートに必要な超音波振動子４ａ，４ｂの向きに関する角度情報を得る。そして、信号処理回路１３により所定に処理された画像データは、スイッチＤを介して、バッファメモリαと二値化回路２０とに対し選択的に出力される。
【００６６】
二値化回路２０では入力された画像データを二値化処理し、マスク回路２１へ出力する。マスク回路２１では、二値化された画像データにマスク処理を施す。
【００６７】
マスク回路２１でマスク処理が施された画像データは、バッファメモリβへ出力される。
【００６８】
そして、バッファメモリα、βに記憶されている画像データが、加算回路１５にて読み出される。
【００６９】
又、本実施の形態では、スイッチを切換える切換え信号をスイッチＣ，Ｄへ出力するコントローラ２２が設けられており、このコントローラ２２へも角度検出器８からの角度信号が出力されている。スイッチＣ，Ｄはコントローラ２２からの切換え信号により、端子I若しくは端子IIへ連動して同時に切り換わる。
【００７０】
又、コントローラ２２は、加算回路１５、バッファメモリα、バッファメモリβへ、加算回路１５がバッファメモリα、βに記憶された画像データを読み出すよう、読み出し制御信号を出力する。
【００７１】
更に、本実施の形態には、マウス、トラックボール等公知の入力手段から構成される入力部１８からの指令を受けて出力される入力制御回路１７からの制御信号により制御されるスレショールド調整回路２３が設けられている。このスレショールド調整回路２３は、二値化処理に必要なスレショールドデータを二値化回路２０へ出力するもので、スレショールドデータは、入力制御回路１７を経由した入力部１８からの指令により、その値を変更することができる。
【００７２】
そして、加算回路１５からの画像データが表示回路１９へ出力される。表示回路１９では入力された画像データをアナログのテレビ信号に変換してモニタ１２へ出力する。
【００７３】
このような構成によれば、超音波プローブに設けたモータ７が、図１４に示す駆動部１０からの駆動信号により回転すると、このモータ７に連設するフレキシブルシャフト６、超音波振動子４が機械的に回転駆動する。又、このとき、コントローラ２２は、角度検出器８からの角度信号をもとにフレキシブルシャフト６が１８０°回転する度にスイッチＣ，Ｄを切換える。
【００７４】
すなわち、超音波振動子４ａが前方を向いているときは、スイッチＣ，Ｄを端子Iに切換え、又、超音波振動子４ｂが前方を向いているときはスイッチＣ，Ｄを端子IIに切換える。
【００７５】
又、送受信回路１１は、スイッチＣを介して超音波振動子４ａ，４ｂに高電圧パルスを印加し、超音波を励起させて、超音波振動子４ａ，４ｂを電気的に駆動させる。尚、このときスイッチＣにより送受信回路１１と超音波振動子４ａ，４ｂとが選択的に切換えられるため、超音波振動子４ａ，４ｂの一方に高電圧パルスが印加されている間、他方は非通電状態となる。
【００７６】
そして、スイッチＣが端子Iに切換えられて、高電圧パルスが音響レンズ３を設けた超音波振動子４ａに印加されると、超音波振動子４ａで励起された超音波が音響レンズ３を経由して、指向性の強い鋭いビームとして先端キャップ１ａから体腔内に放射される。
【００７７】
一方、スイッチＣが端子IIに切換えられて、高電圧パルスが、音響レンズを設けていない超音波振動子４ｂに印加されると、超音波振動子４ｂで励起された超音波は、指向性の弱いビームとして先端キャップ１ａから体腔内に放射される。
【００７８】
そして、超音波振動子４ａ，４ｂが回転しながら、超音波を交互に放射することにより、先端キャップ１ａから外側へ扇形の走査面を形成する、いわゆるセクタ走査が、各超音波振動子４ａ，４ｂ毎に実現される。
【００７９】
尚、音響レンズ３を設けた超音波振動子４ａでのセクタ走査は、図１の一点鎖線で示す通りとなり、又、音響レンズを設けていない超音波振動子４ｂでのセクタ走査は、図１２に一点鎖線で示す通りとなる。又、このとき、固定した開口方向をもつ鉗子突出口１ｂを経由した穿刺針２は、突出方向が固定される。
【００８０】
放射された超音波が生体で反射したエコーは、超音波振動子４ａ，４ｂで受波され、電気的なエコー信号として送受信回路１１へ出力される。
【００８１】
送受信回路１１は、エコー信号に信号増幅、対数変換、包絡線検波、Ａ／Ｄ変換等、超音波信号に関する周知の信号処理を施してデジタル的なエコーデータに変換し、信号処理回路１３へ出力する。
【００８２】
信号処理回路１３は、角度検出器８からの角度信号を用いることで、エコーデータにスキャンコンバートを施し、モニタ１２に出力可能な直交座標系の画像データに変換して、画像データをスイッチＤへ出力する。
