JP5322600B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、患者の空間座標位置と超音波プローブの空間座標位置を特定することにより、超音波画像診断を容易に行うことができるようにした超音波診断装置に関する。

従来、医用画像診断装置として超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、被検体の断層画像を撮影したり、被検体内の移動体の変化を観察することができ、心臓機能の検査や循環器系等の医療診断に使用されている。

一般に超音波診断装置は、超音波プローブを患者の診断部位に当てて、プローブ内で発生させた超音波を生体内に送信し、その反射波を得ることで生体内の画像を得るようにしている。このような超音波診断装置は、患者への負担が少ないという利点がある半面、得られた画像はＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の他の画像診断装置で得られる画像に比べると、視野が狭く鮮明でないという不具合を併せ持っている。このため超音波診断装置で得た画像から患者の診断部位を特定することは難しく、特に経験の浅い医療担当にとっては、より一層難しい状況にある。

超音波診断画像の画質は、撮影条件の設定や操作を適切に行い、かつプローブを患者の診断部位の適切な位置、適切な角度で接触させることが必要である。診断に適した画像を取得するには、操作者の技術に依存することが多く、熟練を要する。このため過去に適切な画像が得られたときの設定条件やプロープの位置情報等を参考にすることも考えられる。

例えば、過去に撮影したときのプローブの位置情報（ボディマーク）を診断画像に添付する例がある。しかしながら、ボディマークは検査時に操作者にプローブ位置を示すためのものであり、操作者が誤操作する可能性があり、患者の診断部位を特定する情報としては十分な精度を持っているとは言えない。したがって過去に適切な画像が得られたとしても、同じ撮影条件等を再現するのは非常に難しい。

特許文献１には、位置検出装置と医用画像診断装置を利用した手術支援システムが記載されており、被検体の患部に付したマーカを位置検出装置で検出し、検出したマーカの実空間における位置と医用画像診断装置で取得した画像データにおけるマーカの位置とを対応付けする例が示されている。
特開２００３−８８５０８号公報

従来の超音波診断装置では、取得した画像から患者の診断部位を特定することは難しく、特に経験の浅い医療担当にとっては、より一層難しい状況にある。また診断に適した超音波画像を得るには、撮影条件の設定や操作を適切に行い、かつプローブを適切な位置、適切な角度で接触させる必要があるが、操作者の技術に依存することが多く熟練を要する。また過去に適切な画像が得られたときの設定条件等を再現しようとしても難しい状況にある。

本発明は上記事情に鑑み、プローブ及び患者の空間座標位置を特定して、患者とプローブとの相対関係を容易に再現することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の超音波診断装置は、寝台に載置した被検体に対して超音波プローブを当て、前記被検体に対して超音波の送受信を行う送受信部と、前記送受信部で得た受信信号を処理して前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部と、前記寝台上に載置された前記被検体の頭頂部を含む複数の位置に取り付けた複数のマーカと、前記複数のマーカの空間座標位置を測定する光学センサとを備え、前記複数のマーカの空間座標位置を基に、前記寝台上の被検体の空間座標位置及び体位を測定する第１の測定部と、前記被検体の診断部位に前記超音波プローブを当てたときの前記超音波プローブの空間座標位置と傾斜角を測定する第２の測定部と、前記第１、第２の測定部で測定した測定情報を記憶するデータベースと、前記被検体の撮影時に、前記データベースに記憶した測定情報を基に前記被検体の診断部位と前記超音波プローブとの相対関係を再現し、表示部にナビゲーション画像を表示する再現部と、前記被検体の撮影時に、前記データベースに記憶した測定情報を基に前記診断部位毎の撮影条件を設定する制御部と、を具備したことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、被検体の撮影時に過去に撮影したときのプローブ位置や傾斜角を容易に再現することができるため、超音波画像診断の経験が浅い医療担当者でも容易に良好な撮影モードに設定することができ、画質の良い撮影画像を取得することができる。また、患者の撮影部位毎に撮影条件を自動的に設定することができる。

