JP4309702B2

JP4309702B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

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Publication number: JP4309702B2
Application number: JP2003157045A
Authority: JP
Inventors: 健治岸
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004357790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、詳しくは呼吸等の影響を押えて正確な３次元画像を得ることの出来る超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、生体に超音波を照射し、その反射波を受信して超音波断層像を得て、診断や生検等を行う超音波診断装置が知られている。また、近年では、より高精度な診断等を行うために、被検体の２次元的な超音波断層像を用いて３次元データを生成し、この３次元データと位置情報に基づき３次元画像を構築可能とする超音波診断装置も提案されている。
【０００３】
この種の超音波診断装置としては、本件出願人によって提案がなされた例えば特開平１０−２４８８５２号公報に記載の超音波画像診断装置や、特開２００２−３４５７２５号公報に記載の内視鏡システムがある。
【０００４】
前者の特開平１０−２４８８５２号公報に記載の超音波画像診断装置では、挿入部先端に超音波振動子を設けた超音波内視鏡先端に送信もしくは受信コイルを設け、位置算出手段により先端の位置を算出することで、３次元データを得るための技術が開示されており、画質の良好な超音波画像を取得してその超音波画像から３次元データを構成でき、その他の目的に使用する際も操作性の良く検査を行うことができる目的を達成しようとしている。
【０００５】
また、後者の特開２００２−３４５７２５号公報の記載の内視鏡システムでは、マーカーコイルを患者の体表面に設置し、プローブ先端側に配されたソースコイルとの位置関係から呼吸による移動量を検出し、この検出結果に基づき呼吸によるプローブ先端の位置補正を行い、３次元画像を生成する技術が開示されており、人体に悪影響を与えることなしに、且つ呼吸による肺全体の変動に影響されず、気管支鏡の先端と観察対象部位との位置関係を正確にリアルタイムで表示できる目的を達成しようとしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２４８８５２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−３４５７２５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、体腔内では臓器に対してプローブの位置が一定であっても、呼吸や拍動の影響で相対的に臓器が動いてしまう現象が生じることがある。
【０００９】
例えば腹部の臓器は患者の呼吸による横隔膜の移動により臓器が呼吸に同期して動いてしまう。一方、位置検出をしているアンテナは固定されているため、プローブを臓器や管腔に沿って動かし複数の２次元像を取得し、それを位置情報に基づいて３次元像に構築した場合画像が歪んでしまうといった問題が生じることになる。
【００１０】
しかしながら、前記特開平１０−２４８８５２号公報に記載の超音波画像診断装置では、上記問題を解決するための技術については開示されてはおらず、また、前記特開２００２−３４５７２５号後方に記載の内視鏡システムでは、マーカーコイルを用いて位置の補正を行なって３次元画像を構築してはいるものの、腹部の臓器に対して診断を行う場合、腹部にはマーカーを固定できるような骨等がないので結果として補正が行えず、上記問題を解決するには至っていないのが現状である。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で呼吸等の影響を抑えて正確な３次元画像を得ることのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明の超音波診断装置は、超音波振動子を移動しながら超音波エコー信号を取得して超音波画像を構築する超音波診断装置において、前記超音波振動子の位置を連続的に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された位置データに前記超音波エコー信号を関連付ける関連付け手段と、前記検出手段により得られた前記超音波振動子の位置データの不要成分を除去して補正する補正手段と、前記補正手段により補正された位置データを基に前記超音波エコー信号より超音波画像を構築する超音波画像構築手段と、を備え、前記補正手段は、前記位置データをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向成分に分解し、分解された各位置データの各々に対して独立に多項式近似を行うことで、前記補正を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明の超音波診断装置は、超音波振動子を移動しながら超音波エコー信号を取得して超音波画像を構築する超音波診断装置において、前記超音波振動子の位置を連続的に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された位置データに前記超音波エコー信号を関連付ける関連付け手段と、前記検出手段により得られた前記超音波振動子の位置データの不要成分を除去して補正する補正手段と、前記補正手段により補正された位置データを基に前記超音波エコー信号より超音波画像を構築する超音波画像構築手段と、
を備え、前記補正手段は、前記位置データをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向成分に分解し、分解された各位置データの各々に対して独立に曲線で近似することで、前記補正を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明の超音波診断装置は、請求項１又は請求項２に記載の超音波診断装置において、前記多項式又は前記曲線が次数ｎのべき級数であり、前記次数ｎを入力する入力手段を設け、前記入力手段によって前記次数ｎを任意の値に設定することを特徴とするものである。
【００１６】
この構成により、簡単な構成で呼吸等の影響を抑えて正確な３次元画像を得ることのできる超音波診断装置を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
第１の実施の形態：
（構成）
図１は本発明に係る超音波診断装置の第１の実施の形態を示し、該装置全体のシステム構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施の形態の超音波診断装置１は、図１に示すようにシステムとして構成されたもので、具体的には超音波内視鏡２と、該超音波内視鏡２と電気的に接続される超音波観測部１Ａと、前記超音波内視鏡２に対して所定の位置に配される位置検出部３と、前記超音波観測部１Ａにより生成された超音波断層像等を表示するモニタ４と、使用者により各種設定や入力操作を行うためのキーボード５，マウス６とを含んで構成されている。