【００８３】
スイッチＤは、コントローラ２２からの切換え信号により、スイッチＣに連動して、端子I若しくは端子IIを同時に切換えられる。
【００８４】
従って、スイッチＤが端子Iに切換えられている場合、バッファメモリαには音響レンズ３を設けた超音波振動子４ａから生成された指向性の強い鋭い超音波ビームにより得られた画像データが記憶される。一方、スイッチＤが端子IIに切換えられている場合は、以下の通りとなる。
【００８５】
すなわち、音響レンズを設けていない超音波振動子４ｂから生成された指向性の弱い超音波ビームにより得られた画像データは、二値化回路２０により二値化処理を施されて穿刺針２が有るか無いかが判断される。
【００８６】
具体的には、穿刺針２は、通常、画素値の大きな画像データで表現される場合が多く、最終的にモニタ１２に出力される超音波画像上でもハイエコーで表現される。そのため、画像データの画素超音波をもとにスレショールド調整回路２３からのスレショールドデータをしきい値にして二値化処理を施すことにより、超音波画像のどの部分に穿刺針２が存在するか判断することができる。
【００８７】
次に、二値化回路２０で二値化処理が施された画像データは、マスク回路２１により穿刺針２以外の部分に対しマスク処理が施され、穿刺針２以外の部分のデータは「０」に変換される。このとき、穿刺針２が写っている部分と、穿刺針２以外の部分との区別は、二値化処理された画像データ上で、ある程度塊状に写っている部分を穿刺針２とし、そうでない部分を穿刺針２以外の部分として認識するものとする。
【００８８】
その結果、画像データ上で穿刺針２以外の部分の画素値が「０」に置きかえられるため、図１５に表示されているようなノイズが画像データ上から自動的に除去される。
【００８９】
そして、マスク回路２１から出力された画像データ、すなわち、音響レンズ３を設けない超音波振動子４ｂから生成された指向性の弱い超音波ビームにより得られた画像データが、バッファメモリβに記憶される。
【００９０】
その結果、バッファメモリαには、超音波振動子４ａから放射された指向性の強い鋭い超音波ビームにより得られた画像データが半周分だけ記憶され、又、バッファメモリβには、超音波振動子４ｂから放射された指向性の弱い超音波ビームにより得られた画像データが二値化処理、マスク処理を施された後、半周分だけ記憶されることになる。尚、バッファメモリα、β内の画像データは、生体の同一の部位についての画像データである。
【００９１】
更に、コントローラ２２は、３６０°回転する度にバッファメモリα、βと加算回路１５とへ読み出し制御信号を出力する。このため、３６０°回転する度に、加算回路１５は、バッファメモリα、βからの画像データを読み出し、図１６に示すような穿刺針２と背景画像とが加算された画像データに加工し、その加算した画像データを表示回路１９へ出力する。表示回路１９では、入力された画像データをアナログのテレビ信号に変換してモニタ１２へ出力する。
【００９２】
このように、超音波振動子４ａ，４ｂを配設し、一方の超音波振動子４ａには音響レンズ３を設け、他方の超音波振動子４ｂには音響レンズを設けず、この両超音波振動子４ａ，４ｂから前方へ交互にセクタ走査を行うようにしたので、モニタ１２に表示される超音波画像上では、穿刺針２以外の部分を音響レンズ３を設けた超音波振動子４ａにより、分解能の高い超音波画像で診断することができる。又、穿刺針２の部分には、音響レンズ３を設けていない超音波振動子４ｂにより、事実上、走査面を「厚く」することで、穿刺針２が曲がっても超音波画像上に描出し、穿刺針２の位置の確認が容易にできる。
【００９３】
すなわち、１８０°反対向きに設けられた、超音波ビーム形状の異なる２つの超音波振動子４ａ，４ｂにより、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得するメカニカル走査型超音波プローブと、生体内の注目組織へ穿刺する穿刺針２と、超音波振動子４を任意に選択するスイッチＣ，Ｄと、一方の超音波振動子４ａからのエコーデータより画像データを構築する送受信回路１１、信号処理回路１３と、他方の超音波振動子４ｂからのエコーデータより穿刺針２のみの画像データを構築する送受信回路１１、信号処理回路１３、二値化回路２０、マスク回路２１と、画像データと穿刺針２のみの画像データとを加算して合成する加算回路１５とを設けたので、超音波ガイド下穿刺を行う際の、穿刺針２の視認性を、画像の分解能を犠牲にすることなく、又回路規模を大きくすることなく、向上させることができる。