以下、この発明の超音波診断装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。

図１において、１０は超音波診断装置であり、被検体（図示せず）に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ１１(以下、プローブと称す)と、プローブ１１を駆動して被検体に対して超音波走査を行う送受信部１２と、送受信部１２によって得られた受信信号を処理してＢモード画像データ、ドップラ画像データ等の画像データを生成する画像データ生成部１３を備えている。

画像データ生成部１３は、メモリ１４を含み、Ｂモード、ドプラモード等の画像データをメモリ１４に記憶可能である。画像データ生成部１３で生成した画像データ、又はメモリ１４に記憶した画像データは、画像表示処理部１５に供給される。画像表示処理部１５は表示部１６に接続され、画像表示処理部１５で処理した画像が表示部１６に表示される。さらに超音波診断装置１０は、装置全体を制御するシステム制御部１７と、各種のコマンド信号等を入力する操作部１８を備えている。

超音波プローブ１１は、複数個（Ｎ個）の超音波振動素子を配列し、被検体に対して超音波パルスを送信するとともに、被検体から得られた受信超音波を受信信号に変換する。送受信部１２は、超音波パルス信号を生成する送信部１２１と、超音波プローブ１から得られる超音波受信信号を処理する受信部１２２を備えている。送信部１２１は、超音波パルス信号を生成して超音波プローブ１１に出力し、受信部１２２は、超音波振動素子からのＮチャンネルの超音波受信信号を整相加算して１つに纏めて画像データ生成部１３に出力する。

画像データ生成部１３は、例えばＢモードの画像データや、ドプラモードの画像データを生成し、メモリ１４に記憶するとともに画像表示処理部１５に供給する。画像表示処理部１５は、画像データ生成部１３からの画像データを処理して、超音波画像をリアルタイムに表示部１６に表示するほか、検査後にレビューする場合にメモリ１４に記憶した画像データを読み出して表示部１６に表示する。画像表示処理部１５は、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）を含み、生成した画像データの走査変換を行い、表示部１６に表示可能な超音波画像に変換する機能を有する。

システム制御部１７は、ＣＰＵ及びＲＡＭ，ＲＯＭ等を備え、操作部１８からの指示信号に基づいて各部の制御を行うとともに、システム全体の制御を行なう。操作部１８は、キーボード、トラックボール、マウス等の入力デバイス及びタッチコマンドスクリーンを備えたインタラクティブなインターフェースであり、患者情報や各種コマンド信号の入力、超音波送受信条件や、各種画像データの生成条件の入力等を行なう。

また超音波診断装置１０は、付帯情報生成部１９、条件設定部２０、ナビゲーション画像生成部２１、データベース２２を有する。

付帯情報生成部１９は、患者名、患者ＩＤ等の付帯情報を作成して撮影画像データに付加する。条件設定部２０は、システム制御部１７の制御のもとに操作部１８からの指示入力に従って患者の診断部位毎に超音波の強度や周波数等の送受信条件を設定する。ナビゲーション画像生成部２１は、過去の撮影モードを再現する際に、患者のボディマークとプローブ１１の相対関係を示すナビゲーション画像を生成するもので、再現部を構成する。

データベース２２には、プローブ位置測定部３１、患者位置測定部３２がそれぞれ接続されている。プローブ位置測定部３１は、プローブ１１の空間座標位置を測定し、被検体（以下、患者と称す）の検査時にプローブ１１を診断部位に対してどの方位角、仰角で当てたかを示す測定情報を生成する。プローブ位置測定部３１は、例えば磁気を利用した三次元位置測定装置を用いることができ、プローブ１１に磁気発生源１１１を取り付け、プローブ位置測定部３１にセンサとしての磁力計測器を設けている。

患者位置測定部３２は、検査時の患者の空間座標位置を測定し、どのような体位（方位、仰角）で撮影が行われたかを示す測定情報を生成する。患者位置測定部３２は、例えば光学的な測定装置を用いることができ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置を光学的に測定する光学センサ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚを設けている。光学センサ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚは、患者の所定部位に取り付けたマーカ（後述）の位置を測定し、患者の位置、体位（方位角、仰角）を測定する。

