JP4530799B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波走査を行って超音波断層像を作成する超音波診断装置に関する。

生体内へ超音波を送信し、生体組織からの反射波を受信して電気信号に変換し、生体の状態を画像として観察し得るように構成した超音波診断装置は、生体内の様子をリアルタイムで観察することができるために、近年では広く普及している。このような超音波診断装置は、種々の形態のものがあるが、例えば、超音波振動子を先端に設けた超音波プローブが普及しているものの例として挙げられる。この超音波プローブは、口、鼻、肛門から消化管や気管等の体腔へ挿入され、生体内において超音波走査を行い、超音波断層像を取得するものとなっている。

こうした超音波プローブタイプの超音波診断装置の中でも、磁気や加速度等を用いて、取得した超音波断層像の位置の情報と配向の情報とを遠隔的に検出し、検出した位置情報および配向情報を超音波断層像と関連付ける技術が知られている。このような超音波診断装置では、さらに、３次元データを作成し、作成した３次元データを切り出して任意の断面を表示させたり、作成した３次元データから立体的な画像を作成して表示させたりすることが可能となっているものがある。加えて、超音波断層像と、超音波を走査する位置に対応した模式図と、を同一画面に表示する技術も従来より知られている。これによれば、被検体のどの部位を観察しているかが分かり易いために、所望の断層面を簡単に描出することが可能となっている。

例えば、特開２００４−１１３６２８号公報、およびその関連した国際特許ＷＯ２００４／０２８３７５号公報には、超音波プローブ型の第１の超音波診断装置として、先端に設けた硬性部と、この硬性部に設けた送信コイルと、該硬性部に設けた単一素子の超音波振動子と、を備えるメカニカルラジアル走査型超音波内視鏡が記載され、さらに、超音波プローブ型の第２の超音波診断装置として、先端に設けた硬性部と、この硬性部に設けた送信コイルと、該硬性部の挿入軸に垂直な平面内に設けた円環状の超音波振動子アレイと、を備える電子ラジアル走査型超音波内視鏡が記載されている。

これらの超音波診断装置における送信コイルは、挿入部の軸方向と直交する２方向を軸として導線が巻回された構造となっている。さらに、この送信コイルの位置と方向とを含んだ位置配向データは、位置算出回路により算出されるようになっている。そして、術者がラジアル走査を行いながらこの超音波内視鏡を手引きすることにより、複数回のラジアル走査で得られた複数の超音波断層像に基づく立体的な断層並列像を得ることができるようになっている。

また、上記公報には、超音波プローブ型の超音波診断装置として、先端に設けた硬性部と、この硬性部に設けた送信コイルと、該硬性部の挿入軸を含む面内に設けた超音波振動子アレイと、前記挿入軸に沿った管状のチャンネルと、を備えたコンベックス走査型超音波内視鏡も記載されている。

この超音波診断装置における送信コイルも、上述と同様に、挿入部の軸方向と直交する２方向を軸として導線が巻回された構造となっている。さらに、この送信コイルの位置と方向とを含んだ位置配向データが、位置算出回路により算出されるのも同様である。そして、術者がコンベックス走査を行いながらこの超音波内視鏡を挿入軸の周りに手でねじることにより、複数回のコンベックス走査で得られた複数の超音波断層像に基づく立体的な断層並列像を得ることができるようになっている。

一方、特開平１０−２４８８５２号公報、およびその関連した米国特許６２４８０７４号公報には、超音波プローブ型の超音波診断装置として、超音波を発生する超音波振動子と、カテーテル等を挿通するための挿通部と、を有し、超音波振動子を振動させて走査することにより超音波断層像を得る超音波内視鏡が記載されている。この超音波診断装置は、磁気センサまたは磁気ソースを先端部に設けた位置検出カテーテルを、前記挿通部に挿通して用い、該磁気センサまたは磁気ソースの、位置および傾斜角（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ψ，φ，θ）を算出するようになっている。

さらに、特開２０００−１１３６２９号公報には、超音波プローブの挿入端に実装された磁場を発生する送信コイルと、この送信コイルにより発生された磁場を検出するための受信コイルと、この受信コイルに接続された位置配向検出部と、を備え、位置配向検出部が出力する「超音波走査位置を示す信号」に基づいて、模式図データ記憶部から模式図データを抽出する超音波診断装置が記載されている。この超音波診断装置は、超音波断層像と、超音波を走査する位置に対応した模式図と、を同一画面に表示するようになっている。これによれば、術者が被検体のどの部位を観察しているかが分かり易いために、所望の断層面を簡単に描出することが可能となっている。
特開２００４−１１３６２８号公報 国際特許ＷＯ２００４／０２８３７５号公報 特開平１０−２４８８５２号公報 米国特許６２４８０７４号公報 特開２０００−１１３６２９号公報

ところで、生体内で超音波を走査し、３次元データを作成して任意の断面を表示させたり、立体的な画像を作成して表示させたり、超音波を走査する位置に対応した模式図を表示させたりする用途の超音波診断装置では、超音波断層像の位置および配向を求めるために、超音波断層像の位置についての３つの自由度と、配向についての３つの自由度と、の合計６つの自由度の情報を検出する必要がある。これに対して、上述した特開２００４−１１３６２８号公報およびＷＯ２００４／０２８３７５号公報、特開平１０−２４８８５２号公報および米国特許６２４８０７４号公報、特開２０００−１１３６２９号公報に記載されている超音波診断装置は、何れも、超音波振動子の近傍にコイルを設けて、磁場により自由度を検出する手段を採用している。しかし、巻線軸が単軸となっているコイルを１個設けるだけでは、上記６つの自由度の全てを検出することは不可能である。何故ならば、単軸のコイルを巻線軸の周りに回転させたとしても、コイルを流れる電流により励起される磁場の磁束、もしくは磁場により誘起される電流が変化することはないために、単軸のコイルでは巻線軸周りの配向を検出することができず、結局、５つの自由度までしか検出することができないためである。

そのために、特開２００４−１１３６２８号公報、およびＷＯ２００４／０２８３７５号公報に記載されている種々の超音波診断装置は、硬性部に設ける送信コイルを、挿入部の軸方向と直交する２方向を軸として導線が巻回された構造とするようにしたものとなっている。このような構造の送信コイルを採用すると、上述した６つの自由度を検出することが可能になる反面、送信コイルが大きくなって、以下に説明するような２つの課題が生じていた。

まず、第１の課題は、送信コイルの大型化に伴って超音波プローブの外径が太くなってしまい、術者が超音波プローブを挿入する際に、被検者に苦痛を与える可能性があるということである。

次に、第２の課題は、送信コイルの大型化に伴って超音波プローブの先端の硬性部が長くなってしまい、術者が超音波プローブを挿入する際に、上述と同様に、被検者に苦痛を与える可能性があるということである。加えて、この場合には、術者が被検者の体腔内を観察する際に、超音波プローブ先端に設けた送信コイルが体腔内のあちこちに接触する可能性があり、超音波プローブの操作性が必ずしも良くないということがあった。

また、特開平１０−２４８８５２号公報、および米国特許６２４８０７４号公報に記載されている超音波診断装置は、上述したように、挿通部に挿通する位置検出カテーテルの先端部に磁気センサまたは磁気ソースを設けて、その位置および傾斜角（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ψ，φ，θ）を算出するよう構成したものとなっているために、上記２つの課題が解決されるかのように思われる。しかし、６つの自由度を検出することができるように、直交する２方向を軸として導線を巻回した磁気センサまたは磁気ソースを、実際に挿通部に挿通することができるようにするためには、極小のサイズに構成する必要があって、実現することは技術的に難しい。従って、実際にはサイズ的にやや大きめの磁気センサまたは磁気ソースを用いることになり、位置検出カテーテルの径がやや太くなってしまう。これに従って、挿通部の径や、この挿通部を備える超音波プローブの外径を太くしなければならなかった。そのために、上述した第１の課題は、現在でも事実上、解決することができていない。

加えて、特開２０００−１１３６２９号公報に記載されている超音波診断装置は、送信コイルの実装方法や「超音波走査位置を示す信号」の内容、特に自由度についての具体的な言及がないために、同様に、上述した第１、第２の課題を解決することができるものとはなっていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波プローブの、外径が太くなるのと、先端硬性部が長くなるのと、を極力抑制しながら、超音波断層像の位置および配向に係る６つの自由度の情報を検出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している。

上記の目的を達成するために、第１の発明による超音波診断装置は、超音波送受波手段を備え生体内へ挿入された状態で該超音波送受波手段により超音波走査を行い得るように構成された超音波プローブと、前記超音波プローブから得られる超音波信号に基づき超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、磁場を送信する送信手段と、前記送信手段が送信した前記磁場を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記磁場に基づき前記超音波断層像の配向を算出する配向算出手段と、を具備した超音波診断装置において、前記送信手段と前記受信手段との少なくとも一方は、複数のコイルを含んで構成されていて、前記複数のコイルの内の少なくとも２つのコイルは、各々の巻線軸同士が斜交するか、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角となるように、前記超音波送受波手段に対して固定した位置に設けられ、前記配向算出手段は、前記磁場に基づき前記２つのコイルの配向情報を取得し、該２つのコイルの配向情報に基づいて、前記超音波断層像の前記配向を算出するものである。

また、第２の発明による超音波診断装置は、上記第１の発明による超音波診断装置において、前記２つのコイルが配設された可撓性を有するコイルプローブをさらに具備し、前記超音波プローブは、前記生体内への挿入側の開口である第１の開口と、前記挿入側とは反対側の開口である第２の開口と、を備えた、前記コイルプローブを挿通可能な管状のチャンネルを有して構成されたものであり、前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、前記コイルプローブが前記第２の開口から前記チャンネルへ挿通されることによりなされる。

さらに、第３の発明による超音波診断装置は、上記第２の発明による超音波診断装置において、前記チャンネルは湾曲もしくは屈曲した部分を有して構成されたものであり、前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、該２つのコイルが、前記湾曲もしくは屈曲した部分を挟んで配置されることによりなされたものである。

第４の発明による超音波診断装置は、上記第２の発明による超音波診断装置において、前記超音波プローブは、特定の支点の周りに回動することにより、前記第１の開口から延出されるコイルプローブを湾曲もしくは屈曲させるための起上台を有して構成されたものであり、前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、該２つのコイルが、前記湾曲もしくは屈曲した部分を挟んで配置されることによりなされたものである。

第５の発明による超音波診断装置は、上記第２の発明による超音波診断装置において、前記コイルプローブは、前記チャンネルへの挿通位置が、前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、が達成され得る所定位置となったこと、を示すための指標を有して構成されたものである。

第６の発明による超音波診断装置は、上記第５の発明による超音波診断装置において、前記指標は、その位置が前記第２の開口の位置と略一致したときに、前記所定位置となったことを示すものである。

第７の発明による超音波診断装置は、上記第１の発明による超音波診断装置において、前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向を、該２つのコイルの配向情報として算出するものである。

第８の発明による超音波診断装置は、上記第７の発明による超音波診断装置において、前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向の外積を算出し、該算出結果に基づき、前記超音波断層像の前記配向を算出するものである。