【００９４】
又、スレショールド調整回路２３を設け、二値化回路２０における二値化処理のしきい値としてスレショールドデータを、入力制御回路１７を経由した入力部１８からの指令により値を変更できるよう構成したので、穿刺針２の描出を良好な状態にコントロールすることができる。
【００９５】
更に、二値化回路２０、マスク回路２１を設け、穿刺針２のみの画像データを抽出するよう構成したので、この二値化回路２０、マスク回路２１、若しくは加算回路１５において、穿刺針２のみの画像データを、背景画像とは色相、階調やその他の彩度を異ならせる等の方法で、超音波画像上における穿刺針２の視認性をより向上させることができる。
【００９６】
尚、本実施の形態では、メカニカル走査型超音波プローブの先端１に１８０°反対向きに設けられた２つの超音波振動子４ａ，４ｂを設け、一方を音響レンズ３を設けた超音波振動子４ａとし、他方を音響レンズを設けていない超音波振動子４ｂとしたが、超音波ビーム形状が異なっていて、穿刺針２のみの画像データを得る際にはビーム幅が広く、それ以外の画像データを得る際にはビーム幅が狭い超音波ビームを用いれば、本願の第２の目的は達せられる訳であるから、音響レンズ３の曲率が走査面を厚くするような方向（いわゆるスライス方向）で異なる２つの超音波振動子４ａ，４ｂを設けた構成にしても良い。
【００９７】
又、本実施の形態では、２つの超音波振動子４ａ，４ｂを設けたが、３つ以上の超音波振動子を設けても良い。
【００９８】
更に、本実施の形態では、穿刺針２のみの画像データを抽出して、穿刺針２の視認性を向上させたが、図４に示すような画像処理回路１４、穿刺経路データ生成回路１６、スイッチＡ，Ｂを付加して、注目組織の視認性を向上させたり、穿刺のガイドとさせたりしても良い。
【００９９】
このようにすることで超音波ガイド下穿刺を行う際の穿刺針２の視認性を画像の分解能を犠牲にすることなく、又回路規模を大きくすることなく、向上させることができるだけでなく、同時に、注目組織の視認性を向上させることができ、より簡単かつ安全に穿刺を行うことができる。
【０１００】
又、図１７〜図２０に、本実施の形態の変形例を示す。ここで、図１７は体腔内へ挿入する超音波プローブの挿入側先端の概略図、図１８は超音波診断装置の全体構成を示す説明図、図１９は治療用ビーム経路データの説明図、図２０は解析データと治療用ビーム経路データと背景画像とが加算された画像データの説明図である。
【０１０１】
図１７に示すように、本変形例による超音波プローブの挿入側先端１には、図１、図２に示す構成に加えて、表面に音響レンズ３ａを設けた治療用超音波振動子４ｃが設けられている。この治療用超音波振動子４ｃの向きは走査面に対して常に固定されている。
【０１０２】
図１８に示すように、本変形例による超音波診断装置では、図４に示す超音波診断装置に加え、出力が大きく腫瘍等の注目組織を焼灼することができる治療用超音波振動子４ｃ、治療用超音波振動子４ｃを電気的に駆動する治療用送信回路２４が設けられており、入力制御回路１７からの治療用送信制御信号に応答して、治療用の収束超音波ビームを出力するように設定されている。
【０１０３】
又、図４に示す穿刺経路データ生成回路１６に代えて、治療用ビーム経路データ生成回路２５が設けられている。
その他の構成は、図４に示す超音波診断装置と同一であるため説明を省略する。又、スイッチＡ，Ｂが同時に開いている場合の作用も、図４に示す超音波診断装置と同一であるため説明を省略する。
【０１０４】
以下においては、スイッチＡ，Ｂが同時に閉じている場合について説明する。
先ず、操作者が超音波による焼灼治療を始める前に入力部１８から焼灼のガイドを出力させるよう入力すると、入力制御回路１７からスイッチＡ，Ｂに対してスイッチを閉じる制御信号が出力され、両スイッチＡ，Ｂが連動して同時に閉じる。
【０１０５】
治療用ビーム経路データ生成回路２５は、治療用超音波ビームの経路について、画像データに重畳、表示すべき位置を計算し、図１９に示す治療用ビーム経路データを加算回路１５へ出力する。尚、同図においては、治療用ビームの中心軸での出力に比べ、およそ６ｄＢ（約半値）分だけ出力が落ちたところを、２本の曲線（治療用ビーム）として表示している。
【０１０６】
そして、画像処理回路１４で処理された解析データ、及び治療用ビーム経路データ生成回路２５で生成された治療用ビーム経路データが、スイッチＡ，Ｂを経由して加算回路１５へ出力される。
【０１０７】