【００２０】
超音波内視鏡２は、例えばメカニカルラジアル走査型の超音波内視鏡であり、被検体体腔内への可捲性のある材質で構成された挿入部２Ａと、挿入部２Ａ先端に配された超音波振動子２０（図２参照）を駆動するモータ２ｂを備えた駆動部２Ｂとを設けて構成されている。
【００２１】
超音波振動子２０により得られた超音波信号は、駆動部２Ｂを介して超音波観察部１Ａに供給される。また駆動部２Ｂは、前記超音波観察部１Ａ内の後述する制御手段としてのコントローラ１４によってその駆動が制御されるようになっている。
【００２２】
次に、前記超音波内視鏡２の挿入部２Ａ先端部の構成について図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図２は図１の超音波内視鏡先端部の詳細な構成を示す構成図で、図３は図２の超音波内視鏡の挿入方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に対応した位置データを表した図である。
【００２４】
図２に示すように、超音波内視鏡２の挿入部２Ａ先端部には、音響的に半透明な先端キャップ２１が設けられている。
【００２５】
先端キャップ２１の内部には超音波振動子２０が設けられており、先端キャップ２１内にはいわゆる音響媒体（図示せず）が充填されている。
【００２６】
超音波振動子２０は、挿入部２Ａと同様に可撓性のある材質で作られたフレキシブルシャフト２Ｃに接続されている。
【００２７】
フレキシブルシャフト２Ｃの基端部は、図１に示す駆動部２Ｂ内のモータ２ｂに機械的に接続されている。
【００２８】
超音波振動子２０は、前記フレキシブルシャフト２Ｃ内の信号線（図示せず）を介して駆動部２Ｂ経由で超音波観測部１Ａ内の画像構築回路７（後述）と電気的に接続している。
【００２９】
また、挿入部２Ａ先端には、空間に磁場を張る送信コイル２ａが設けられており、この送信コイル２ａは、信号線を介して位置検出部３内のコイル駆動回路３ａ（後述）と接続している。
【００３０】
この送信コイル２ａは、図２中の拡大図に示すように、該超音波内視鏡２の体腔内の挿入方向をＺ方向、このＺ方向に対し略垂直な方向をＹ方向とすると、これら直交する２方向（図３に示すＹ方向、Ｚ方向）を軸（Ｚ軸，Ｙ軸）として巻き線が巻回されて構成されており、この場合、Ｙ軸は、該超音波内視鏡２の挿入方向であるｚ軸に垂直で、ラジアル走査平面Ｒ１（後述）に平行な方向となっている。
【００３１】
上記超音波内視鏡２と電気的に接続される超音波観測部１Ａは、図１に示すように、画像構築回路７，画像処理回路８，表示回路９，３次元データ記憶部１０，通信回路１１，外部入力制御回路１２，バス１３，コントローラ１４及び画像メモリ１５を含んで構成されている。
【００３２】
画像構築回路７は、超音波振動子２０にパルス電圧状の励起信号を出力するとともに、超音波振動子２０からのエコー信号に各種の受信信号処理を施して超音波の画像データを構築し、バス１３及び画像メモリ１５に供給する。
【００３３】
画像メモリ１５は、複数枚の画像データを記憶するメモリであり、コントロール１３によってその記憶、読み出し制御がなされるようになっている。
【００３４】
画像処理回路８は、供給された画像データに各種の画像処理を施し、表示回路９及びバス１３に供給する。
【００３５】
表示回路９は、前記モニタと電気的に接続されており、供給された画像データにＤ／Ａ変換処理を施しアナログビデオ信号に変換して前記モニタ４に表示させる。
【００３６】
３次元データ記憶部１０は、ハードディスクや大容量のメモリで構成されたもので、バス１３を介して供給された３次元データを記憶し、この３次元データの記憶、及び読み出しはコントローラ１４によって制御されるようになっている。
【００３７】
通信回路１１は、前記位置検出部３との間で通信を行い位置方向データを受信しバス１３を介してコントローラ１４に供給する。
【００３８】
外部入力制御回路１２は、該外部入力制御回路１２と電気的に接続されるキーボード５やマウス６からの操作入力に基づく入力情報をバス１３を介してコントローラ１４に供給する。
【００３９】
さらに、超音波観測部１Ａにおいては、上述したこれらの各回路、各部に制御命令やデータの授受をするためのバス１３が各回路群に接続されており、このバス１３を経由して各回路に制御命令を出すコントローラ１４が設けられている。このコントローラ１４は、該超音波診断装置全体の各種制御を行う制御手段である。
【００４０】
一方、位置検出部３は、送信コイル２ａにコイル励振信号を出力するコイル駆動回路３ａと、所定の配置方法で特定の位置に固定され、送信コイル２ａが張る磁場を逐次検知して電気的な受信信号を出力する複数の受信コイル（以下、受信コイル群と称す）３ｃと、該受信コイル群３ｃが出力する受信信号から位置方向データを出力する位置算出回路３ｂと、含んで構成されている。
【００４１】
このような構成の位置検出部３では、前記位置算出回路３ｂにより算出された位置方向データが、前記超音波観測部１Ａ側に送信され、該超音波観測部1Ａ内の通信回路１１により受信された後、コントローラ１４に供給されるようになっている。
【００４２】
（作用）
次に、本実施の形態の超音波診断装置の作用について図１乃至図４を参照しながら詳細に説明する。なお、図１中に示す太破線は画像データの流れ、細破線は位置方向データの流れ、実線はその他の信号／データの流れをそれぞれ示している。
【００４３】
先ず、ラジアル断層像を構築する作用について説明する。
【００４４】
本実施の形態の超音波診断装置１において、超音波振動子２０は、超音波観測部１Ａ内の画像構築回路７からのパルス電圧状の励起信号を受け取って媒体の疎密波である超音波のビームに変換する（図２参照）。
【００４５】
超音波ビームは、音響媒体と先端ギャップ２１とを伝わり超音波内視鏡２外部へと照射され、被検体内からの反射エコーが超音波ビームとは逆の経路を辿って超音波振動子２０へ戻る。
【００４６】
そして、超音波振動子２０は反射エコーを電気的なエコー信号に変換して励起信号とは逆の経路で画像構築回路７に供給する。
【００４７】
さらに、この作用を反復的に繰り返す一方で、駆動部２Ｂ内のモータ２ｂが回転することによりフレキシブルシャフト２Ｃと超音波振動子２０がそれぞれ図２中に示す矢印Ａの方向へ回転する。
【００４８】
このため、図２に示すように、超音波ビームが、超音波内視鏡２の挿入部２Ａに垂直な平面（以下、ラジアル走査平面と称す）Ｒ１内を順次放射状に照射され、いわゆるメカニカルラジアル走査（以下、単にラジアル走査と称す）が実行されることになる。
【００４９】
その後、画像構築回路７は、超音波振動子２０からのエコー信号に包絡線検波・対数増幅・Ａ／Ｄ変換・スキャンコンバート（ラジアルスキャンで生成された極座標系のデータを直交座標系の画像データに変換する処理）等の公知の処理を施して超音波の画像データ（以下、ラジアル断層像）を構築する。そして、画像構築回路７は、構築したラジアル断層像をバス１３を介して画像メモリ１５に出力し、画像メモリ１５はコントローラ１４の制御によりこれを記憶する。