第９の発明による超音波診断装置は、上記第７の発明による超音波診断装置において、前記超音波送受波手段は、前記生体内へ挿入される前記超音波プローブの挿入軸に垂直な平面内で超音波走査を行うものであり、前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向に基づいて、前記超音波断層像内の特定の方向を算出することにより、前記超音波断層像の前記配向を算出するものである。

第１０の発明による超音波診断装置は、上記第７の発明による超音波診断装置において、前記超音波送受波手段は、前記生体内へ挿入される前記超音波プローブの挿入軸に平行な平面内で超音波走査を行うものであり、前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向に基づいて、前記超音波断層像の法線の方向を算出することにより、前記超音波断層像の前記配向を算出するものである。

第１１の発明による超音波診断装置は、上記第１の発明による超音波診断装置において、前記超音波断層像作成手段により作成された前記超音波断層像と、前記配向算出手段により算出された前記配向と、を関連付けて、３次元データと３次元画像との少なくとも一方を作成する画像処理手段をさらに具備したものである。

第１２の発明による超音波診断装置は、上記第１の発明による超音波診断装置において、前記超音波断層像作成手段により作成された前記超音波断層像と、前記配向算出手段により算出された前記配向と、を関連付けて、前記生体内における配向を案内するガイド画像を作成する画像処理手段をさらに具備したものである。

本発明の超音波診断装置によれば、超音波プローブの、外径が太くなるのと、先端硬性部が長くなるのと、を極力抑制しながら、超音波断層像の位置および配向に係る６つの自由度の情報を検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１から図９は本発明の実施例１を示したものであり、図１は超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

本実施例１の超音波診断装置は、超音波プローブ１と、超音波断層像作成手段たる超音波観測装置２と、ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３と、配向算出手段たる位置配向データ算出装置４と、受信手段たる受信アンテナ５と、プレート６と、画像処理手段たる超音波画像処理装置７と、マウス８ａと、キーボード８ｂと、表示装置９と、を含み、それぞれを後述するように電気的に接続して構成されている。

超音波プローブ１は、体腔内に挿入される先端側の挿入部１１と、この挿入部１１を手元側で操作するためのものであり硬性のある材料により形成された操作部１２と、を含んで構成されている。

前記挿入部１１は、さらに、先端側に設けられていてステンレス等の硬性のある材料により形成された硬性部１３と、この硬性部１３の手元側に連設されていて可撓性のある材料で形成された可撓部１４と、を含んで構成されている。

硬性部１３は、その内部に、挿入軸の周りに回転可能となるように設けられた超音波送受波手段たる超音波振動子１５と、この超音波振動子１５の近傍において該超音波振動子１５に対する位置を固定して設けられた送信手段たる送信コイル１６と、を備えている。

超音波振動子１５は、可撓部１４内を挿通された可撓性のある図示しないフレキシブルシャフトの一端側に接続されており、該フレキシブルシャフトの他端側は操作部１２に配設されている後述するモータ１７に接続されている。そして、超音波振動子１５は、モータ１７により挿入軸周り（図１の白抜き矢印方向）に回転されながら、超音波の送受を繰り返す、いわゆるラジアル走査を実施することにより、該挿入軸に垂直な平面の超音波断層像を解析するのに必要な超音波信号を取得するようになっている。

前述のように、操作部１２は、超音波振動子１５を回転させるためのモータ１７を内蔵しており、このモータ１７には、その回転軸の角度を検出して出力するためのロータリーエンコーダ１８が接続されている。また、該モータ１７は、制御線を介して超音波観測装置２と接続されており、該超音波観測装置により回転状態を制御されるようになっている。

一方、硬性部１３に設けられた送信コイル１６は、巻線軸の方向がラジアル走査の走査平面に垂直な方向と一致するように固定されている第１のコイル１６ａと、巻線軸の方向が前記走査平面に垂直な方向に対して斜めになる方向（非直角の方向）となるように固定されている第２のコイル１６ｂと、を含んで構成されており、これらのコイル１６ａ，１６ｂは、それぞれ独立に、前記位置配向データ算出装置４と接続されている。

ここで、図２は、硬性部１３に配設されている送信コイル１６の配置を拡大して示す図である。この図２においては、コイル１６ａの巻線軸Ｋａとコイル１６ｂの巻線軸Ｋｂとを、それぞれのコイル導線の周回の中心軸として定義し、点線により示している。このとき、これらの巻線軸ＫａとＫｂがなす角度はγ1 であり、このγ1 は９０°を除く角度となっている。なお、この図２においては、角度γ1 が９０°未満である場合を図示しているが、９０°よりも大きくかつ１８０°よりも小さい角度であっても構わない。

また、コイル１６ａの巻線軸Ｋａ上の、巻線の始端と終端との中点を、コイル１６ａの中央位置Ａと定義する。同様に、コイル１６ｂの巻線軸Ｋｂ上の、巻線の始端と終端との中点を、コイル１６ｂの中央位置Ｂと定義する。

さらに、コイル１６ａの巻線軸Ｋａの方向を示す方向ベクトルをＶA （なお、ベクトルは、図面や数式においては肉太文字で表示しているが、文章中においては通常の太さの文字で代用している。）、コイル１６ｂの巻線軸Ｋｂの方向を示す方向ベクトルをＶB 、としてそれぞれ定義し、これらの各ベクトルＶA ，ＶB は、それぞれ単位ベクトルに正規化されているものとする。なお、各巻線軸Ｋａ，Ｋｂの方向にはそれぞれ正負の２方向があるために、上述したような定義だけでは、方向ベクトルＶA ，ＶB を一意的に定めることはできない。しかし、位置配向データ算出装置４は、コイル１６ａ，１６ｂを構成する導線内に電流を流す際に、正方向の電流を流したときに、コイル導線の周回方向に対して右ネジが進む方向が方向ベクトルＶA ，ＶB の正方向であるとして、算出を行うようになっている。また、コイル１６ａ，１６ｂを構成する導線内に流れる電流の正方向および負方向は、該位置配向データ算出装置４が定義するようになっている。このような構成により、方向ベクトルＶA ，ＶB は、何れも一意的に定義されることになる。

また、図２においては、コイル１６ａとコイル１６ｂとが同一平面上にあって、各巻線軸Ｋａ，Ｋｂが一点Ｐで交わるかのように図示している。具体的な構成の一例としては、このようにコイル１６ａとコイル１６ｂとを構成しても構わないが、本実施例はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施例では、より一般的なケース、つまり、巻線軸Ｋａと巻線軸Ｋｂとが同一平面上には存在せず、かつ３次元空間上の一点で交わることはないケース、すなわち、いわゆるねじれの位置にある場合について説明する。従って、以下の説明においては、図２は、コイル１６ｂの巻線軸Ｋｂが、コイル１６ａの巻線軸Ｋａと同一平面上に乗って互いに交わるように、該巻線軸Ｋｂを、巻線軸Ｋｂと巻線軸Ｋａとの最短距離を与える線分に沿って平行移動して得た図であるものとする。従って、このときには図２は、コイル１６ｂ自体と、コイル１６ｂの中央位置Ｂと、コイル１６ｂの巻線軸Ｋｂの方向ベクトルＶB と、が、該巻線軸Ｋｂと同じ分だけ平行移動した状態を図示したものとなっている。

超音波プローブ１の操作部１２は、超音波観測装置２と電気的に接続されている。すなわち、超音波観測装置２は、モータ１７へ回転制御信号を出力するとともに、超音波振動子１５からの超音波信号と、ロータリーエンコーダ１８からの回転軸の角度情報と、を受信するようになっている。さらに、この超音波観測装置２には、図示しないアナログビデオ出力端子が設けられている。

一方、ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３には、図示しないアナログビデオ入力端子が設けられており、アナログビデオ信号線を介して、超音波観測装置２のアナログビデオ出力端子と接続されている。さらに、このＩＥＥＥ１３９４コンバータ３には、図示しないＩＥＥＥ１３９４規格のＩＥＥＥ１３９４出力端子が設けられている。

また、位置配向データ算出装置４は、プレート６と、送信コイル１６と、受信アンテナ５と、に電気的に接続されている。さらに、この位置配向データ算出装置４には、図示しないＲＳ−２３２Ｃ規格のＲＳ−２３２Ｃ出力端子が設けられている。

受信アンテナ５は、略円盤型をなす筐体の内部に、磁場を検出するための複数のコイルを、巻線軸が異なる向きとなるように内蔵して構成されている。

図３は、プレート６の外形を示す斜視図である。

プレート６は、略楕円形の盤状をなす筐体の内部に、磁場を発生するためのコイルを３個内蔵して構成されており、これら３個のコイルは同一直線上になく、かつ互いに独立した方向となるように（つまり、３個のコイルに係る３つの巻線軸の方向ベクトルが、同一方向ではなく、互いに独立した方向ベクトルとなるように）配置されている。

このプレート６は、図３の下面側が体表接触面６ａとなっており、図示しない付属のベルトを用いて、この体表接触面６ａが被検者の体表に接するように、該被検者にくくり付けられるようになっている。該プレート６は、被検者に固有の座標系（図３に示すようなｘ”ｙ”ｚ”座標系）を与えるためのものであり、受信アンテナ５を基準とする座標系（後述する図４に示すようなｘｙｚ座標系）をグローバルな座標系であるとすると、ローカルな座標系であると捉えることができる。

２つの座標系がある場合に、一方の座標系で測定した、他方の座標系の原点の位置が分かる必要がある。そこで、プレート６の基準位置Ｌを、例えば以下に示す第１から第３の基準位置の何れかに定義しておくものとする。なお、本実施例においては、これら３つの定義の何れを採用しても構わない。

第１の基準位置は、３つのコイル位置の重心を採用するものである。

第２の基準位置は、第１のコイル位置と第２のコイル位置との中点と、第３のコイル位置と、を結ぶ直線の中点を採用するものである。

第３の基準位置は、１つのコイルをプレート６の中央に配置して、この中央に配置されたコイル位置を採用するものである。

超音波画像処理装置７は、ＩＥＥＥ１３９４取込回路２１と、ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２と、画像記憶部２３と、画像処理回路２４と、表示回路２５と、制御回路２６と、を有して構成されている。

これらの内のＩＥＥＥ１３９４取込回路２１と、ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２と、画像記憶部２３と、画像処理回路２４と、表示回路２５と、の各回路は、それぞれ、ＩＣ（Integrated Circuit）チップを搭載した印刷基板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）の形態で構成されている。

また、制御回路２６は、マザーボード（mother board）と呼ばれるやはり印刷基板の形態で構成されており、この印刷基板上には、中央演算ユニット（Central Processing Unit、図１では単にＣＰＵ）と呼ばれる高速演算用のＩＣチップと、タイマと、メモリと、バス（bus）と呼ばれる信号線の中央幹線と、が搭載されている。

超音波画像処理装置７を構成する上記各回路の内、制御回路２６以外の各回路は、制御回路２６上のＣＰＵと、あるいは他の回路と、の間でプログラム、コマンド、データを送受することができるように、制御回路２６上のバス（bus）と接続されている。そして、制御回路２６上のＣＰＵは、バスを制御しながら、各回路へ各種の指令を発するようになっている。さらに、制御回路２６は、超音波観測装置２、キーボード８ｂ、マウス８ａと、各々個別の制御線を介して直接接続されている。このように超音波画像処理装置７は、いわゆるパーソナルコンピュータの形態で構成されたものとなっている。