加算回路１５では、画像処理回路１４から出力された解析データ（図６参照）と、治療用ビーム経路データ生成回路２５から出力された治療用ビーム経路データ（図１９参照）とを色相を変えて、信号処理回路１３から出力された画像データに加算し、解析結果と治療用ビーム経路とが、それぞれの背景画像とは異なる色相で示された画像データに加工されて表示回路１９へ出力する。表示回路１９では、入力された画像データをアナログのテレビ信号に変換してモニタ１２へ出力し、表示させる。
【０１０８】
操作者は、モニタ１２に表示された画像により、注目組織と治療用ビーム経路とを確認した後、入力部１８を介して入力制御回路１７に対して治療用ビームを出力させるよう指令すると、入力制御回路１７から治療用送信制御信号が治療用送信回路２４へ出力される。
【０１０９】
治療用送信回路２４は、治療用送信制御信号を受けて、治療用超音波振動子４ｃに対して高電圧パルスを印加し、出力の大きい治療用超音波を励起する。励起した治療用超音波は音響レンズ３を経由することにより、生体内で収束し、収束した範囲で組織を焼灼する。その他の作用は、図４に示す超音波診断装置と同一であるため説明を省略する。
【０１１０】
このように、本変形例では、体腔内に超音波を送受波し、エコーデータを取得する超音波プローブと、エコーデータより画像データを構築する送受信回路１１、信号処理回路１３と、生体内の注目組織を焼灼して治療する治療用超音波振動子４ｃ、治療用送信回路２４と、生体の組織性状を反映した画像データ上のエコーパターンを処理し、超音波画像上に表現された注目組織を、注目組織の色相若しくは階調を変化させることで強調する画像処理回路１４とを設け、治療のガイドとしたので、超音波ガイド下治療を行う際の、注目組織の視認性を向上させることができる。
【０１１１】
又、本変形例では、画像処理回路１４の他に、治療用ビームの経路を超音波画像上に表示する治療用ビーム経路データ生成回路２５を設け、注目組織の強調と、治療用ビーム経路の表示とを同時に行うことで治療のガイドとしたので、操作者は治療用ビーム経路と強調された注目組織とが交わっていることを確認することで、より安全に焼灼治療を行うことができる。
【０１１２】
尚、本変形例では、治療手段として、超音波を利用して焼灼する超音波振動子４ｃと治療用送信回路２４とを用いたが、レーザーを利用して焼灼するレーザー素子等、大出力の治療用ビームを出力するその他の素子で構成しても良い。
【０１１３】
［付記］
以上説明したように、本実施の形態によれば以下のような構成を得ることができる。
【０１１４】
＜付記項１＞
生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する超音波プローブと、
該エコーデータより画像データを構築する構築手段と、
生体内の注目組織に処置を行う処置手段と、
を設けた超音波診断装置において、
該生体の組織性状により該超音波画像上に表現された該注目組織を強調するガイド手段を設け、
該処置のガイドとしたこと、
を特徴とする超音波診断装置。
付記項１記載の構成によれば、超音波プローブは、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する。構築手段は、エコーデータより画像データを構築する。
【０１１５】
処置手段は、生体内の注目組織に処置を行う。ガイド手段は、生体に組織性状により超音波画像上に表現された注目組織を強調する。
【０１１６】
＜付記項２＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記処置手段が、生体内の注目組織へ穿刺する穿刺針であること、
を特徴とする。
付記項２記載の構成によれば、穿刺針は、生体内の注目組織へ穿刺する。
【０１１７】
＜付記項３＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記処置手段が、治療用ビームを出力して該出力内の注目組織を治療する治療手段であること、
を特徴とする。
付記項３記載の構成によれば、治療手段は、治療用ビームを出力して生体内の注目組織を治療する。
【０１１８】
＜付記項４＞
付記項３記載の超音波診断装置であって、
前記治療手段が超音波を利用した焼灼手段であること、
を特徴とする。
付記項４記載の構成によれば、焼灼手段は超音波を利用して生体内の注目組織を治療する。
【０１１９】
＜付記項５＞
付記項３記載の超音波診断装置であって、
前記治療手段がレーザーを利用した焼灼手段であること、
を特徴とする。
付記項５記載の構成によれば、焼灼手段はレーザーを利用して生体内の注目組織を治療する。