【００５０】
次に、位置方向信号／位置方向データに関わる作用について説明する。
【００５１】
図１に示す超音波診断装置１が起動すると、位置検出部３のコイル駆動回路３ａは、動作を起動し、送信コイル２ａにコイル励振信号を逐次出力する。
【００５２】
すると、送信コイル２ａは、図１に示すように空間に磁場を張る。そして、受信コイル群３ｃは、この磁場を逐次検知して位置算出回路３ｂに電気的な受信信号を出力する。
【００５３】
これを受け位置算出回路３ｂは、受信信号を基に位置方向データを算出し、算出した位置方向データを、超音波観察部１Ａ内の通信回路１１ヘ出力する。
【００５４】
なお、この位置方向データは、送信コイル２ａの受信コイル群３ｃに対する位置と方向とを含んだデータとする。具体的には、位置方向データは、送信コイル２ａの位置だけでなく、超音波内視鏡２の挿入方向（図２に示すＺ方向（Ｚ軸方向））と、ラジアル走査平面Ｒ１に平行な特定の方向（図２に示すＹ方向（Ｙ軸方向））とを含んでいるものとする。例えば、図２に示すＹ軸がラジアル走査平面Ｒ１の１２時方向（モニタ４に表示されたときの上方向）になるよう送信コイル２ａを取り付けると、位置方向データはラジアル断層像の法線方向（図２に示すＺ軸方向）と１２時方向（図２に示すＹ軸方向）とを含むことになる。
【００５５】
通信回路１１は、受信した位置方向データをバス１３に出力する。バス１３に出力された位置方向データは、コントローラ１４の制御により、バス１３を介して画像メモリ１５に出力され記憶される。このとき、コントローラ１４は、ラジアル断層像の画像データと位置方向データとを同期、関連づけて前記画像メモリ１５に記憶させるように制御する。
【００５６】
次に、本実施の形態の特徴となる３次元画像の生成する作用について図３乃至図６を参照しながら詳細に説明する。
【００５７】
図３乃至図６は本実施の形態の特徴となる作用を説明するためのもので、図３は図２の超音波内視鏡の挿入方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に対応した位置データを表した図で、図３（ａ）は呼吸性移動のキャンセルをしないときの位置データを示し、図３（ｂ）は本実施の形態における補正処理を施した位置データを示している。また、図４（ａ）は図３（ａ）に示す位置データであるときの３次元画像を示す画面表示図であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）に示す位置データであるときの３次元画像を示す画面表示図をそれぞれ示している。さらに、図６は本実施の形態の特徴となるコントローラによる制御動作例を示すフローチャートである。
【００５８】
いま、図１に示す超音波診断装置１を用いて診断を行うものとする。
【００５９】
すると、図１に示す超音波内視鏡２でラジアルスキャンをしながら順次手引き走査により超音波内視鏡２自体を移動して、ラジアル画像を取得する。
【００６０】
このとき、超音波観察部１Ａのコントローラ１４は、前述したように位置方向データをそのときに取り込んだ画像と関連付けて同時に画像メモリ１５に記録させる。そして、コントローラ１４は、画像処理回路８７によって、この位置方向データを基に、画像メモリ１５からそれに対応して読み出された画像データに処理を施して３次元画像を得る。
【００６１】
この場合、位置検出部３の受信コイル群３ｃと臓器が一定の位置関係にある場合はきれいな３次元画像が得られることになる。しかし、実際には、臓器が患者の呼吸により横隔膜等が動いたり、心臓の拍動により手引きで走査している動きだけでなく、呼吸性の移動や心拍性の移動による動きにより波打った画像になってしまう。
【００６２】
図３（ａ）及び図４（ａ）はこのときの様子が示されている。つまり、図３（ａ）は図中上から超音波内視鏡２のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向それぞれの位置検出に対応した位置データをグラフ化したものである。
【００６３】
つまり、図３（ａ）において、通常管腔状の臓器の中を一定方向で走査した場合、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の位置データ値はなめらかな曲線を描く。これは超音波内視鏡２が体内の管腔状の臓器を走査し、且つ走査範囲が数センチから数１０センチに限られているためにその走査範囲はきわめてなだらかな位置移動になる。しかし、ここで呼吸性の移動が加わると、図３（ａ）のＸ軸，Ｙ軸のように一定周期での波打った動きが記録されてしまう。そして、この位置データに基づく３次元画像を構築し表示した場合には、図４（ａ）に示すようにモニタ４には歪んだ３次元画像５０が表示されることになる。
【００６４】
そこで、本実施の形態では、コントローラ１４によってこれを補正する補正処理制御を行う。具体的には、上述した呼吸性移動をキャンセルするための図６に示す処理ルーチンを実行する。
【００６５】
すなわち、コントローラ１４は、ステップＳ１０１の処理にて、３次元画像を構成するために必要なデータ範囲、つまり、取り込んだデータに対し３次元表示したい領域を、使用者からのキーボード５，あるいはマウス６による操作に基づき設定する。
【００６６】
そして、コントローラ１４は、続くステップＳ１０２の処理にて、画像メモリ１５から対応する位置データを読み出し、画像処理回路８に供給して補正処理を行わせる。
【００６７】
一般的に、走査開始直後や走査終了間際は不要なデータがあることが多い。したがって、この不要な部分を取り除くことにより、後述する多項式近似等、曲線で近似した場合に有効データ前後の不要なデータによる影響を少なくする目的がある。
【００６８】
すなわち、本実施の形態において、コントローラ１４は、続くステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理で、この必要な部分に限定されたデータ範囲におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸各方向において曲線近似によるデータの平滑化処理を行なうように画像処理回路８を制御する。つまり、ステップＳ１０３の処理にてＸ軸の位置データ（位置情報）に対し曲線近似によるデータの平滑化処理を行い、その後、ステップＳ１０４の処理にてＹ軸の位置データ（位置情報）に対し曲線近似によるデータの平滑化処理を行い、その後、ステップＳ１０５の処理にてＺ軸の位置データ（位置情報）に対し曲線近似によるデータの平滑化処理を行う。
【００６９】
下記に、前述した多項式近似の説明を行う。
【００７０】
本実施の形態では、曲線近似としてべき級数の多項式による近似を用いる。
【００７１】
図７はｘ軸方向の位置データを近似する際の説明図である。横軸は位置データが取られた時刻ｔ、位置ｘである。
【００７２】
まず、各測定時刻と位置データの各測定値を測定点Ｐ1 （ｔ1 ，ｘ1 ）、Ｐ2 （ｔ2 ，ｘ2 ）、Ｐ3 （ｔ3 ，ｘ3 ）…ＰN （ｔN ，ｘN ）として図７上にプロットする。
【００７３】
次に、近似すべき曲線として次式のｎ次多項式を与える。
【００７４】
【式１】