ＩＥＥＥ１３９４取込回路２１は、図示しないＩＥＥＥ１３９４入力端子を有して構成されており、ＩＥＥＥ１３９４信号線を介して、ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３の上述したＩＥＥＥ１３９４出力端子と接続されている。

ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２は、図示しないＲＳ−２３２Ｃ入力端子を有して構成されており、ＲＳ−２３２Ｃ信号線を介して、位置配向データ算出装置４の上述したＲＳ−２３２Ｃ出力端子と接続されている。

画像記憶部２３は、ハードディスクドライブ、光磁気ディスクドライブ、フラッシュメモリ等の公知のデバイス（複数種類を組み合わせたものでも可）により構成されていて、大容量の電子データを記憶することができるものとなっている。

画像処理回路２４は、複数の超音波断層像のデータや、複数の超音波断層像の補間を行って得られるデータなどを格納することができるように、内部に大容量の画像メモリを有して構成されている。

次に、このような超音波診断装置の作用について説明する。

なお、図１においては、実線が超音波断層像の位置、配向に関わる信号・データの流れ、点線が超音波に関わる信号・データの流れ、２点鎖線が３次元画像に関わる信号・データの流れ、１点鎖線がそれ以外の制御に関わる信号・データの流れ、をそれぞれ示している。

術者は、挿入部１１を被検者の消化管や気管等の体腔内の関心領域まで挿入した後に、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、超音波走査の開始を指示する。

制御回路２６は、この指示を受けると、超音波走査のオン／オフ制御を指令するための走査制御信号を超音波観測装置２へ出力する。

超音波観測装置２は、この走査制御信号を受けると、モータ１７に回転のオン／オフを制御する回転制御信号を出力する。

モータ１７は、この回転制御信号を受けて、超音波振動子１５を回転させる。

超音波振動子１５は、体腔内で回転しながら、超音波の送信と反射波の受信とを繰り返して、各反射波を電気的な超音波信号に変換する。すなわち、超音波振動子１５は、挿入部１１の挿入軸と垂直な平面内で放射状に超音波の送受信を行う、いわゆるラジアル走査を行う。

このとき、超音波観測装置２は、超音波振動子１５を駆動するとともに、超音波振動子１５により反射波から変換された超音波信号と、ロータリーエンコーダ１８から出力されるモータ１７の回転軸の角度の出力値と、を受信する。そして、超音波観測装置２は、受信した超音波信号と回転軸の角度値とに基づいて、超音波振動子１５の１回転のラジアル走査に対する、挿入部１１の挿入軸に垂直な超音波断層像を作成する。

そして、超音波観測装置２は、挿入軸に対するどの方向を超音波断層像の１２時方向として超音波断層像を作成するかを、このロータリーエンコーダ１８からの角度の出力値に基づいて決定するようになっている。

その後、超音波観測装置２は、作成した超音波断層像を、アナログビデオ信号の形式でアナログビデオ出力端子からＩＥＥＥ１３９４コンバータ３のアナログビデオ入力端子へ出力する。

ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３は、アナログビデオ信号の形式で入力された１枚の超音波断層像を、高速でアナログ／デジタル変換してデジタル化し、超音波断層像の各画素の輝度値をデータとするＩＥＥＥ１３９４規格の形式の１枚の超音波断層像データを作成する。そして、ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３は、変換した超音波断層像データを、ＩＥＥＥ１３９４データの形式でＩＥＥＥ１３９４出力端子から超音波画像処理装置７に設けられたＩＥＥＥ１３９４取込回路２１のＩＥＥＥ１３９４入力端子へ出力する。

このように、超音波振動子１５がラジアル走査を繰り返す度に、逐次、超音波観測装置２が、走査により得られた超音波断層像をアナログビデオ信号の形式でＩＥＥＥ１３９４コンバータ３へ出力し、ＩＥＥＥ１３９４コンバータ３が、ＩＥＥＥ１３９４規格の形式で超音波断層像データに変換し、超音波画像処理装置７が、変換後の超音波断層像データを入力することになる。

一方、位置配向データ算出装置４は、コイル１６ａと、コイル１６ｂと、プレート６に設けられたコイルと、をそれぞれ異なる周波数で励磁する。

受信アンテナ５は、コイル１６ａと、コイル１６ｂと、プレート６のコイルと、からの交番磁場を電流として検出し、電気的な位置配向信号に変換して位置配向データ算出装置４に出力する。

位置配向データ算出装置４は、受信アンテナ５から入力した位置配向信号を、周波数毎に分解することにより、どのコイルの磁場を検出して得た位置配向信号なのかを分離する。そして、位置配向データ算出装置４は、分離された各位置配向信号に基づいて、送信コイル１６の位置および配向の値と、プレート６の位置および配向の値と、を位置配向データとして算出する。

そして、位置配向データ算出装置４は、位置配向データをＲＳ−２３２Ｃ出力端子からＲＳ−２３２Ｃ規格の形式で超音波画像処理装置７に設けられたＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２のＲＳ−２３２Ｃ入力端子へ出力する。

位置配向データ算出装置４による各コイルの励磁は、逐次、実施されるために、位置配向データも、逐次、ＲＳ−２３２Ｃ規格の形式で超音波画像処理装置７へ入力されることになる。

ここで、本実施例においては、原点Ｏを受信アンテナ５上に定義して、術者が被検者を検査する実際の空間上に、直交座標軸Ｏ-xyzと、その正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）ｉ，ｊ，ｋと、を図４に示すように定義する。なお、図４は、受信アンテナ５上に定義した直交座標軸Ｏ-xyzと正規直交基底ｉ，ｊ，ｋとを示す図である。

このとき、前記位置配向データの内容は、以下の（１）〜（５）に示すようになっている。
（１） コイル１６ａの中央位置Ａの位置ベクトルＯＡの、直交座標軸Ｏ-xyzにおける各方向成分
（２） コイル１６ａの方向ベクトルＶA の、直交座標軸Ｏ-xyzにおける各方向成分
（３） コイル１６ｂの方向ベクトルＶB の、直交座標軸Ｏ-xyzにおける各方向成分
（４） プレート６の基準位置Ｌの位置ベクトルＯＬの、直交座標軸Ｏ-xyzにおける各方向成分
（５） プレート６の配向を示す３行３列の回転行列Ｔ

ここで、周囲の空間に磁場を発生する２つの送信コイル１６の一方のコイル１６ａは、図１に示すように、超音波振動子１５の近傍に固定されているために、上記位置ベクトルＯＡは、超音波振動子１５の回転中心位置を示すベクトル、すなわち超音波断層像の中心の位置ベクトルと考えて、実用上差し支えない。

さらに、コイル１６ａは、巻線軸の方向がラジアル走査の走査平面に垂直な方向となるように固定されているために、上記ベクトルＶA の方向は、超音波断層像の法線方向である。

なお、位置配向データ算出装置４は、方向ベクトルＶA とＶB の直交座標軸Ｏ-xyzにおける各方向成分を算出する際に、方向ベクトルＶA とＶB の長さを予め単位長に正規化して算出するようになっている。

また、回転行列Ｔは、図４の直交座標軸Ｏ-xyzに対するプレート６の配向を示す３行３列の回転行列である。この回転行列Ｔの（ｍ，ｎ）成分ｔmnは、厳密には、次の数式１により定義される。
［数１］

ここに、右辺の記号「・」は、内積を意味している。

また、数式１の右辺におけるｅn は、説明の都合上便宜的に導入したベクトルで、直交座標軸Ｏ-xyzの基底ベクトルｉ，ｊ，ｋの何れかであり、次の数式２により定義される。
［数２］

さらに、数式１の右辺におけるｅ”m は、説明の都合上便宜的に導入したベクトルで、図３に示すプレート６に固定された直交座標軸Ｏ"-x"y"z"の基底ベクトル（正規直交基底）ｉ”，ｊ”，ｋ”の何れかであり、次の数式３により定義される。
［数３］

プレート６は、上述したように、ベルトで被検者にくくり付けられるようになっているために、この直交座標軸Ｏ"-x"y"z"は、結局、被検者の体表に固定されていることになる。なお、原点Ｏ”は、プレート６との位置関係が固定されている場所であればどこに取っても構わないが、本実施例ではプレート６の基準位置Ｌに取っている。ただし、図３においては、分かり易くするために、直交座標軸Ｏ"-x"y"z"とその正規直交基底ｉ”，ｊ”，ｋ”とを、プレート６から離した位置に記載している。

そして、各基底ベクトルと回転行列Ｔとには、次の数式４が成り立つ。
［数４］

さらに、回転行列Ｔは、いわゆるオイラー角θ，φ，ψを用いて、ｚ軸の周りの角度ψの回転、ｙ軸の周りの角度φの回転、ｘ軸の周りの角度θの回転を、この順序で、直交座標軸Ｏ-xyzに対して施したときに、プレート６上に仮想的に固定された直交座標軸Ｏ"-x"y"z"と一致することを想定した行列である。従って、回転行列Ｔは、次の数式５により表現することもできる。

［数５］

超音波画像処理装置７のＩＥＥＥ１３９４取込回路２１は、ＩＥＥＥ１３９４入力端子から入力された超音波断層像データを、上述したバスを経由して、制御回路２６へ出力する。

また、超音波画像処理装置７のＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２は、ＲＳ−２３２Ｃ入力端子から入力された位置配向データを、前記バスを経由して、制御回路２６へ出力する。

次に、図５は、制御回路２６と画像処理回路２４との作用を示すフローチャートである。

以下では、超音波振動子１５によりラジアル走査を行いながら、術者が被検者の体腔内に挿入した挿入部１１を関心領域から用手的に手前に手引きしていくケースについて、説明する。

この処理を開始すると、まず、ＩＥＥＥ１３９４取込回路２１から超音波断層像データが、ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２から位置配向データが、制御回路２６にそれぞれ入力される（ステップＳ１）。

次に、ステップＳ２ａおよびステップＳ２ｂ（これらをまとめて、適宜、ステップＳ２という。）において、制御回路２６は、位置配向データに基づき、超音波断層像データの１２時方向の単位ベクトル（以下では、１２時方向ベクトルＶ12という。）の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を算出する。

この算出の手順を、図６および図７を参照して説明する。図６はコイル１６ａとコイル１６ｂと超音波断層像との位置関係を示す図、図７は体腔に挿入された挿入部１１の超音波振動子１５がラジアル走査して得られた超音波断層像を図６の矢印Ｇの方向から示した図である。なお、図７においては、消化管や気管等の体腔の内壁が描出されている様子を図示している。

１２時方向ベクトルＶ12の成分を算出する際の着目点として、次の２つが挙げられる。

まず、第１の着目点は、コイル１６ｂが、硬性部１３内において、挿入軸に対し斜めとなる（非直角の）特定の方向に巻線軸が固定されていることである。

次に、第２の着目点は、超音波断層像の１２時方向が挿入軸に対してどの方向に向くかは、ロータリーエンコーダ１８からの角度の出力値に基づいて決定される（つまり、ロータリーエンコーダ１８が決定すると言い換えることもできる）ことである。