【０１２０】
＜付記項６＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記ガイド手段の他に、前記処置手段が処置する経路を該超音波画像上に表示する第２のガイド手段を設け、該注目組織の強調と、該経路の表示とを同時に行うことで該処置のガイドとしたこと、
を特徴とする。
付記項６記載の構成によれば、第２のガイド手段は、処置手段が処置する経路を超音波画像上に表示し、注目組織の強調と、経路の表示とを同時に行うことで処置のガイドとする。
【０１２１】
＜付記項７＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記ガイド手段が生体の組織性状を反映した該超音波画像上のエコーパターンをテクスチャー解析することにより、該注目組織を強調すること、
を特徴とする。
付記項７記載の構成によれば、ガイド手段は、生体の組織性状を反映した超音波画像上のエコーパターンをテクスチャー解析することにより、注目組織を強調する。
【０１２２】
＜付記項８＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記ガイド手段が注目組織の色相若しくは階調を変化させることで、該注目組織を強調すること、
を特徴とする。
付記項８記載の構成によれば、ガイド手段は、注目組織の色相若しくは階調を変化させることで、注目組織を強調する。
【０１２３】
＜付記項９＞
付記項１記載の超音波診断装置であって、
前記超音波プローブが生体の体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブであること、
を特徴とする。
付記項９記載の構成によれば、筒状の超音波プローブは、生体の体腔内へ挿入され、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する。
【０１２４】
＜付記項１０＞
先端に角度を違えて設けられた超音波ビーム形状の異なる複数の超音波振動子により、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得するメカニカル走査型超音波プローブと、
該生体内の注目組織へ穿刺する穿刺針と、
前記超音波振動子を任意に選択する選択スイッチと、
前記複数の超音波振動子のうち、一つの超音波振動子からのエコーデータより画像データを構築する構築手段と、
前記一つの超音波振動子を除いた、残りの超音波振動子のうち、一つの超音波振動子からのエコーデータより穿刺針のみの画像データを構築する穿刺針画像データ構築手段と、
該画像データと該穿刺針のみの画像データとを合成する合成手段と、
を設けたことを特徴とする。
付記項１０記載の構成によれば、メカニカル走査超音波プローブは、先端に角度を違えて設けられた超音波ビーム形状の異なる複数の超音波振動子により、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する。穿刺針は、生体内の注目組織へ穿刺する。選択スイッチは、超音波振動子を任意に選択する。構築手段は、複数の超音波振動子のうち、一つの超音波振動子からのエコーデータより画像データを構築する。穿刺針画像データ構築手段は、残りの超音波振動子のうち、一つの超音波振動子からのエコーデータより穿刺針のみの画像データを構築する。
【０１２５】
合成手段は、画像データと穿刺針のみの画像データとを合成する。
【０１２６】
＜付記項１１＞
付記項１０記載の超音波診断装置であって、
前記複数の超音波振動子が、１８０°反対向きに設けられた２つの超音波振動子であること、
を特徴とする。
付記項１１記載の構成によれば、メカニカル走査型超音波プローブは、１８０°反対向きに設けられた超音波ビーム形状の異なる２つの超音波振動子により、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する。
【０１２７】
＜付記項１２＞
付記項１０記載の超音波診断装置であって、
前記合成手段が該画像データと該穿刺針のみの画像データとを加算して合成すること、
を特徴とする。
付記項１２記載の構成によれば、合成手段は、画像データと穿刺針のみの画像データとを加算して合成する。
【０１２８】
＜付記項１３＞
付記項１０記載の超音波診断装置であって、
前記穿刺針画像データ生成手段が、前記超音波振動子からのデータを二値化する二値化手段を設けたこと、
を特徴とする。
付記項１３記載の構成によれば、二値化手段は、超音波振動子からのデータを二値化する。