図７中にこの多項式で与えられる曲線が描かれている。
【００７５】
課題は、測定点の近くを通るような曲線ｘ＝ｆ（ｔ）（以下、回帰曲線と称す）を求めることだが、ここでは最小２乗法を用い、各測定点と回帰曲線との距離を縦方向に測ってその二乗和が最も小さくなるように求めることにする。二乗和Ｆは、ａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 …，ａn の関数となり、次式で与えられる。
【００７６】
【式２】

一般に、多項式の次数を有限のｎ（ｎは自然数）にした場合、Ｆを最小にするａ0 ，ａ1 ，ａ2 ，ａ3 …，ａn は次式で与えられる。なお、本実施の形態では多項式の最大関数ｎはキーボード５，もしくはマウス６を通じて、操作者が任意の値を入力することができるよう構成されている。
【００７７】
【式３】

【００７８】
【式４】

【００７９】
【式５】

【００８０】
【式６】

ステップＳ１０４でのｙ軸方向での多項式近似、ステップＳ１０５でのｚ軸方向での多項式近似は上述と同様である。
【００８１】
なお、本実施の形態では、多項式近似としてべき級数による近似を用いたが、この例によらず、他種の多項式で近似しても差し支えない。
【００８２】
この際の近似の次数は、あまり少ないと実際の手引き走査の動きからの誤差が大きくなってしまうし、多すぎると呼吸による動きをキャンセルする効果が少なくなってしまう。すなわち、多項式近似では次数を変化させることにより、近似曲線を自由に設定できるが、１次だと回帰曲線は単に直線となってしまい交流成分は全く無くなり、本来の超音波内視鏡２の移動成分も抑制されてしまう。一方、１０次では実際の検出された位置データに殆ど近い形になるが、細かい移動成分が除去できない。そのため、対象とする臓器の位置にもよるが５次程度の次数が望ましい。
【００８３】
その後、コントローラ１４は、続くステップＳ１０６の処理にて、上記ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理にて処理されたデータ（図３（ｂ）参照）を、再び対応する画像に関連付けられて画像メモリ１５に記録し、そして、そのデータを基に３次元画像を構成する。これにより、呼吸性移動の影響を少なくした３次元画像が得られ、モニタ４に表示した場合には、例えば図４（ｂ）に示すように歪みが生じていない良好な３次元画像１０Ａを表示させることができる。
なお、このように生成された３次元画像データは、コントローラ１４によって、３次元データ記憶部１０に記憶される。
【００８４】
なお、このように生成された３次元画像データは、コントローラ１４によって、３次元データ記憶部１０に記憶される。
【００８５】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、上記のように検出された位置データに対し多項式近似によるデータの平滑化処理等の補正処理を行い、この補正結果に基づき３次元画像を生成するようにしているので、簡単な構成で呼吸等の影響を抑えて正確な３次元画像を得ることが可能となる。
【００８６】
第２の実施の形態：
（構成）
図５は本発明に係る超音波診断装置の第２の実施の形態を示し、該装置全体のシステム構成を示すブロック図である。
【００８７】
本実施の形態では、図５に示すように、前記第１の実施の形態における通信回路１１とバス１３のと間に位置データ補正部１６を設け、この位置データ補正部１６によって、前記第１の実施の形態にて行った多項式近似によるデータの平滑化処理を行わずに、検出した位置データに対し周波性成分を持った呼吸性移動をキャンセルする補正処理を行うように構成したことが特徴である。
【００８８】
その他の構成については前記第１の実施の形態と同様である。
【００８９】
(作用）
次に、本実施の形態の超音波診断装置の作用について説明する。なお、本実施の形態の特徴となる位置データの補正処理のみを説明する。
【００９０】
本実施の形態においては、位置検出部３の位置算出回路３ｂより送られてきた位置データは、通信回路１１を経て位置データ補正部１６に入力される。
【００９１】
この位置データ補正部１６は、図示はしないがローパスフィルタ（ＬＰＦ）を備えて構成されており、手引きによる移動と呼吸性移動による変化量の差を利用し、該ローパスフィルタ（ＬＰＦ）に位置データを通すことで、不要成分のデータを除去し、すなわち、周波性成分を持った呼吸性移動をキャンセルする補正処理を行う。
【００９２】
これにより、前記第１の実施の形態と同様に、呼吸性移動の影響を少なくした３次元画像が得られ、モニタ４に表示した場合には、例えば図４（ｂ）に示すように歪みが生じていない良好な３次元画像１０Ａを表示させることができる。
【００９３】
なお、位置補正データ補正部１６の前記ＬＰＦは、一般的に公知の処理を用いる。また該ＬＰＦの周波数特性は、手引きの走査スピードと呼吸性移動の特性から十分余裕をもった設定にすることが必要である。
【００９４】
その他の作用については前記第１の実施の形態と同様である。
【００９５】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、多項式近似によるデータの平滑化処理を行わずに、位置データ補正部１６のＬＰＦによる位置データの補正処理を行った場合でも、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００９６】
第３の実施の形態：
（構成）
図８は本発明に係る超音波診断装置の第３の実施の形態を示し、前後の位置データを平均化処理することを示した図である。
【００９７】
本実施の形態では、図５に示した前記第２の実施の形態と同じ構成ではあるが、位置データ補正部の処理が異なることが特徴である。
【００９８】
（作用）
次に、本実施の形態の超音波診断装置の作用について説明する。なお、本実施の形態の特徴となる位置データの補正処理のみを説明する。
【００９９】
位置検出部３により送られてきた位置データは、通信回路１１を経て位置データ補正部１６に入力される。位置データは、外部のノイズや環境条件により様々なノイズ成分を含むことがある。例えばセンサを固定しても位置データは多少変動している。そこで、本実施の形態では、位置データ補正部１６は、この揺らぎを除去するための位置データの平均化処理を行う。図８は前後の位置データを平均化することを示している。
【０１００】
（効果）
したがって、本実施の形態によれば、位置データの平均化処理により、位置精度の揺らぎを除去する効果がある。その他の効果については前記第２の実施の形態と同様である。
【０１０１】
なお、本発明は、上記第１，第２，第３の実施の形態では、それぞれ効果が異なるので組み合わせて使用することにより、さらに高い効果が得ることも可能である。
【０１０２】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、体外式の超音波診断装置への適用、また本発明の範囲を逸脱しない範囲での応用や組み合わせも適用される。
【０１０３】
［付記］
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【０１０４】
（１）超音波振動子を備えた体腔内超音波プローブが出力する超音波エコー信号を基に体腔内超音波断層像を構築する画像処理手段を設けた超音波診断装置において、
前記体腔内超音波プローブの走査平面の被検体が持つ座標系に対する位置データを検出する検出手段と、
前記検出手段により得られた位置データのノイズ成分を補正する補正手段と、
を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
【０１０５】
（２）前記補正手段は、前記位置データを多項式近似による補正によりノイズ成分を補正することを特徴とする（１）に記載の超音波診断装置。
【０１０６】
（３）前記補正手段は、前記位置データをＬＰＦによりノイズ成分を補正することを特徴とする（１）に記載の超音波診断装置。
【０１０７】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によれば、簡単な構成で呼吸等の影響を抑えて正確な３次元画像を得ることのできる超音波診断装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の第１の実施の形態を示し、該装置全体のシステム構成を示すブロック図。
【図２】図１の超音波内視鏡先端部の詳細な構成を示す構成図。
【図３】図３は図２の超音波内視鏡の挿入方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に対応した位置データを表した図。
【図４】図３に示す位置データであるときの３次元画像を示す画面表示図。
【図５】本発明に係る超音波診断装置の第２の実施の形態を示し、該装置全体のシステム構成を示すブロック図。
【図６】第１の実施の形態の特徴となるコントローラによる制御動作例を示すフローチャート。
【図７】ｘ軸方向の位置データを近似する際の説明図。
【図８】本発明に係る超音波診断装置の第３の実施の形態を示し、位置データ補正部による位置データの平均化処理を説明するための説明図。
【符号の説明】
１…超音波診断装置、
１Ａ…超音波観察部、
２…超音波内視鏡、
２Ａ…挿入部、
２Ｂ…駆動部、
２Ｃ…フレキシブルシャフト、
２ａ…送信コイル、
２ｂ…モータ、
３…位置検出部、
３ａ…コイル駆動回路、
３ｂ…位置算出回路、
３ｃ…受信コイル群、
４…モニタ、
５…キーボード、
６…マウス、
７…画像構築回路、
８…画像処理回路、
９…表示回路、
１０…３次元データ記憶部、
１１…通信回路、
１２…外部入力制御回路、
１３…バス、
１４…コントローラ、
２０…超音波振動子、
２１…先端キャップ、
Ｒ１…ラジアル走査平面。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that can obtain an accurate three-dimensional image while suppressing the influence of respiration and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an ultrasonic diagnostic apparatus that irradiates a living body with ultrasonic waves, receives reflected waves to obtain ultrasonic tomographic images, and performs diagnosis, biopsy, and the like. In recent years, in order to perform more accurate diagnosis and the like, three-dimensional data is generated using a two-dimensional ultrasonic tomographic image of a subject, and a three-dimensional image is generated based on the three-dimensional data and position information. An ultrasonic diagnostic apparatus that can be constructed has also been proposed.
[0003]
As this type of ultrasonic diagnostic apparatus, for example, an ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-248852 or an endoscope system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-345725 proposed by the present applicant. There is.
[0004]
In the ultrasonic diagnostic imaging apparatus described in the former Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-248852, a transmission or reception coil is provided at the distal end of an ultrasonic endoscope in which an ultrasonic transducer is provided at the distal end of the insertion portion, and the distal end of the distal end is obtained by a position calculating means. A technique for obtaining three-dimensional data by calculating a position has been disclosed, and an ultrasonic image with good image quality can be acquired and three-dimensional data can be constructed from the ultrasonic image, and used for other purposes. At the same time, we are trying to achieve the purpose of performing inspections with good operability.
[0005]
In the latter endoscope system described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-345725, a marker coil is installed on the patient's body surface, and the amount of movement due to respiration is determined from the positional relationship with the source coil arranged on the probe tip side. A technique for detecting and correcting the position of the probe tip by breathing based on the detection result to generate a three-dimensional image has been disclosed, which is not affected by the human body and is affected by changes in the entire lung due to breathing. The goal is to display the positional relationship between the tip of the bronchoscope and the site to be observed accurately in real time.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-10-248852
[0007]
[Patent Document 2]