これら２つの着目点を考慮すると、１２時方向ベクトルＶ12と、「コイル１６ｂの方向ベクトルＶB の超音波断層像への射影成分ＶB'」と、のなす角度γ2 は、可撓部１４のねじれの向きや形状によることなく既知であると言える。従って、この角度γ2 の値は、制御回路２６のメモリ内に、設計値として既に格納されているものとする。

次に、コイル１６ａの方向ベクトルＶA の方向は、超音波断層像の法線方向であるために、方向ベクトルＶA ，ＶB の外積ＶA ×ＶB と、１２時方向ベクトルＶ12とがなす角度γ3 は、図７を見れば分かる（つまり、ベクトルＶB の射影成分ＶB'と外積ＶA ×ＶB とは直交することが分かる）ように、次の数式６により表される。
［数６］

前記外積ＶA ×ＶB を正規化すると（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜となるが、この正規化された外積ベクトルを、方向ベクトルＶA の周りにγ3 だけ回転させたものが、１２時方向ベクトルＶ12となる。

正規化された外積ベクトル（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分は、方向ベクトルＶA とＶB の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分に基づき算出することができる。すなわち、制御回路２６は、超音波断層像データの１２時方向ベクトルＶ12の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を算出するために、以下のステップＳ２ａおよびステップＳ２ｂの処理を実行する。

まず、（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を算出する（ステップＳ２ａ）。

次に、（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜を方向ベクトルＶA の周りに前記角度γ3 だけ回転させ、１２時方向ベクトルＶ12の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を算出する（ステップＳ２ｂ）。

その後、制御回路２６は、内蔵するタイマで計測している時刻がほぼ同時刻となっているときに入力してきた、超音波断層像データと、位置配向データと、を同時刻のものとして関連付ける（ステップＳ３）。ここに、超音波断層像データと関連付けられる位置配向データは、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、超音波断層像の法線方向であるコイル１６ａの方向ベクトルＶA の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、プレート６の基準位置Ｌの位置ベクトルＯＬの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、プレート６の配向を示す３×３の回転行列Ｔと、上述した方法で求めた１２時方向ベクトルＶ12の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、を含んでいる。

そして、制御回路２６は、関連付けた超音波断層像データと、ベクトルＯＡ，ＶA ，ＯＬ ，Ｖ12および回転行列Ｔとを、バスを経由して、逐次、画像処理回路２４と画像記憶部２３とへ出力する。

画像処理回路２４は、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡと、コイル１６ａの方向ベクトルＶA と、１２時方向ベクトルＶ12と、の直交座標軸Ｏ"-x"y"z"上における各方向成分を算出する。これにより、これら３つのベクトルは、被検者に設定された直交座標軸Ｏ"-x"y"z"で表現されることになる。

具体的には、画像処理回路２４は、以下のステップＳ４ａおよびステップＳ４ｂ（これらをまとめて、適宜、ステップＳ４という。）により処理を行う。

まず、直交座標軸Ｏ"-x"y"z"の原点Ｏ”は、上述したようにプレート６の基準位置Ｌにとっているために、次の数式７が成立する。
［数７］

従って、画像処理回路２４は、この数式７を用いて、ベクトルＯ”Ａの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を算出する（ステップＳ４ａ）。

次に、画像処理回路２４は、プレート６の配向を示す３×３の回転行列Ｔと、ベクトルＯ”Ａ，ＶA ，Ｖ12の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、の積をそれぞれ算出する（ステップＳ４ｂ）。この積が、ベクトルＯ”Ａ，ＶA ，Ｖ12の直交座標軸Ｏ"-x"y"z"上における各方向成分となる。

ここで、画像処理回路２４は、内部に搭載されたメモリに、図８（Ｂ）に示されるようなボクセルというメモリセルを単位とするデータ領域（以下、ボクセル空間）を予め用意する。ここに図８は、超音波断層像データとボクセル空間と３次元画像とを示す図である。各ボクセルのアドレスには直交座標軸Ｏ"-x"y"z"上における各方向成分が割り当てられており、各ボクセルのデータには輝度値が割り当てられる。なお、データを書き込む前に、各ボクセルのデータは予め０に初期化されるようになっている。

画像処理回路２４は、ベクトルＯ”Ａ，ＶA ，Ｖ12の直交座標軸Ｏ"-x"y"z"上における各方向成分に基づいて、超音波断層像データの各画素に対応するボクセルを特定し、その画素の輝度値を特定したボクセルに書き込む（ステップＳ５）。

その後、術者が、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、ラジアル走査の終了を指示したか否かを判断する（ステップＳ６）。ここで、ラジアル走査の終了が指示されていない場合には、ステップＳ１へ戻って上述したような処理を繰り返して行う。

こうして、超音波振動子１５がラジアル走査を行いながら、術者が被検者の体腔内に挿入した挿入部１１を関心領域から用手的に手前へ手引きして行くにつれて、図８（Ａ）に示すように、超音波断層像データと、この超音波断層像データに関連付けられた位置配向データと、が手引きの軌跡に沿って制御回路２６へ順次入力されて行く。なお、図８（Ａ）に示す例では、超音波断層像データに、手引きで得られた順番を示す番号が付されている。制御回路２６と画像処理回路２４とは、順次入力される超音波断層像データに対して、上述したようなステップＳ１からステップＳ６の処理を繰り返して行うことにより、手引きに沿って得られた超音波断層像データをボクセル空間へ書き込んで行く。これにより、ボクセル空間内には、データが蓄積され、体腔内の３次元データとして形成されて行く。

また、上述のステップＳ６において、ラジアル走査の終了が指示された場合には、画像処理回路２４は、超音波断層像データ間の重複部分を平均化したり、あるいは疎の部分を補間したりして、ボクセル空間内の全てのボクセルにデータを書き込む（ステップＳ７）。上述のように、各ボクセルのデータの初期値は０となっているために、超音波断層像データ上もしくは超音波断層像データ間に相当するボクセルには超音波断層像データの輝度値またはその補間値が書き込まれるが、それ以外のボクセルのデータは０のままである。

続いて、画像処理回路２４は、０以外のデータを持つボクセルを抽出することにより、図８（Ｃ）に示すような３次元画像のデータを作成する（ステップＳ８）。

そして、画像処理回路２４は、作成した３次元画像のデータを、表示回路２５へ出力する（ステップＳ９）。

表示回路２５は、入力された３次元画像のデータを、表示装置９に表示可能なアナログビデオ信号に変換して、変換したアナログビデオ信号を表示装置９へ出力する。

表示装置９は、入力されたアナログビデオ信号に基づいて、３次元画像を画面に表示する。

なお、この後、術者は、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、制御回路２６および表示回路２５を介して、図９（Ａ）に示すようなポインタＰＴおよび切断面指定線を、表示装置９の画面に表示された３次元画像と一緒に表示させる。ここに、図９は、３次元画像における切断面指定線とボクセル空間における切断面と切断面が表示される新たな３次元画像との関係を示す図である。

次に、術者は、マウス８ａを用いてポインタＰＴを操作することにより、切断面指定線を、３次元画像上で所望の位置、大きさ、形状に変更するように指示する。

画像処理回路２４は、切断面指定線で設定された切断面を、対応するボクセル空間内の位置、配向に設定し、図９（Ｂ）に示すようにボクセル空間内で３次元画像のデータを切断して、切断面の画像を生成する。

続いて、画像処理回路２４は、この切断面の画像を用いて新たな３次元画像のデータを作成し、表示回路２５へ出力する。

表示回路２５は、この新たな３次元画像のデータを表示装置９に表示可能なアナログビデオ信号に変換して、変換したアナログビデオ信号を表示装置９へ出力する。

表示装置９は、入力されたアナログビデオ信号に基づいて、図９（Ｃ）に示すような新たな３次元画像を画面に表示する。

なお、図９（Ｃ）においては、図９（Ａ）との対比を明確にするために、元の３次元画像の内の、切断面で切断されて表示装置９上に表示されない部分を点線で示している。

このような実施例１によれば、コイル１６ａとコイル１６ｂとを互いの巻線軸が斜交またはねじれの位置となるように硬性部１３内に配設し、各コイル１６ａ，１６ｂの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶA ，ＶB を求め、これらの方向ベクトルＶA ，ＶB に基づき、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡと１２時方向ベクトルＶ12との直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を各３つずつ算出して、計６つの自由度の情報を検出するように構成したために、巻線軸同士が直交するように２つのコイルを配設する従来の構成に比して、超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、６つの自由度の情報を検出することが可能となる。

また、制御回路２６が、超音波断層像データと、この超音波診断像データに関連付けられたベクトルＯＡ，ＶA ，ＯＬ ，Ｖ12および回転行列Ｔとを、画像処理回路２４へ出力するだけでなく、画像記憶部２３へも逐次出力するように構成したために、術者は、被検者の体腔内から挿入部１１を抜去した後に、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択して、関連付けた超音波断層像データと、ベクトルＯＡ，ＶA ，ＯＬ ，Ｖ12および回転行列Ｔと、を画像処理回路２４に読み込ませ、３次元画像や切断面の画像を再度作成させることができる。そのために、術者は、被検者の再検査の前やその後の手術等の前に、画像処理回路２４に再度作成させた３次元画像や切断面の画像をレビューして、再検査や手術の方針を決定することが可能となる。

なお、上述した実施例１においては、超音波断層像の位置および配向についての計６つの自由度の情報として、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡの直交座標軸Ｏ-xyz上における３つの方向成分と、１２時方向ベクトルＶ12の直交座標軸Ｏ-xyz上における３つの方向成分と、を算出するように構成している。しかし、位置ベクトルＯＡのような超音波断層像の中心を算出するに限るものではなく、超音波断層像の端点や、その他の特定点を算出するようにしても構わない。同様に、１２時方向ベクトルＶ12を算出するに限るものではなく、例えば３時方向ベクトルや、それ以外の斜め方向のベクトルなど、超音波断層像に対する他の特定の方向を算出するようにしても構わない。

また、上述した実施例１においては、光学的な観察手段を備えていない超音波プローブ１を例に挙げたが、ＣＣＤカメラを備えた光学観察窓と照明光を照射する照明窓とを硬性部１３に備える超音波内視鏡を、超音波プローブ１として用いても良い。

さらに、上述した実施例１では、挿入部１１の先端側の硬性部１３内に送信コイル１６を設けて、受信アンテナ５内に磁場を検出するための複数の受信コイルを設けたが、送信コイルと受信コイルの配置を逆にしても構わない。すなわち、挿入部１１の先端側の硬性部１３内に送信コイルに代えて受信コイルを設けるとともに、受信アンテナ５の位置に該受信アンテナ５に代えて磁場を送信するための複数の送信コイルを備えた送信アンテナを設けるように構成しても良い。

図１０および図１１は本発明の実施例２を示したものであり、図１０は超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

この実施例２において、上述の実施例１と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施例２の超音波診断装置は、上述した実施例１の図１に示した超音波診断装置と、以下の点が異なっている。