【０１２９】
＜付記項１４＞
付記項１０記載の超音波診断装置であって、
前記穿刺針画像データ生成手段が、前記超音波振動子からのデータのうち、穿刺針以外の部分をマスクするマスク手段を設けたこと、
を特徴とする。
付記項１４記載の構成によれば、マスク手段は、超音波振動子からのデータのうち、穿刺針以外の部分をマスクする。
【０１３０】
＜付記項１５＞
付記項１０記載の超音波診断装置であって、
前記メカニカル走査型超音波プローブが生体の体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブであること、
を特徴とする。
付記項１５記載の構成によれば、筒状のメカニカル走査型超音波プローブは、生体の体腔内へ挿入され、生体に超音波を送受波し、エコーデータを取得する。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、観察対照に超音波を送受波して得られたエコーデータより超音波画像データを生成し、この超音波画像データの中の注目組織を認識して強調するための解析データを取得し、この解析データを超音波画像データに合成して、処置手段で処置を施す際のガイド手段としたので、超音波ガイド下治療、超音波ガイド下穿刺等の処置を行う際の注目組織の視認性が向上する。
【０１３２】
又、この場合、処置手段で処置を施す経路データを生成し、この経路データを、解析データと超音波画像データとに合成して表示させることで、超音波ガイド下穿刺を行う際の穿刺針等の処置手段の視認性を、画像の分解能を犠牲にすることなく、向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブの挿入側先端の概略図
【図２】超音波プローブ内部の機構を示す説明図
【図３】音響レンズを設けた場合と音響レンズが設けられていない場合の超音波ビームの指向性の違いを示す説明図
【図４】超音波診断装置の全体構成を示す説明図
【図５】画像処理ルーチンを示すフローチャート
【図６】各判別窓に色を割り当てる状態を示す画像データの説明図
【図７】悪性度を反映した解析データの説明図
【図８】穿刺経路データの説明図
【図９】解析データと穿刺経路データとが背景画像に加算された画像データの説明図
【図１０】変形例を示す図６相当の説明図
【図１１】他の変形例を示す説明図
【図１２】体腔内へ挿入する筒状の超音波プローブの挿入側先端の概略図
【図１３】超音波プローブ内部の機構を示す説明図
【図１４】超音波診断装置の全体構成を示す説明図
【図１５】二値化処理後の画像データの説明図
【図１６】穿刺針が背景画像に加算された画像データの説明図
【図１７】体腔内へ挿入する超音波プローブの挿入側先端の概略図
【図１８】超音波診断装置の全体構成を示す説明図
【図１９】治療用ビーム経路データの説明図
【図２０】解析データと治療用ビーム経路データと背景画像とが加算された画像データの説明図
【符号の説明】
２ 穿刺針（処置手段）
１２ モニタ（表示手段）
１３ 信号処理回路
１４ 画像処理回路（解析手段）
１５ 加算回路（合成手段）
１６ 穿刺経路データ生成回路（処置経路データ生成手段）
２５ 治療用ビーム経路データ生成回路（処置経路データ生成手段）

Claims (2)

1. 観察対象の組織に超音波を送受波して得られたエコーデータより超音波画像データを生成する信号処理手段と、
   前記観察対象の組織に処置を施す処置手段と、
   前記信号処理手段により得られた超音波画像データの中の注目組織を認識して、強調するための解析データを得る解析手段と、
   前記処置手段の進行方向を示す経路データを生成する処置経路データ生成手段と、
   前記処置手段で処置を施す際のガイド手段とするために前記解析データと前記経路データとを互いに異なる色相若しくは階調で前記超音波画像データに合成させる合成手段と、
   前記合成手段により合成されたデータを画像として表示するための表示手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記処置手段が前記注目組織に穿刺する穿刺針であり、
   前記穿刺針を画像処理する画像処理手段を有し、
   前記合成手段は画像処理した前記穿刺針を前記経路データと異なる色相若しくは階調で表示する
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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