JP 2002-345725 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, even if the position of the probe with respect to the organ is constant in the body cavity, a phenomenon may occur in which the organ moves relatively due to the influence of respiration and pulsation.
[0009]
For example, an abdominal organ moves in synchronization with respiration due to movement of the diaphragm due to patient respiration. On the other hand, since the antenna that detects the position is fixed, the probe is moved along the organ or lumen to acquire a plurality of two-dimensional images, and the three-dimensional image is constructed based on the position information. This causes a problem such as distortion.
[0010]
However, in the ultrasonic diagnostic imaging apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-248852, a technique for solving the above problem is not disclosed, and the technique described in the back of the Japanese Patent Laid-Open No. 2002-345725 is disclosed. In the endoscope system, the position is corrected using a marker coil to construct a three-dimensional image. However, when making a diagnosis on an abdominal organ, there is a bone or the like that can fix the marker to the abdomen. As a result, the correction cannot be performed as a result, and the above problem has not been solved.
[0011]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining an accurate three-dimensional image with a simple configuration while suppressing the influence of respiration and the like.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1 is an ultrasonic diagnostic apparatus that constructs an ultrasonic image by acquiring an ultrasonic echo signal while moving an ultrasonic transducer. Detection means for continuously detecting the position of the ultrasonic transducer; association means for associating the ultrasonic echo signal with the position data detected by the detection means; and the ultrasonic transducer obtained by the detection means. Correction means for removing and correcting unnecessary components of position data; and ultrasonic image construction means for constructing an ultrasonic image from the ultrasonic echo signal based on the position data corrected by the correction means.The correction unit decomposes the position data into x-axis, y-axis, and z-axis direction components, and independently performs polynomial approximation on each of the decomposed position data, thereby performing the correction. To doIt is characterized by.
[0013]
An ultrasonic diagnostic apparatus according to a second aspect of the present invention provides:Ultrasonic image is constructed by acquiring ultrasonic echo signal while moving ultrasonic transducerIn ultrasonic diagnostic equipment,Detection means for continuously detecting the position of the ultrasonic vibrator, association means for associating the ultrasonic echo signal with position data detected by the detection means, and the ultrasonic vibrator obtained by the detection means Correction means for removing and correcting unnecessary components of the position data, ultrasonic image construction means for constructing an ultrasonic image from the ultrasonic echo signal based on the position data corrected by the correction means,
WithThe correction means is the position dataIs decomposed into each direction component of x-axis, y-axis, and z-axis, and each of the decomposed position dataAgainstThe above correction can be performed by approximating the curve independently.It is characterized by.
[0014]
  According to a third aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first aspect.1 or claim 2In the ultrasonic diagnostic apparatus described above,The polynomial or the curve is a power series of degree n, and input means for inputting the order n is provided, and the order n is set to an arbitrary value by the input means.It is characterized by that.
[0016]
With this configuration, it is possible to realize an ultrasonic diagnostic apparatus that can obtain an accurate three-dimensional image by suppressing the influence of respiration and the like with a simple configuration.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
First embodiment:
(Constitution)
FIG. 1 shows a first embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and is a block diagram showing a system configuration of the entire apparatus.
[0019]
The ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment is configured as a system as shown in FIG. 1, specifically, an ultrasonic endoscope 2 and an electrical connection with the ultrasonic endoscope 2. The ultrasonic observation unit 1A, the position detection unit 3 arranged at a predetermined position with respect to the ultrasonic endoscope 2, and the ultrasonic tomogram generated by the ultrasonic observation unit 1A are displayed. The monitor 4 includes a keyboard 5 and a mouse 6 for performing various settings and input operations by the user.
[0020]
The ultrasonic endoscope 2 is, for example, a mechanical radial scanning type ultrasonic endoscope, and is disposed at the distal end of the insertion portion 2A and an insertion portion 2A made of a flexible material into the body cavity of the subject. And a drive unit 2B having a motor 2b for driving the ultrasonic transducer 20 (see FIG. 2).
[0021]
The ultrasonic signal obtained by the ultrasonic transducer 20 is supplied to the ultrasonic observation unit 1A via the drive unit 2B. The drive of the drive unit 2B is controlled by a controller 14 as a control means to be described later in the ultrasonic observation unit 1A.
[0022]
Next, the configuration of the distal end portion of the insertion portion 2A of the ultrasonic endoscope 2 will be described in detail with reference to FIGS.
[0023]
2 is a block diagram showing a detailed configuration of the distal end portion of the ultrasonic endoscope of FIG. 1, and FIG. 3 is position data corresponding to the insertion direction (X, Y, Z direction) of the ultrasonic endoscope of FIG. FIG.
[0024]
As shown in FIG. 2, an acoustically translucent distal end cap 21 is provided at the distal end of the insertion portion 2 </ b> A of the ultrasonic endoscope 2.
[0025]
An ultrasonic transducer 20 is provided inside the tip cap 21, and the tip cap 21 is filled with a so-called acoustic medium (not shown).
[0026]
The ultrasonic transducer 20 is connected to a flexible shaft 2C made of a flexible material like the insertion portion 2A.
[0027]
The base end portion of the flexible shaft 2C is mechanically connected to the motor 2b in the drive unit 2B shown in FIG.
[0028]
The ultrasonic transducer 20 is electrically connected to an image construction circuit 7 (described later) in the ultrasonic observation unit 1A via a drive unit 2B via a signal line (not shown) in the flexible shaft 2C. .
[0029]
Further, a transmission coil 2a for applying a magnetic field to the space is provided at the distal end of the insertion section 2A. This transmission coil 2a is connected to a coil drive circuit 3a (described later) in the position detection section 3 through a signal line. ing.