超音波プローブ１は、管状をなし、該管状の内部が中空となっている鉗子チャンネル３１を備えている。この鉗子チャンネル３１は、手元側の操作部１２において一端が開口し、挿入部１１の可撓部１４を経由して、先端側の硬性部１３において他端が開口している。以下では、鉗子チャンネル３１の操作部１２側の開口（第２の開口）を鉗子口３１ａ、鉗子チャンネル３１の硬性部１３側の開口（第１の開口）を突出口３１ｂと呼ぶことにする。この鉗子チャンネル３１は、突出口３１ｂ付近の硬性部１３内において、側方（硬性部１３の外径方向）へ向けて湾曲または屈曲するように形成されたものとなっている。

さらに、この実施例２においては、送信コイル１６を超音波プローブ１自体に設ける代わりに、コイルプローブ３２に設けるようにしている。このコイルプローブ３２は、前記鉗子チャンネル３１に挿通されるものであり、可撓性のある材料により構成された外筒３２ａを備えている。そして、このコイルプローブ３２の外筒３２ａの内部には、送信コイル１６を構成するコイル１６ａとコイル１６ｂとが、それぞれの巻線軸をコイルプローブ３２に沿わせるように、配設されている。これら２つのコイル１６ａ，１６ｂの内の、一方のコイル１６ｂは、図１０に示すように、他方のコイル１６ａよりも先端側となるように配設されており、各コイル１６ａ，１６ｂは、コイルプローブ３２の先端からの距離がそれぞれ決められて固定されている。

また、コイルプローブ３２の基端側には、硬性のコネクタ３２ｂが設けられており、コイル１６ａ，１６ｂを励磁するための信号線が、該コイル１６ａ，１６ｂから外筒３２ａの内部を挿通された後に、コネクタ３２ｂへ接続されている。このコネクタ３２ｂは、前記信号線に接続される図示しない端子を備えており、この端子に、位置配向データ算出装置４からの図示しないケーブルが接続されるようになっている。

さらに、コイルプローブ３２の外筒３２ａの表面の、コネクタ３２ｂに近い基端側の所定位置には、目視によって確認することができる指標たる環状の鉗子口マーカ３２ｃが設けられている。この鉗子口マーカ３２ｃを設ける所定位置は、コイルプローブ３２の先端から計った所定距離の位置となっている。

また、鉗子口３１ａには、術者が鉗子チャンネル３１内にコイルプローブ３２を挿通した後に、該コイルプローブ３２を着脱可能に固定するための図示しない固定治具が設けられている。

その他の構成については、上述した実施例１と同様である。

次に、この実施例２において、上述した実施例１と異なる作用について説明する。簡潔に述べれば、この実施例２においては、コイル１６ａとコイル１６ｂとを所定の位置に配置させるときの作用が異なっている。

術者は、挿入部１１を被検者の消化管や気管等の体腔内の関心領域まで挿入する。

その後に、術者は、図１０に示すように、コイルプローブ３２を鉗子口３１ａから鉗子チャンネル３１内へ挿入する。このときに、術者は、鉗子口マーカ３２ｃが、ちょうど鉗子口３１ａの位置に達することを目視で確認し、その状態になるまでコイルプローブ３２を挿入して行く。鉗子口マーカ３２ｃがちょうど鉗子口３１ａの位置に達すると、コイルプローブ３２の先端付近は鉗子チャンネル３１の突出口３１ｂ付近の硬性部１３内で湾曲もしくは屈曲する。その後に、術者は、鉗子口３１ａの固定治具を用いて、コイルプローブ３２が鉗子チャンネル３１内を動くことがないように固定する。

このとき、コイル１６ａとコイル１６ｂとは、図１０に示すように、鉗子チャンネル３１の湾曲もしくは屈曲する部分を挟んで、互いの巻線軸が斜交するように固定される状態となる。さらにこのときには、コイル１６ａの位置は超音波振動子１５の近傍となり、かつコイル１６ａの巻線軸Ｋａがラジアル走査の走査平面に垂直な方向に向く状態となる。一方、コイル１６ｂは、突出口３１ｂから突出して固定された状態となる。すなわち、コイル１６ａとコイル１６ｂとがこのような状態で固定されるように、コイル１６ａと、コイル１６ｂと、鉗子口マーカ３２ｃと、のコイルプローブ３２の先端からの距離が決められている。

図１１は、硬性部１３に配設されている送信コイル１６の配置を拡大して示す図である。この図１１においても、実施例１と同様に、コイル１６ａの巻線軸Ｋａとコイル１６ｂの巻線軸Ｋｂとを、それぞれのコイル導線の周回の中心軸として定義し、点線により示している。

術者が鉗子口３１ａの固定治具を用いてコイルプローブ３２が鉗子チャンネル３１内を動くことがないように固定すると、コイル１６ａと、コイル１６ｂと、コイル１６ａの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶA と、コイル１６ｂの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶB と、コイル１６ａの中央位置Ａと、コイル１６ｂの中央位置Ｂと、の位置関係は、図１１に示すようになる。

この後に、術者は、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、ラジアル走査の開始を指示する。

その他の作用については、上述した実施例１と同様である。

このような実施例２によれば、硬性部１３内の突出口３１ｂ付近で湾曲もしくは屈曲している鉗子チャンネル３１を超音波プローブ１に設けて、この湾曲を利用してコイル１６ａとコイル１６ｂとを超音波プローブ１の挿入部１１の先端部で互いの巻線軸が斜交またはねじれの位置となるように固定し、実施例１と同様に、各コイル１６ａ，１６ｂの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶA ，ＶB を求め、これらの方向ベクトルＶA ，ＶB に基づき、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡと１２時方向ベクトルＶ12との直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を各３つずつ算出して、計６つの自由度の情報を検出するように構成したために、巻線軸同士が直交するように２つのコイルを配設する従来の構成に比して、超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、６つの自由度の情報を検出することが可能となる。

さらに、この実施例２によれば、鉗子チャンネル３１内に挿通され、鉗子口３１ａで着脱可能に固定されるコイルプローブ３２内に、コイル１６ａとコイル１６ｂとを設けたために、３次元画像を得る必要がない場合にはコイルプローブ３２を引き抜くことができる。従って、このときには、鉗子チャンネル３１をその他の用途、例えば、処置を行うために処置具を挿通する用途や、超音波の伝播に必要な水を注水する用途などに用いることが可能となる。このようにコイルプローブ３２は、鉗子チャンネル３１の多目的な使用を禁止するものとはなっていないために、鉗子チャンネル３１を備える超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、必要な自由度の情報を検出することが可能となっている。

そして、この実施例２によれば、コイル１６ａとコイル１６ｂとがこの鉗子チャンネル３１の湾曲もしくは屈曲する部分を挟んで互いの巻線軸が斜交またはねじれの位置となるように固定される際に、コイル１６ｂが突出口３１ｂから突出するようにしたために、斜交したコイル１６ｂを全て硬性部１３内に設けた実施例１よりも、より一層、超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、自由度の情報を検出することができる。

加えて、この実施例２によれば、コイルプローブ３２の外筒３２ａの表面の、先端から決まった位置に、目視で確認することができる環状の鉗子口マーカ３２ｃを設けて、この鉗子口マーカ３２ｃがちょうど鉗子口３１ａの位置に達したところで、コイルプローブ３２の先端付近が鉗子チャンネル３１の突出口３１ｂ付近の硬性部１３内で湾曲もしくは屈曲し、コイル１６ａとコイル１６ｂとがこの鉗子チャンネル３１の湾曲もしくは屈曲する部分を挟んで互いの巻線軸が斜交またはねじれの位置となるように固定されるよう構成したために、術者は、コイル１６ａの巻線軸とコイル１６ｂの巻線軸とが互いに適切に斜交する位置を目視で確認することができる。

本実施例２によれば、その他、実施例１と同様の効果を奏することができる。

なお、上述した実施例２においては、光学的な観察手段を備えていない超音波プローブ１を例に挙げたが、ＣＣＤカメラを備えた光学観察窓と照明光を照射する照明窓とを硬性部１３に備える超音波内視鏡を、超音波プローブ１として用いても良い。このような構成を採用することにより、光学観察窓により撮像した光学像の視野下で、鉗子チャンネル３１に生検鉗子や薬剤注入用の針を挿通して各種の処置を実施することが可能となる。さらに、この処置の前後で、コイルプローブ３２を鉗子チャンネル３１に挿通して挿入部１１を用手的に手引きすることにより、消化管壁や気管壁などの外側の処置前後における様子の変化や薬剤の注入量等を、３次元画像やボクセル空間内のデータにより確認することが可能となる。

また、上述した実施例２においては、送信コイル１６を構成するコイル１６ａとコイル１６ｂとを、それぞれの巻線軸がコイルプローブ３２に沿うように、コイルプローブ３２の外筒３２ａの内部に設けているために、コイルプローブ３２を細く構成することができる。これにより、現在普及している、鉗子チャンネル３１を設けた汎用の超音波内視鏡を、改造することなく用いることが可能となる。

さらに、実施例１の変形例で述べたような変形例を、この実施例２においてもほぼ同様に採用することが可能である。

図１２は本発明の実施例３を示したものであり、超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この実施例３において、上述の実施例１，２と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施例３の超音波診断装置は、上述した実施例２の図１０に示した超音波診断装置と、以下の点が異なっている。

図１２に示すように、本実施例の操作部１２には、モータ１７とロータリーエンコーダ１８とが設けられていない。

そして、本実施例の硬性部１３には、図１２に示すように、超音波振動子アレイ４１が設けられている。この超音波振動子アレイ４１は、挿入軸の周囲に、該挿入軸に沿った短冊状をなすように切断された極小の超音波振動子群が、該挿入軸を略中心とする環状に配列されて構成されたものである。この超音波振動子アレイ４１を構成する各超音波振動子は、それぞれ超音波信号線４２を介して、操作部１２を経由し超音波観測装置２と接続されている。

その他の構成については、上述した実施例２と同様である。

次に、この実施例３において、上述した実施例２と異なる作用について説明する。簡潔に述べれば、この実施例３においては、超音波観測装置２が超音波断層像を作成する作用が異なっている。

超音波観測装置２は、超音波振動子アレイ４１を構成する超音波振動子の内の、一部かつ複数の超音波振動子にのみ、パルス電圧状の励起信号を送信する。励起信号を受け取った超音波振動子は、該信号を、媒体の疎密波である超音波に変換する。

このとき、超音波観測装置２は、各励起信号がそれぞれの超音波振動子に到着する時刻が異なるように、各励起信号に遅延をかけている。より具体的には、この遅延は、各超音波振動子が励起する超音波が被検者の生体内で重ね合わせられたときに、一本の超音波のビームを形成するようにかけられる。こうしてビームとして形成された超音波は、被検者の生体内へ照射される。この照射によって発生する生体内からの反射波は、照射したときと逆の経路を辿って、各超音波振動子へ到達する。各超音波振動子は、この反射波を電気的なエコー信号に変換し、前記励起信号とは逆の経路により超音波観測装置２へ送信する。