患者位置測定部３２は第１の測定部を構成し、プローブ位置測定部３１は第２の測定部を構成する。これら測定部３２，３１からの測定情報は、データベース２２に記憶される。またデータベース２２に記憶された測定情報は、付帯情報生成部１９に供給され、患者の撮影データとともに付帯情報の一部として付加される。

次に図２、図３を用いて患者位置測定部３２（第１の測定部）と、プローブ位置測定部３１（第２の測定部）の動作を説明する。

患者位置測定部３２は、図２に示すように、寝台３４の上に載置された患者Ｐの、例えば頭頂部、足先、左肩、右肩にそれぞれ取り付けたマーカ３５，３６，３７，３８の空間座標位置を光学センサ３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚによって測定する。ここで、患者Ｐが寝台３４上に真っ直ぐ仰向きの姿勢で寝ている状態を基準姿勢とすると、患者の視線方向をＸ軸、このＸ軸と直交する方向（左肩と右肩を結ぶ線方向）をＹ軸、患者Ｐの頭頂部と足先を結ぶ体軸方向をＺ軸で表わし、空間座標位置をＸｎ，Ｙｎ，Ｚｎで表わす。

患者位置測定部３２は、先ず基準姿勢の状態で、患者Ｐの頭頂部に置かれたマーカ３５の空間座標位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と、足先に置かれたマーカ３６の空間座標位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、左肩に置かれたマーカ３７の空間座標位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）、及び右肩に置かれたマーカ３８の空間座標位置（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）をそれぞれ検出する。

また患者位置測定部３２は、撮影する際に患者Ｐの体位（体軸方向の回転角度と体軸の方位）が変化した場合は、その都度、それぞれのマーカ３５〜３８の位置を光学的に測定して空間座標位置を検出する。また基準姿勢のときの空間座標位置との差分情報を基に、患者Ｐの仰角α１（Ｘ−Ｙ平面の傾き）と方位角β１（Ｙ−Ｚ平面の傾き）を算出する。

こうして測定・算出した空間座標位置及び仰角、方位角の情報は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式のデータに変換してデータベース２２に記憶される。尚、ＤＩＣＯＭ形式のデータは、グループ識別子、エレメント識別子で成る８桁の数値と、マーカ３５〜３８で示される患者Ｐの頭頂部、足先、左肩、右肩の空間座標位置、及び仰角α１、方位角β１を表わすデジタル文字列を含む。

またプローブ位置測定部３１は、超音波プローブ１１に取り付けられた磁気発生源１１１からの磁力を、プローブ位置測定部３１に設けた磁気センサで計測する。

即ち、図３で示すように、プローブ１１の長手方向をＺ軸とし、このＺ軸と直交する方向をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とし、患者Ｐに対して所定の角度方向から接触させた状態を基準姿勢とする。プローブ位置測定部３１は、プローブ１１の基本姿勢での空間座標位置（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を測定するとともに、プローブ１１を患者Ｐに対して位置、傾斜角を変えて接触させたときの空間座標位置（Ｘｍ１，Ｙｍ１，Ｚｍ１）をそれぞれ測定する。また基準姿勢のときの空間座標位置（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）との差分情報を基に、プローブ１１の仰角α２（Ｘ−Ｙ平面の傾き）と方位角β２（Ｙ−Ｚ平面の傾き）を算出する。

こうして測定・算出したプローブ１１の空間座標位置及び仰角、方位角の情報は、ＤＩＣＯＭ形式のデータに変換してデータベース２２に記憶される。ＤＩＣＯＭ形式のデータは、グループ識別子、エレメント識別子で成る８桁の数値と、プローブ１１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の空間座標位置及びプローブ１１の仰角α２、方位角β２を表わすデジタル文字列を含む。