[0030]
As shown in the enlarged view of FIG. 2, the transmission coil 2a is configured so that the insertion direction of the ultrasonic endoscope 2 in the body cavity is the Z direction, and the direction substantially perpendicular to the Z direction is the Y direction. A winding is wound around two orthogonal directions (Y direction and Z direction shown in FIG. 3) as axes (Z axis, Y axis). In this case, the Y axis is the ultrasonic endoscope. 2 is perpendicular to the z-axis, which is the insertion direction, and parallel to a radial scanning plane R1 (described later).
[0031]
As shown in FIG. 1, an ultrasonic observation unit 1A electrically connected to the ultrasonic endoscope 2 includes an image construction circuit 7, an image processing circuit 8, a display circuit 9, a three-dimensional data storage unit 10, and a communication. The circuit 11 includes an external input control circuit 12, a bus 13, a controller 14, and an image memory 15.
[0032]
The image construction circuit 7 outputs an excitation signal in the form of a pulse voltage to the ultrasonic transducer 20 and performs various reception signal processing on the echo signal from the ultrasonic transducer 20 to construct ultrasonic image data, The data is supplied to the bus 13 and the image memory 15.
[0033]
The image memory 15 is a memory for storing a plurality of pieces of image data, and the storage and reading control of the image memory 15 is performed by the control 13.
[0034]
The image processing circuit 8 performs various types of image processing on the supplied image data and supplies the image data to the display circuit 9 and the bus 13.
[0035]
The display circuit 9 is electrically connected to the monitor, and performs D / A conversion processing on the supplied image data to convert it into an analog video signal, which is displayed on the monitor 4.
[0036]
The three-dimensional data storage unit 10 is composed of a hard disk or a large-capacity memory, stores three-dimensional data supplied via the bus 13, and stores and reads out the three-dimensional data by the controller 14. It has come to be.
[0037]
The communication circuit 11 communicates with the position detection unit 3 to receive position / direction data and supplies the data to the controller 14 via the bus 13.
[0038]
The external input control circuit 12 supplies input information based on operation inputs from the keyboard 5 and the mouse 6 electrically connected to the external input control circuit 12 to the controller 14 via the bus 13.
[0039]
Further, in the ultrasonic observation unit 1A, each of the above-described circuits and a bus 13 for transmitting and receiving control commands and data to each unit are connected to each circuit group. A controller 14 for issuing a control command is provided. The controller 14 is a control unit that performs various controls of the entire ultrasound diagnostic apparatus.
[0040]
On the other hand, the position detector 3 is electrically connected to the coil drive circuit 3a that outputs a coil excitation signal to the transmission coil 2a and the magnetic field stretched by the transmission coil 2a. A plurality of reception coils (hereinafter referred to as reception coil groups) 3c that output reception signals, and a position calculation circuit 3b that outputs position direction data from reception signals output from the reception coil groups 3c are configured. .
[0041]
In the position detection unit 3 having such a configuration, the position direction data calculated by the position calculation circuit 3b is transmitted to the ultrasonic observation unit 1A side and received by the communication circuit 11 in the ultrasonic observation unit 1A. After that, it is supplied to the controller 14.
[0042]
(Function)
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. In FIG. 1, a thick broken line indicates a flow of image data, a thin broken line indicates a flow of position direction data, and a solid line indicates a flow of other signals / data.
[0043]
First, the operation for constructing a radial tomographic image will be described.
[0044]
In the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment, the ultrasonic transducer 20 receives a pulse voltage-like excitation signal from the image construction circuit 7 in the ultrasonic observation unit 1A, and generates an ultrasonic wave that is a dense wave of the medium. Convert into a beam (see FIG. 2).
[0045]
The ultrasonic beam travels through the acoustic medium and the tip gap 21 and is irradiated to the outside of the ultrasonic endoscope 2, and the reflected echo from the inside of the subject follows a path opposite to the ultrasonic beam and the ultrasonic transducer 20. Return to.
[0046]
Then, the ultrasonic transducer 20 converts the reflected echo into an electrical echo signal and supplies it to the image construction circuit 7 through a path opposite to the excitation signal.
[0047]
Further, while repeating this action repeatedly, the flexible shaft 2C and the ultrasonic transducer 20 are rotated in the direction of the arrow A shown in FIG. 2 by the rotation of the motor 2b in the drive unit 2B.
[0048]
For this reason, as shown in FIG. 2, an ultrasonic beam is sequentially irradiated radially in a plane (hereinafter referred to as a radial scanning plane) R1 perpendicular to the insertion portion 2A of the ultrasonic endoscope 2, so-called mechanical radial. Scanning (hereinafter simply referred to as radial scanning) is executed.
[0049]
Thereafter, the image construction circuit 7 converts the polar coordinate system data generated by the radial scan into the image data of the orthogonal coordinate system, the envelope detection, the logarithmic amplification, the A / D conversion, and the scan conversion. Ultrasonic image data (hereinafter referred to as a radial tomographic image) is constructed by performing a known process such as a process of converting to (2). Then, the image construction circuit 7 outputs the constructed radial tomographic image to the image memory 15 via the bus 13, and the image memory 15 stores this under the control of the controller 14.
[0050]
Next, operations related to the position / direction signal / position direction data will be described.
[0051]
When the ultrasonic diagnostic apparatus 1 shown in FIG. 1 is activated, the coil drive circuit 3a of the position detection unit 3 activates and sequentially outputs a coil excitation signal to the transmission coil 2a.
[0052]
Then, the transmission coil 2a applies a magnetic field to the space as shown in FIG. The reception coil group 3c sequentially detects this magnetic field and outputs an electrical reception signal to the position calculation circuit 3b.
[0053]
In response, the position calculation circuit 3b calculates position / direction data based on the received signal, and outputs the calculated position / direction data to the communication circuit 11 in the ultrasonic observation unit 1A.