次に、超音波観測装置２は、超音波のビームが挿入部１１の挿入軸に垂直な平面内をラジアル走査するように、超音波のビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直して、選択した超音波振動子へ向けて再び励起信号を送信する。これにより、超音波のビームの照射方向の角度が変化する。このような処理を繰り返して行うことにより、いわゆる、電子ラジアル走査が行われる。

なお、超音波観測装置２が超音波断層像の１２時方向を挿入軸に対してどの方向に向けて超音波断層像を作成するかは、該超音波観測装置２による超音波振動子の選択方法により決定されることになる。

その他の作用については、上述した実施例２と同様である。

上述した実施例１および実施例２では、機械的なラジアル走査を採用して、モータ１７の回転角度位置を該モータ１７に隣接して設けたロータリーエンコーダ１８によって検出するように構成しているために、例えばフレキシブルシャフトにねじれが生じて、このねじれが複数のラジアル断層像間で一様にならないことが原因で、３次元画像や切断面の画像上に若干の歪みが現れる懸念がある。

これに対して、この実施例３によれば、超音波観測装置が超音波のビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択することにより、超音波のビームの角度が反復的に変更されて電子ラジアル走査が行われるように構成したために、超音波断層像の１２時方向を挿入軸に対してどの方向にするかが超音波観測装置による超音波振動子の選択方法により決定され、歪みのない３次元画像や切断面の画像を作成することが可能となる。

本実施例３によれば、その他、実施例２と同様の効果を奏することができる。

なお、実施例３においては、上述した実施例２と同様に、硬性部１３内の突出口３１ｂ付近で湾曲または屈曲する鉗子チャンネル３１を超音波プローブ１に設けて、この湾曲または屈曲を利用して、コイル１６ａとコイル１６ｂとを超音波プローブ１の挿入部１１の先端部で斜交またはねじれの位置に固定するように構成したが、上述した実施例１と同様に、コイル１６ａとコイル１６ｂとを超音波プローブ１の挿入部１１における硬性部１３の内部で斜交させて設けるようにしても良い。

また、実施例３においては、挿入部１１の挿入軸に垂直な平面内をラジアル走査するように構成しているが、このラジアル走査は、３６０°全周でなくとも良く、例えば３００°程度であっても構わない。

さらに、実施例１の変形例や実施例２の変形例で述べたような変形例を、この実施例３においてもほぼ同様に採用することが可能である。

図１３および図１４は本発明の実施例４を示したものであり、図１３は超音波診断装置の挿入部１１の先端部の構成と、超音波プローブのねじりにより得られる超音波断層像データ群と、を示す図である。

この実施例４において、上述の実施例１〜３と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

まず、本実施例における超音波診断装置の挿入部１１の先端部（硬性部１３と、可撓部１４の一部）の構成が、実施例３の図１２に示したものと異なる部分について、図１３（Ａ）を参照して説明する。

図１３（Ａ）に示すように、本実施例の硬性部１３には、挿入軸に沿ってある曲率をもった略凸円状の超音波振動子アレイ４１Ｂが、該硬性部１３の周面から突出するように設けられている。この超音波振動子アレイ４１Ｂは、挿入軸に直交する軸に沿った短冊状をなすように切断された極小の超音波振動子群が、挿入軸方向の前記略凸円状に沿って配列して構成されたものとなっている。

この超音波振動子アレイ４１Ｂを構成する各超音波振動子は、それぞれ超音波信号線４２を介して、操作部１２を経由し超音波観測装置２と接続されている。

さらに、鉗子チャンネル３１は、硬性部１３内の突出口３１ｂ付近において湾曲もしくは屈曲するように構成されている。この鉗子チャンネル３１は、前記湾曲もしくは屈曲の方向と、突出口３１ｂの開口方向とが、超音波振動子アレイ４１Ｂによる後述するコンベックス走査の走査範囲内に該鉗子チャンネル３１に挿通した処置具等が突出する方向となるように構成されている。

その他の構成については、上述した実施例３と同様である。

次に、この実施例４において、上述した実施例３と異なる作用について説明する。簡潔に述べれば、この実施例４においては、超音波観測装置２が超音波断層像を作成する作用と、制御回路２６の作用と、術者の挿入部１１の動かし方と、が異なっている。

以下では、超音波振動子アレイ４１Ｂにより後述するコンベックス走査を行いながら、術者が被検者の体腔内に挿入した挿入部１１を挿入軸の周りに用手的にねじっていくケースについて、説明する。

超音波振動子を凸状に配列してなる超音波振動子アレイ４１Ｂは、上述した実施例３と同様の方法により、超音波のビームを形成する。

超音波観測装置２は、このビームにより、挿入部１１の挿入軸を含む平面内の一方向の走査を行う。その後、超音波のビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直して、再び励起信号を送信することにより、超音波のビームの角度が前記平面内において矢印ＣＶに示すような方向へ変化する。これを反復的に繰り返すことにより、いわゆるコンベックス走査が実現する。

また、制御回路２６の作用は、上述した実施例１の図５において説明したステップＳ２以降の作用が異なっている。これについて、図１４を参照して説明する。図１４は、２つのコイルとコンベックス走査によって得られた超音波断層像との位置関係と、該位置関係の一部を簡略化して模式的に示した位置関係と、を示す図である。

まず、図１４（Ａ）は、コイル１６ａとコイル１６ｂとコンベックス走査によって得られた超音波断層像との位置関係を示す図である。

前述のように、鉗子チャンネル３１の湾曲もしくは屈曲の方向と、突出口３１ｂの開口方向とは、コイルプローブ３２がコンベックス走査の走査範囲内に突出する方向となっているために、超音波振動子アレイ４１Ｂの曲率中心Ｑと、コイル１６ａの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶA と、コイル１６ｂの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶB とは、超音波断層像と同一平面内にある。

次に、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示した位置関係に基づいて、超音波断層像の曲率中心Ｑと、コイル１６ａの中央位置Ａと、コイル１６ａの巻線軸の方向を示す方向ベクトルＶA と、方向ベクトルの外積ＶA ×ＶB を正規化した単位ベクトル（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜と、の相互の位置関係をより簡略化して模式的に示した図である。

この図１４（Ｂ）においては、横方向の単位ベクトルをＶA 、紙面に鉛直上方向の単位ベクトルを（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜にとっている。それ故に、図１４（Ｂ）における縦方向の単位ベクトルは、ＶA ×｛（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜｝である。従って、図１４（Ｂ）に示すように、コイル１６ａの中央位置Ａと超音波断層像の曲率中心Ｑとの間の距離を、横方向にε、縦方向にδであると定義すると、次に示すような数式８が成り立つ。
［数８］

術者が、鉗子口マーカ３２ｃがちょうど鉗子口３１ａの位置に達することを目視で確認し、その状態になるまでコイルプローブ３２を挿入して行くと、コイル１６ａとコイル１６ｂと超音波振動子アレイ４１Ｂとの相互の位置関係が一意的に決定される。これにより、このときのεとδの値も、一意的に決定される。このときのεとδとは、設計値として、制御回路２６のメモリ内に格納されているものとする。

超音波断層像の縦方向の単位ベクトルＶA ×｛（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜｝の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分は、方向ベクトルＶA とＶB の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分に基づき算出することができる。また、超音波断層像の曲率中心Ｑの位置ベクトルＯＱの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分は、方向ベクトルＶA とＶB の直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分と、数式８と、を用いて算出することができる。

本実施例では、制御回路２６は、上述した実施例１において超音波断層像の中心の位置ベクトルとして用いたＯＡの代わりに、超音波断層像の曲率中心Ｑの位置ベクトルＯＱを用いている。また、本実施例では、制御回路２６は、実施例１のステップＳ２で説明した超音波断層像の１２時方向ベクトルＶ12を算出する代わりに、超音波断層像の上方を示す単位ベクトルＶA ×｛（ＶA ×ＶB ）／｜ＶA ×ＶB ｜｝を用いている。

こうして、超音波振動子アレイ４１Ｂがコンベックス走査を行いながら、術者が被検者の体腔内に挿入した挿入部１１を、関心領域の近傍において、挿入軸周り（図１３の矢印ＲＴの方向）に用手的にねじっていくにつれて、図１３（Ｂ）に示すように、超音波断層像データと関連付けられた位置配向データとがねじりの軌跡に沿って制御回路２６へ順次入力されて行く。なお、この図１３（Ｂ）においては、ねじりで得られた順番に、超音波断層像データに番号が付されている。

制御回路２６と画像処理回路２４とは、順次入力される超音波断層像データに対して、実施例１で説明した作用に一部の変更を加えた上記作用を繰り返すことにより、ねじりに沿って得られた超音波断層像データをボクセル空間へ書き込んでいく。これにより、体腔内の３次元データが形成されていくことになる。

その他の作用については、上述した実施例３と同様である。

このような実施例４によれば、コンベックス走査用の超音波振動子アレイ４１Ｂを備えたために、走査を行いながら、術者が超音波プローブ１を用手的にねじるだけで、コンベックス走査を行うことが可能となる。さらに、鉗子チャンネル３１に挿通した処置具等がコンベックス走査の走査範囲内に突出する方向になるように、鉗子チャンネル３１の、湾曲もしくは屈曲と、突出口３１ｂと、を構成したために、超音波振動子アレイの曲率中心Ｑと、各コイルの巻線軸の中心と、各コイルの巻線軸の方向ベクトルと、が同一平面状に存在することになり、自由度の算出を容易に行うことが可能となる。そして、鉗子チャンネル３１内にコイルプローブ３２を挿通する構成を採用しているために、３次元画像を得る必要がないときには該コイルプローブ３２を鉗子チャンネル３１から引き抜けば、該鉗子チャンネル３１を他の用途に、例えば、穿刺吸引生検を行うために穿刺針を挿通したり、超音波の伝播に必要な水を注水したりするために、用いることが可能となる。しかも、このような操作を、超音波画像によるガイドをともなって行うことが可能である。

さらに、鉗子チャンネル３１を多目的に使用することができるために、鉗子チャンネル３１を設けた超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、自由度の情報を検出することができる。

加えて、こうした処置の前後に、コイルプローブ３２を挿通してコンベックス走査を行うことにより、例えば穿刺吸引生検の前後における、消化管壁や気管壁などの外側の関心領域の様子の変化や吸引量を、３次元画像やボクセル空間内のデータにより確認することも可能となる。

また、本実施例では、送信コイル１６を構成するコイル１６ａとコイル１６ｂとを、それぞれの巻線軸がコイルプローブ３２に沿うように、コイルプローブ３２の外筒３２ａの内部に設けているために、コイルプローブ３２を細く構成することができる。これにより、現在普及している、鉗子チャンネル３１を設けた汎用のコンベックス走査型超音波プローブ、または硬性部１３にＣＣＤカメラを備えた光学観察窓と照明光を照射する照明窓とをさらに備える汎用のコンベックス走査型超音波内視鏡を、改造することなく用いることが可能となる。

その他の効果については、上述した実施例３と同様である。

なお、実施例４においては、上述した実施例３と同様に、硬性部１３内の突出口３１ｂ付近で湾曲または屈曲する鉗子チャンネル３１を超音波プローブ１に設けて、この湾曲または屈曲を利用して、コイル１６ａとコイル１６ｂとを超音波プローブ１の挿入部１１の先端部で斜交またはねじれの位置に固定するように構成したが、上述した実施例１と同様に、コイル１６ａとコイル１６ｂとを超音波プローブ１の挿入部１１の先端側に設けた硬性部１３の内部で斜交させて設けるようにしても良い。

さらに、実施例１から実施例３の変形例で述べたような変形例を、この実施例４においてもほぼ同様に採用することが可能である。

図１５および図１６は本発明の実施例５を示したものであり、図１５は超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

この実施例５において、上述の実施例１〜４と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施例５の超音波診断装置は、上述した実施例３の図１２に示した超音波診断装置と、以下の点が異なっている。

超音波画像処理装置７は、図１２に示した各構成に加えて、通信モデムを含む通信回路２７を備えている。この通信回路２７は、大容量のデータを高速に通信することができるものとなっている。

通信回路２７は、本超音波診断装置の外部に設けられているＸ線３次元ヘリカルＣＴ（Computer Tomography）装置５２や３次元ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置５３などの外部機器と、光通信やＡＤＳＬ等の高速なネットワーク５１を介して、通信可能に接続されている。そして、通信回路２７は、画像記憶部２３と接続されていて、こうした外部機器から受信したデータを、該画像記憶部２３へ転送するようになっている。加えて、通信回路２７は、バスを介して制御回路２６と接続されており、各種の指令により制御されるようになっている。

なお、その他の構成については、上述した実施例３と同様である。

次に、この実施例５において、上述した実施例３と異なる作用について説明する。

上述した実施例１から実施例４までは、３次元画像や切断面の画像を作成していたが、本実施例ではこれらに代えて、超音波断層像の被検者の体内での位置を案内するガイド画像を作成するようになっている。

なお、図１５においては、実線が超音波断層像の位置、配向に関わる信号・データの流れ、点線が超音波に関わる信号・データの流れ、太点線がＸ線３次元ヘリカルＣＴ装置５２や３次元ＭＲＩ装置５３により撮像された外部機器断層像（後述の説明参照）に関わる信号・データの流れ、２点鎖線が表示装置９の最終的な表示画面に関わる信号・データの流れ、１点鎖線がそれ以外の制御に関わる信号・データの流れ、をそれぞれ示している。

まず、第１の作用として、複数枚の外部機器断層像上で特徴点を指定する作用について説明する。

術者は、事前に３次元ヘリカルＣＴ装置５２や３次元ＭＲＩ装置５３を用いて、被検者の頭部から足までの体軸に垂直な断層像（上述および以下では、外部機器断層像という。）を身体全体にわたって連続して取得する。

次に、術者は、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、外部機器断層像のデータ（以下では、外部機器断層像データ２３ａ（図１５参照）という。）の取得を指示する。このときに術者は、入手先も同時に指示する。この指示により、制御回路２６は、通信回路２７に対して外部機器断層像データ２３ａの取り込みとその入手先とを指令する。例えば、入手先がＸ線３次元ヘリカルＣＴ装置５２であった場合には、通信回路２７は、外部機器断層像データ２３ａとしてネットワーク５１から複数枚の２次元ＣＴ画像のデータを取り込み、画像記憶部２３に記憶させる。

続いて、術者は、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、複数枚の外部機器断層像から解剖学的に特徴となる点（以下、特徴点）が写っている外部機器断層像を選択するように制御回路２６に指示する。制御回路２６は、この指示を受けて、画像記憶部２３から外部機器断層像データ２３ａを読み込むように、画像処理回路２４へ指令を出力する。画像処理回路２４は、選択された外部機器断層像データ２３ａを画像記憶部２３から読み込んで、表示回路２５へ出力する。表示回路２５は、外部機器断層像データ２３ａを表示装置９に表示可能なアナログビデオ信号に変換して、外部機器断層像を表示装置９へ出力する。

そして、術者は、表示装置９の画面に出力された外部機器断層像上で、マウス８ａを用いて特徴点を指定する。

術者は、複数枚の外部機器断層像から特徴点が写っている外部機器断層像を選択し、特徴点を指定する作用を４回繰り返す。この作用により、複数枚の外部機器断層像データ２３ａ上で計４点の特徴点が指定される。なお、特徴点としては、硬性部１３が直接接触することのできる体腔表面の点が選ばれる。具体的な例としては、関心領域が消化管である場合には、十二指腸下降脚最下端、十二指腸乳頭、幽門輪、噴門等が選ばれる。

次に、第２の作用として、被検者の体腔表面上で特徴点を指定する作用について説明する。

術者は、挿入部１１を被検者の消化管や気管等の体腔内の関心領域まで挿入する。

そして、術者は、鉗子口マーカ３２ｃがちょうど鉗子口３１ａの位置に達することを目視で確認し、その状態になるまでコイルプローブ３２を挿入していく。

その後、術者は、外部機器断層像上で指定した特徴点に対応した被検者の体腔表面上の点に、硬性部１３を接触させる。

続いて、術者は、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、接触した時点でのコイル１６ａの中央位置Ａを取得するように制御回路２６へ指示する。制御回路２６は、この指示を受けて、ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２からコイル１６ａの中央位置Ａの位置ベクトルＯＡの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を取り込み、取り込んだ値を画像処理回路２４へ出力する。

術者は、被検者の体腔表面上の点に硬性部１３を接触させて、コイル１６ａの中央位置Ａを取得する作用を４回繰り返す。これにより、複数枚の外部機器断層像上で選ばれた計４点の特徴点に対応する被検者の体腔表面上の点が指定される。例えば複数枚の外部機器断層像上で選ばれた計４点の特徴点が、上述したような十二指腸下降脚最下端、十二指腸乳頭、幽門輪、噴門である場合には、術者は、被検者の体腔表面上のこれらの点に、硬性部１３を順次接触させ、接触の度に、制御回路２６がコイル１６ａの中央位置Ａの位置ベクトルＯＡの直交座標軸Ｏ-xyz上における各方向成分を体腔表面上の実際の位置として取り込み、取り込んだ値を画像処理回路２４へ出力する。

続いて、第３の作用として、ガイド画像を作成し、超音波断層像と、超音波断層像の被検者体内での位置を案内するガイド画像と、を表示装置９へ出力する作用について説明する。

画像処理回路２４は、術者が外部機器断層像上で指定して得た４つの特徴点と、術者が被検者の体腔表面上の点に硬性部１３を接触させて得た各特徴点に対応する位置と、をそれぞれ照合して、直交座標軸Ｏ-xyzと、画像記憶部２３に記憶された被検者の複数の外部機器断層像データ２３ａと、の位置関係を算出する。

次に、術者は、挿入部１１を被検者の消化管や気管等の体腔内の関心領域まで挿入した状態で、キーボード８ｂの所定のキーを押すか、または表示装置９の画面上のメニューをマウス８ａで選択することにより、超音波走査の開始を指示する。このとき、制御回路２６に、ＩＥＥＥ１３９４取込回路２１から超音波断層像データが入力され、ＲＳ−２３２Ｃ取込回路２２から位置配向データが順次入力される。

続いて、制御回路２６は、上述した実施例１のステップＳ２からステップＳ３で説明した作用と同様の作用を実施して、関連付けた超音波断層像データと、超音波断層像の中心の位置ベクトルＯＡ、超音波断層像の法線方向の方向ベクトルＶA 、１２時方向ベクトルＶ12とを、逐次、バスを経由して、画像処理回路２４へ出力する。これらの内の超音波断層像データは、画像処理回路２４を経て、表示回路２５へスルーで出力される。

その後、画像処理回路２４は、画像記憶部２３に記憶された複数の外部機器断層像データ２３ａとベクトルＯＡ、ＶA 、Ｖ12とに基づいて、超音波断層像の平面に対応する切断面の画像をガイド画像データとして作成する。

そして、表示回路２５は、スルーで入力してきた超音波断層像データと、ガイド画像のデータと、を表示装置９に表示可能なアナログビデオ信号に変換して、両者を並べて表示装置９へ出力する。

超音波走査によって超音波断層像が順次入力する度に、上述したように、制御回路２６が、関連付けた超音波断層像データとベクトルＯＡ，ＶA ，Ｖ12とを画像処理回路２４へ出力し、画像処理回路２４が、画像記憶部２３に記憶された複数の外部機器断層像データ２３ａとベクトルＯＡ，ＶA ，Ｖ12とに基づいて超音波断層像の平面に対応する切断面の画像をガイド画像データとして作成し、表示回路２５が、スルーで入力してきた超音波断層像データとガイド画像のデータとを並べて表示装置９へ出力する、といった作用を反復的に繰り返す。そのために、表示装置９の表示画面上では、超音波断層像と、超音波断層像の被検者体内での位置を案内するガイド画像と、が超音波走査に合わせてリアルタイムに更新される。

図１６は、超音波断層像５６とガイド画像５５とを並べて表示した表示装置９の表示画面９ａの様子を示す図である。

表示画面９ａ内の右側には、超音波走査に合わせてリアルタイムに更新される超音波断層像５６が表示されている。この図１６に示す超音波断層像５６は、挿入部１１を消化管や気管等の体腔に挿入した状態で、超音波振動子１５がラジアル走査して得た超音波断層像であり、超音波断層像５６上には体腔の内壁が描出されている。

表示画面９ａの左側の子画面には、超音波断層像５６に合わせて同様にリアルタイムに更新されるガイド画像５５が表示されている。このガイド画像５５は、被検者の体表までを含んだ広い領域の画像である。

上述したように、画像処理回路２４は、術者が外部機器断層像上で指定して得た４つの特徴点と、術者が被検者の体腔表面上の点に硬性部１３を接触させて得た特徴点に対応する点の位置と、をそれぞれ照合して、直交座標軸Ｏ-xyzと画像記憶部２３に記憶された被検者の複数の外部機器断層像データ２３ａとの位置関係を算出し、画像記憶部２３に記憶された複数の外部機器断層像データ２３ａとベクトルＯＡ，ＶA ，Ｖ12とに基づいて、超音波断層像５６の平面に対応する切断面の画像をガイド画像データとして作成するために、超音波断層像５６とガイド画像５５の法線方向および１２時方向が、互いに解剖学的に一致した方向となる。さらに、画像処理回路２４は、広い領域を示すガイド画像５５上に、超音波断層像５６の位置を示す超音波断層像マーカ５５ａを重畳して表示するようになっている。

その他の作用については、上述した実施例３と同様である。

このような実施例５によれば、鉗子チャンネル３１内に挿通され、鉗子口３１ａで着脱可能に固定されるコイルプローブ３２内に、コイル１６ａ，１６ｂを設けたために、ガイド画像を観察する必要のあるときにのみ鉗子チャンネル３１内にコイルプローブ３２を挿通し、処置の際に処置具を挿通したり、超音波の伝播に必要な水を注水したりするときにはコイルプローブ３２を鉗子チャンネル３１から引き抜いて鉗子チャンネル３１を処置や注水等の他の用途に用いることができる。さらに、このように鉗子チャンネル３１を多目的に使用することができるために、鉗子チャンネル３１を設けた超音波プローブ１の外径を太くすることなく、かつ先端側の硬性部１３を長くすることなく、自由度の情報を検出することができる。