[0054]
The position / direction data is data including the position and direction of the transmission coil 2a with respect to the reception coil group 3c. Specifically, the position / direction data is not only the position of the transmission coil 2a but also the insertion direction of the ultrasonic endoscope 2 (Z direction (Z-axis direction) shown in FIG. 2) and the radial scanning plane R1. A specific direction (Y direction (Y-axis direction) shown in FIG. 2) is included. For example, if the transmission coil 2a is attached so that the Y axis shown in FIG. 2 is in the 12 o'clock direction of the radial scanning plane R1 (upward when displayed on the monitor 4), the position direction data is the normal direction of the radial tomogram. (Z-axis direction shown in FIG. 2) and 12 o'clock direction (Y-axis direction shown in FIG. 2).
[0055]
The communication circuit 11 outputs the received position / direction data to the bus 13. The position / direction data output to the bus 13 is output and stored in the image memory 15 via the bus 13 under the control of the controller 14. At this time, the controller 14 performs control so that the image data of the radial tomographic image and the position direction data are stored in the image memory 15 in association with each other.
[0056]
Next, the action of generating a three-dimensional image, which is a feature of the present embodiment, will be described in detail with reference to FIGS.
[0057]
FIGS. 3 to 6 are for explaining the operation that characterizes the present embodiment. FIG. 3 shows position data corresponding to the insertion direction (X, Y, Z direction) of the ultrasonic endoscope of FIG. 3A shows position data when the respiratory movement is not canceled, and FIG. 3B shows position data subjected to the correction processing in the present embodiment. 4A is a screen display diagram showing a three-dimensional image when the position data is shown in FIG. 3A, and FIG. 4B is a position data shown in FIG. 3B. The screen display figure which shows these three-dimensional images is shown, respectively. FIG. 6 is a flowchart showing an example of the control operation by the controller, which is a feature of the present embodiment.
[0058]
Assume that diagnosis is performed using the ultrasonic diagnostic apparatus 1 shown in FIG.
[0059]
Then, while performing a radial scan with the ultrasonic endoscope 2 shown in FIG. 1, the ultrasonic endoscope 2 itself is sequentially moved by manual scanning to acquire a radial image.
[0060]
At this time, as described above, the controller 14 of the ultrasonic observation unit 1A associates the position / direction data with the image captured at that time and simultaneously records the data in the image memory 15. Then, the controller 14 uses the image processing circuit 87 to process the image data correspondingly read from the image memory 15 based on the position / direction data to obtain a three-dimensional image.
[0061]
In this case, when the receiving coil group 3c of the position detection unit 3 and the organ are in a certain positional relationship, a beautiful three-dimensional image is obtained. However, in actuality, not only the organs move due to the patient's breathing, the diaphragm etc. move due to the patient's breathing, the movement of the heartbeats, but also the movement caused by the movement of the respiratory or heartbeat movement Become.
[0062]
FIG. 3A and FIG. 4A show the situation at this time. That is, FIG. 3A is a graph of position data corresponding to position detection in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions of the ultrasonic endoscope 2 from the top in the figure.
[0063]
That is, in FIG. 3 (a), when a normal luminal organ is scanned in a certain direction, the position data values in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions draw smooth curves. This is because the ultrasonic endoscope 2 scans a luminal organ in the body, and the scanning range is limited to several centimeters to several tens of centimeters, so that the scanning range moves very gently. However, if respiratory movement is added here, a wavy movement with a fixed period is recorded as in the X-axis and Y-axis of FIG. When a three-dimensional image based on this position data is constructed and displayed, a distorted three-dimensional image 50 is displayed on the monitor 4 as shown in FIG.
[0064]
Therefore, in the present embodiment, correction processing control for correcting this is performed by the controller 14. Specifically, the processing routine shown in FIG. 6 for canceling the respiratory movement described above is executed.
[0065]
That is, the controller 14 uses the keyboard 5 or the mouse 6 from the user to display the data range necessary for constructing the three-dimensional image, that is, the region desired to be three-dimensionally displayed for the captured data in the process of step S101. Set based on the operation.
[0066]
Then, the controller 14 reads the corresponding position data from the image memory 15 and supplies it to the image processing circuit 8 to perform the correction process in the subsequent process of step S102.
[0067]
In general, there is often unnecessary data immediately after the start of scanning or just before the end of scanning. Therefore, by removing this unnecessary portion, there is an object to reduce the influence of unnecessary data before and after the effective data when approximated by a curve such as polynomial approximation described later.
[0068]
  That is, in the present embodiment, the controller 14 performs the following step S103 to step S103.105In this process, the image processing circuit 8 is controlled so as to perform the data smoothing process by curve approximation in each of the X, Y, and Z axis directions in the data range limited to the necessary portion. That is, in step S103, the X-axis position data (position information) is smoothed by curve approximation, and then in step S104, the Y-axis position data (position information) is curved. Data smoothing by approximation is performed, and then data smoothing by curve approximation is performed on the Z-axis position data (position information) in the process of step S105.
[0069]
The polynomial approximation described above will be described below.
[0070]
In the present embodiment, approximation by a power series polynomial is used as curve approximation.
[0071]
FIG. 7 is an explanatory diagram for approximating position data in the x-axis direction. The horizontal axis is the time t when the position data is taken and the position x.
[0072]
First, each measurement time and each measurement value of the position data are plotted on FIG. 7 as measurement points P1 (t1, x1), P2 (t2, x2), P3 (t3, x3)... PN (tN, xN).
[0073]
Next, an n-order polynomial of the following formula is given as a curve to be approximated.
[0074]
[Formula 1]