なお、実施例５では、上述した実施例３に示したような電子ラジアル走査を行うタイプの超音波プローブ１を用いて構成したが、実施例１や実施例２に示したような機械的なラジアル走査を行うタイプの超音波プローブ１を用いても構わないし、あるいは実施例４に示したようなコンベックス走査を行うタイプの超音波プローブ１を用いるようにしても良い。

さらに、実施例５では、外部機器断層像データとして、複数枚の外部機器断層像のデータを用いるように構成しているが、これに代えて、本実施例で説明したような超音波振動子１５を内蔵した超音波プローブ１を用いて事前に被検者から取得した３次元画像データを、外部機器断層像データとして用いることも可能である。また、外部機器断層像データとして用いるのは、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）のような他の外部診断機器を用いて事前に取得した３次元画像データであっても良い。さらに、体外から超音波を照射する方式の、いわゆる体外式の超音波診断装置を用いて事前に取得した３次元画像データを用いても構わない。

さらに、上述した実施例５においては、光学的な観察手段を備えていない超音波プローブ１を例に挙げたが、ＣＣＤカメラを備えた光学観察窓と照明光を照射する照明窓とを硬性部１３に備える超音波内視鏡を超音波プローブ１として用いても良い。このように構成することで、被検者の体腔表面上で特徴点を指定する作用を光学観察窓による視野下で行うことができ、より簡単かつ正確に特徴点を指定することができる。

図１７は本発明の実施例６を示したものであり、超音波プローブの構成を示す図である。

この実施例６において、上述の実施例１〜５と同様である部分については同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明する。

この実施例６の超音波診断装置は、上述した実施例２の図１０に示した超音波診断装置と、以下の点が異なっている。

鉗子チャンネル３１は、硬性部１３内において湾曲も屈曲もしておらず、直線状をなしている。また、突出口３１ｂは、挿入部１１の挿入軸と平行な方向へ開口している。そして、この突出口３１ｂには、鉗子起上台６１が設けられている。この鉗子起上台６１は、起上支点６１ａ周りに回動可能に設けられている。

一方、操作部１２には、鉗子起上ハンドル６２が設けられている。この鉗子起上ハンドル６２は、図示しないワイヤを介して鉗子起上台６１と接続されている。そして、鉗子起上ハンドル６２を図１７の矢印の方向へ起こすと、鉗子起上台６１がやはり図１７の起上支点６１ａの周りに矢印の方向へ起上するよう構成されている。さらに、操作部１２には、鉗子起上台６１を任意の角度で起上させたまま保持することができるように、鉗子起上ハンドル６２をロックする図示しないロック機構が設けられている。

なお、実施例２において設けられていたモータ１７およびロータリーエンコーダ１８は、この実施例６においても同様に設けられているが、図１７においてはその図示を省略している。

また、その他の構成については、上述した実施例２と同様である。

次に、このような実施例６において、上述した実施例２と異なる作用について説明する。

術者は、鉗子口マーカ３２ｃがちょうど鉗子口３１ａの位置に達することを目視で確認し、その状態になるまでコイルプローブ３２を挿入して行く。その後に、術者は、鉗子口３１ａの固定治具を用いてコイルプローブ３２が鉗子チャンネル３１内を動かないように固定する。このとき、コイル１６ａとコイル１６ｂとは、図１７に示すように、起上支点６１ａを挟んだ位置に配設されるようになっている。

ここで、術者が、鉗子起上ハンドル６２を図１７の矢印の方向へ起こしてその位置でロックすると、コイル１６ａとコイル１６ｂとは、該図１７に示すように、互いの巻線軸が斜交して固定された状態となる。さらに、このときには、コイル１６ａが超音波振動子１５の近傍に配置され、かつ巻線軸がラジアル走査の走査平面に垂直な方向へ向くように固定された状態となる。一方、コイル１６ｂは、突出口３１ｂから突出して固定された状態となる。

すなわち、コイル１６ａとコイル１６ｂとがこのような状態で固定されるように、コイル１６ａと、コイル１６ｂと、鉗子口マーカ３２ｃと、のコイルプローブ３２の先端からの距離が決められている。

その他の作用については、上述した実施例２と同様である。

このような実施例６によれば、上述した実施例２とほぼ同様の効果を奏することができる。

なお、この実施例６においては、実施例２に示したような機械的なラジアル走査を行うタイプの超音波プローブ１を用いたが、実施例３に示したような電子ラジアル走査を行うタイプの超音波プローブ１や、あるいは実施例４に示したようなコンベックス走査を行うタイプの超音波プローブ１を用いても構わない。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

本発明は、超音波走査を行って超音波断層像を作成する超音波診断装置に好適に利用することができる。

本発明の実施例１における超音波診断装置の構成を示すブロック図。 上記実施例１において、硬性部に配設されている送信コイルの配置を拡大して示す図。 上記実施例１におけるプレートの外形を示す斜視図。 上記実施例１において、受信アンテナ上に定義した直交座標軸Ｏ-xyzと正規直交基底ｉ，ｊ，ｋとを示す図。 上記実施例１において、制御回路と画像処理回路との作用を示すフローチャート。 上記実施例１において、２つのコイルと超音波断層像との位置関係を示す図。 上記実施例１において、体腔に挿入された挿入部の超音波振動子がラジアル走査して得られた超音波断層像を図６の矢印Ｇの方向から示した図。 上記実施例１において、超音波断層像データとボクセル空間と３次元画像とを示す図。 上記実施例１において、３次元画像における切断面指定線とボクセル空間における切断面と切断面が表示される新たな３次元画像との関係を示す図。 本発明の実施例２における超音波診断装置の構成を示すブロック図。 上記実施例２において、硬性部に配設されている送信コイルの配置を拡大して示す図。 本発明の実施例３における超音波診断装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例４における超音波診断装置の挿入部の先端部の構成と、超音波プローブのねじりにより得られる超音波断層像データ群と、を示す図。 上記実施例４において、２つのコイルとコンベックス走査によって得られた超音波断層像との位置関係と、該位置関係の一部を簡略化して模式的に示した位置関係と、を示す図。 本発明の実施例５における超音波診断装置の構成を示すブロック図。 上記実施例５において、外部機器断層像とガイド画像とを並べて表示した表示装置の表示画面の様子を示す図。 本発明の実施例６における超音波プローブの構成を示す図。

符号の説明

１…超音波プローブ
２…超音波観測装置（超音波断層像作成手段）
３…コンバータ
４…位置配向データ算出装置（配向算出手段）
５…受信アンテナ（受信手段）
６…プレート
６ａ…体表接触面
７…超音波画像処理装置（画像処理手段）
８ａ…マウス
８ｂ…キーボード
９…表示装置
９ａ…表示画面
１１…挿入部
１２…操作部
１３…硬性部
１４…可撓部
１５…超音波振動子（超音波送受波手段）
１６…送信コイル（送信手段）
１６ａ，１６ｂ…コイル
１７…モータ
１８…ロータリーエンコーダ
２１…ＩＥＥＥ１３９４取込回路
２２…ＲＳ−２３２Ｃ取込回路
２３…画像記憶部
２４…画像処理回路
２５…表示回路
２６…制御回路
２７…通信回路
３１…鉗子チャンネル
３１ａ…鉗子口（第２の開口）
３１ｂ…突出口（第１の開口）
３２…コイルプローブ
３２ａ…外筒
３２ｂ…コネクタ
３２ｃ…鉗子口マーカ（指標）
４１…超音波振動子アレイ
５１…ネットワーク
５２…Ｘ線３次元ヘリカルＣＴ装置
５３…３次元ＭＲＩ装置
５５…ガイド画像
５５ａ…超音波断層像マーカ
５６…超音波断層像
６１…鉗子起上台
６１ａ…起上支点
６２…鉗子起上ハンドル
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (12)

1. 超音波送受波手段を備え、生体内へ挿入された状態で該超音波送受波手段により超音波走査を行い得るように構成された超音波プローブと、
   前記超音波プローブから得られる超音波信号に基づき超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、
   磁場を送信する送信手段と、
   前記送信手段が送信した前記磁場を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した前記磁場に基づき前記超音波断層像の配向を算出する配向算出手段と、
   を具備した超音波診断装置において、
   前記送信手段と前記受信手段との少なくとも一方は、複数のコイルを含んで構成されていて、前記複数のコイルの内の少なくとも２つのコイルは、各々の巻線軸同士が斜交するか、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角となるように、前記超音波送受波手段に対して固定した位置に設けられ、
   前記配向算出手段は、前記磁場に基づき前記２つのコイルの配向情報を取得し、該２つのコイルの配向情報に基づいて、前記超音波断層像の前記配向を算出するものであることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記２つのコイルが配設された、可撓性を有するコイルプローブをさらに具備し、
   前記超音波プローブは、前記生体内への挿入側の開口である第１の開口と、前記挿入側とは反対側の開口である第２の開口と、を備えた、前記コイルプローブを挿通可能な管状のチャンネルを有して構成されたものであり、
   前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、前記コイルプローブが前記第２の開口から前記チャンネルへ挿通されることによりなされることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記チャンネルは、湾曲もしくは屈曲した部分を有して構成されたものであり、
   前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、該２つのコイルが、前記湾曲もしくは屈曲した部分を挟んで配置されることによりなされたものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波プローブは、特定の支点の周りに回動することにより、前記第１の開口から延出されるコイルプローブを湾曲もしくは屈曲させるための起上台を有して構成されたものであり、
   前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、は、該２つのコイルが、前記湾曲もしくは屈曲した部分を挟んで配置されることによりなされたものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
5. 前記コイルプローブは、前記チャンネルへの挿通位置が、前記２つのコイルの、各々の巻線軸同士が斜交すること、または各々の巻線軸同士がねじれの位置にあってかつ一方の巻線軸の方向と他方の巻線軸の方向とが非直角であること、が達成され得る所定位置となったこと、を示すための指標を有して構成されたものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
6. 前記指標は、その位置が前記第２の開口の位置と略一致したときに、前記所定位置となったことを示すものであることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向を、該２つのコイルの配向情報として算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向の外積を算出し、該算出結果に基づき、前記超音波断層像の前記配向を算出するものであることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波送受波手段は、前記生体内へ挿入される前記超音波プローブの挿入軸に垂直な平面内で超音波走査を行うものであり、
   前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向に基づいて、前記超音波断層像内の特定の方向を算出することにより、前記超音波断層像の前記配向を算出するものであることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
10. 前記超音波送受波手段は、前記生体内へ挿入される前記超音波プローブの挿入軸に平行な平面内で超音波走査を行うものであり、
    前記配向算出手段は、前記２つのコイルの巻線軸の方向に基づいて、前記超音波断層像の法線の方向を算出することにより、前記超音波断層像の前記配向を算出するものであることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
11. 前記超音波断層像作成手段により作成された前記超音波断層像と、前記配向算出手段により算出された前記配向と、を関連付けて、３次元データと３次元画像との少なくとも一方を作成する画像処理手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
12. 前記超音波断層像作成手段により作成された前記超音波断層像と、前記配向算出手段により算出された前記配向と、を関連付けて、前記生体内における配向を案内するガイド画像を作成する画像処理手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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