In FIG. 7, a curve given by this polynomial is drawn.
[0075]
The problem is to find a curve x = f (t) (hereinafter referred to as a regression curve) that passes close to the measurement point. Here, the least square method is used, and the distance between each measurement point and the regression curve is calculated vertically. Measured in the direction to determine that the sum of squares is minimized. The square sum F is a function of a0, a1, a2, a3..., An and is given by the following equation.
[0076]
[Formula 2]

In general, when the degree of the polynomial is finite n (n is a natural number), a0, a1, a2, a3,. In the present embodiment, the maximum function n of the polynomial is configured such that the operator can input an arbitrary value through the keyboard 5 or the mouse 6.
[0077]
[Formula 3]

[0078]
[Formula 4]

[0079]
[Formula 5]

[0080]
[Formula 6]

The polynomial approximation in the y-axis direction in step S104 and the polynomial approximation in the z-axis direction in step S105 are the same as described above.
[0081]
In this embodiment, approximation by a power series is used as polynomial approximation. However, approximation by other types of polynomials is not limited to this example.
[0082]
If the order of approximation in this case is too small, the error from the actual movement of the manual scanning increases, and if it is too large, the effect of canceling the movement due to breathing is reduced. That is, in the polynomial approximation, the approximate curve can be set freely by changing the order. However, in the first order, the regression curve is simply a straight line and no AC component is present, and the movement of the original ultrasonic endoscope 2 is eliminated. Ingredients are also suppressed. On the other hand, in the 10th order, the shape is almost close to the actually detected position data, but a fine moving component cannot be removed. For this reason, an order of the fifth order is desirable depending on the position of the target organ.
[0083]
Thereafter, in the subsequent process of step S106, the controller 14 associates the data processed in the processes of steps S103 to S105 (see FIG. 3B) with the corresponding image again, and stores the image memory 1.Recorded in 5A three-dimensional image is constructed based on the recorded data. Thereby, a three-dimensional image with reduced influence of respiratory movement is obtained, and when displayed on the monitor 4, for example, a good three-dimensional image 10A with no distortion is displayed as shown in FIG. 4B. Can be made.
The three-dimensional image data generated in this way is stored in the three-dimensional data storage unit 10 by the controller 14.
[0084]
The three-dimensional image data generated in this way is stored in the three-dimensional data storage unit 10 by the controller 14.
[0085]
(effect)
Therefore, according to the present embodiment, correction processing such as data smoothing by polynomial approximation is performed on the position data detected as described above, and a three-dimensional image is generated based on the correction result. Therefore, an accurate three-dimensional image can be obtained with a simple configuration while suppressing the influence of respiration and the like.
[0086]
Second embodiment:
(Constitution)
FIG. 5 shows a second embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and is a block diagram showing a system configuration of the entire apparatus.
[0087]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a position data correction unit 16 is provided between the communication circuit 11 and the bus 13 in the first embodiment, and the position data correction unit 16 allows the first data The correction processing for canceling the respiratory movement having the frequency component is performed on the detected position data without performing the data smoothing process by the polynomial approximation performed in the embodiment. It is.
[0088]
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0089]
(Action)
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described. Only the position data correction process, which is a feature of the present embodiment, will be described.
[0090]
In the present embodiment, the position data sent from the position calculation circuit 3 b of the position detection unit 3 is input to the position data correction unit 16 via the communication circuit 11.
[0091]
Although not shown, the position data correction unit 16 includes a low-pass filter (LPF). The position data correction unit 16 uses the difference between the amount of movement due to guidance and the amount of change due to respiratory movement, and receives position data in the low-pass filter (LPF). By passing, the correction processing is performed to remove unnecessary component data, that is, to cancel the respiratory movement having the frequency component.
[0092]
As a result, as in the first embodiment, a three-dimensional image in which the influence of respiratory movement is reduced is obtained. When displayed on the monitor 4, for example, as shown in FIG. A good three-dimensional image 10A that does not occur can be displayed.
[0093]
The LPF of the position correction data correction unit 16 generally uses a known process. The frequency characteristics of the LPF must be set with a sufficient margin from the scanning speed of the guide and the characteristics of respiratory movement.
[0094]
Other operations are the same as those in the first embodiment.
[0095]
(effect)
Therefore, according to the present embodiment, even when the position data correction process by the LPF of the position data correction unit 16 is performed without performing the data smoothing process by the polynomial approximation, the same as the first embodiment. Similar effects can be obtained.
[0096]
Third embodiment:
(Constitution)
FIG. 8 shows a third embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and shows that front and rear position data are averaged.
[0097]
Although the present embodiment has the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 5, it is characterized in that the processing of the position data correction unit is different.
[0098]
(Function)
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described. Only the position data correction process, which is a feature of the present embodiment, will be described.
[0099]
The position data sent from the position detection unit 3 is input to the position data correction unit 16 via the communication circuit 11. The position data may include various noise components depending on external noise and environmental conditions. For example, even if the sensor is fixed, the position data varies somewhat. Therefore, in the present embodiment, the position data correction unit 16 performs an averaging process of the position data for removing this fluctuation. FIG. 8 shows that the position data before and after are averaged.
[0100]
(effect)
Therefore, according to the present embodiment, there is an effect of removing fluctuations in position accuracy by averaging the position data. Other effects are the same as those of the second embodiment.
[0101]
In the first, second, and third embodiments, the present invention has different effects, so that higher effects can be obtained by using them in combination.
[0102]
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be applied to an extracorporeal ultrasonic diagnostic apparatus, and can be applied and combined within a range not departing from the scope of the present invention.
[0103]
[Appendix]
According to the above-described embodiment of the present invention described in detail above, the following configuration can be obtained.
[0104]
(1) In an ultrasonic diagnostic apparatus provided with an image processing means for constructing an intracorporeal ultrasonic tomogram based on an ultrasonic echo signal output from an intracorporeal ultrasonic probe provided with an ultrasonic transducer,
Detecting means for detecting position data with respect to the coordinate system of the subject on the scanning plane of the intracavitary ultrasound probe;
Correction means for correcting a noise component of the position data obtained by the detection means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
[0105]
(2) The ultrasonic diagnostic apparatus according to (1), wherein the correction unit corrects a noise component by correcting the position data by polynomial approximation.
[0106]
(3) The ultrasonic diagnostic apparatus according to (1), wherein the correction unit corrects a noise component of the position data using an LPF.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an ultrasonic diagnostic apparatus that can obtain an accurate three-dimensional image by suppressing the influence of respiration and the like with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention and showing a system configuration of the entire apparatus.
2 is a configuration diagram showing a detailed configuration of a distal end portion of the ultrasonic endoscope in FIG. 1; FIG.
3 is a view showing position data corresponding to the insertion direction (X, Y, Z direction) of the ultrasonic endoscope of FIG. 2; FIG.
4 is a screen display diagram showing a three-dimensional image when it is the position data shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention and showing a system configuration of the entire apparatus.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a control operation performed by a controller, which is a feature of the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram when approximating position data in the x-axis direction.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an average processing of position data by a position data correction unit according to a third embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... ultrasonic diagnostic equipment,
1A ... ultrasonic observation section,
2 ... Ultrasound endoscope,
2A ... insertion part,
2B ... Drive unit,
2C ... Flexible shaft,
2a: Transmitting coil,
2b ... motor,
3 ... position detector,
3a ... Coil drive circuit,
3b ... position calculation circuit,
3c: receiving coil group,
4 ... Monitor,
5 ... Keyboard,
6 ... mouse,
7 ... Image construction circuit,
8: Image processing circuit,
9: Display circuit,
10 ... 3D data storage unit,
11: Communication circuit,
12 ... External input control circuit,
13 ... Bus
14 ... Controller,
20 ... ultrasonic transducer,
21 ... tip cap,
R1: Radial scanning plane.

Claims

In an ultrasound diagnostic device that constructs ultrasound images by acquiring ultrasound echo signals while moving the ultrasound transducer,
Detecting means for continuously detecting the position of the ultrasonic transducer;
Associating means for associating the ultrasonic echo signal with the position data detected by the detecting means;
Correction means for removing and correcting unnecessary components of the position data of the ultrasonic transducer obtained by the detection means;
An ultrasonic image construction means for constructing an ultrasonic image from the ultrasonic echo signal based on the position data corrected by the correction means;
Bei to give a,
The correction means performs the correction by decomposing the position data into directional components of the x-axis, y-axis, and z-axis, and independently performing polynomial approximation on each of the decomposed position data. And an ultrasonic diagnostic apparatus.

In an ultrasound diagnostic device that constructs ultrasound images by acquiring ultrasound echo signals while moving the ultrasound transducer,
Detecting means for continuously detecting the position of the ultrasonic transducer;
Associating means for associating the ultrasonic echo signal with the position data detected by the detecting means;
Correction means for removing and correcting unnecessary components of the position data of the ultrasonic transducer obtained by the detection means;
An ultrasonic image construction means for constructing an ultrasonic image from the ultrasonic echo signal based on the position data corrected by the correction means;
With
The correction means performs the correction by decomposing the position data into x-axis, y-axis, and z-axis direction components, and approximating each of the decomposed position data with a curve independently. DOO ultrasonic diagnostic apparatus said.

The polynomial or the curve is a power series of order n, the input means for inputting the order n is provided, according to claim 1 or claim characterized that you set the order n to any value by said input means Item 3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to Item 2 .