図４は、患者位置測定部３２及びプローブ位置測定部３１の測定処理を示すフローチャートである。図４において、ステップＳ１は検査前の準備を開始するステップであり、ステップＳ２では患者位置測定部３２によりマーカ３５〜３８の空間座標位置（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）の情報を随時に取得する。ステップＳ３では、頭頂部を原点とする空間座標位置（ＸＰ０，Ｙｐ０，Ｚｐ０）の情報をデータベース２２に保存する。

ステップＳ４では、頭頂部の空間座標位置（ＸＰ０，Ｙｐ０，Ｚｐ０）と足先の空間座標位置（ＸＰ１，Ｙｐ１，Ｚｐ１）の情報を基に患者Ｐの方位を算出し、その算出結果をデータベース２２に保存する。ステップＳ５では左肩の空間座標位置（ＸＰ２，Ｙｐ２，Ｚｐ２）と右肩の空間座標位置（ＸＰ３，Ｙｐ３，Ｚｐ３）の情報を基に患者Ｐの仰角を算出し、その算出結果をデータベース２２に保存する。

ステップＳ６では、プローブ位置測定部３１によりプロープ１１の空間位置情報（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を取得し、ステップＳ７ではプローブ１１の方位情報を取得しデータベース２２に保存する。またステップＳ８ではプローブ１１の仰角情報を取得しデータベース２２に保存する。そしてステップＳ９では、患者位置測定部３２及びプローブ位置測定部３１での測定処理を終了し、以降、検査を開始することになる。

こうしてデータベース２２に記憶された、患者Ｐの空間座標位置の情報と患者の体位の情報（仰角、方位角情報）、及びプローブ１１の空間座標位置の情報と傾斜角の情報（仰角、方位角情報）は、付帯情報生成部１９に送られる。付帯情報生成部１９は、患者名、患者ＩＤ等の患者情報等とともに、撮影時の患者の体位情報や、プロープ１１の位置情報、傾斜角情報などを付帯情報として生成し、画像データに付加する。

また患者Ｐの診断部位、例えば腹部、血管、循環器等によって撮影条件（超音波の強度や周波数等）が異なるため、条件設定部２０は、システム制御部１７の制御のもとに診断部位に応じて撮影条件を設定する。また条件設定部２０は、データベース２２からの患者Ｐの空間座標位置や体位情報、及びプローブ１１の空間座標位置や傾斜角情報をもとに、患者の診断部位毎の撮影条件を設定する。

ナビゲーション画像生成部２１（再現部）は、表示部１６に過去の撮影モードを再現するもので、患者のボディマークとプローブ１１の相対関係を再現するナビゲーション画像を生成する。これにより、過去において患者を撮影したときの状態、例えば患者の仰角や方位角、及びプローブ１１を診断部位に対してどの方位角、仰角で当てたかを示すナビゲーション画像を表示部１６に表示することができる。

ナビゲーション画像を生成する場合、検査者は任意の過去の撮影データを指定し、その撮影データに含まれる付帯情報から患者の空間座標位置やプローブの空間座標位置等の情報を読み出し、検査者に対して現在の撮影状態と過去の撮影状態を比較し、過去に最適画像が得られたときの状況に近づくようにナビゲートする。

図５は、表示部１６に表示されたナビゲーション画像の一例を示す説明図である。図５において４１は超音波撮影画像を示す。また画面の右下には患者のボディマーク４２とプローブ１１を模写したプローブ画像４３を含むナビゲーション画像４４が表示されている。

ナビゲーション画像４４は、過去の撮影時に患者の診断部位にプローブ１１を当てたときに、患者の体位をどの角度（仰角、方位角）に設定したか、またプローブ１１をどの角度（仰角、方位角）で接触させたかを検査者にナビゲートするものである。例えば、過去に撮影したときの状態に近付くように、患者の向きをどの方向に回転させればよいかを示す指標４５（矢印）を表示したり、プローブの角度が過去に撮影したときの角度に近付いたときに角度指標４６の色を変えるようにする。

したがって、検査者は患者の診断部位にプローブ１１を接触させたときに、その部位での患者の体位やプローブ１１の角度を、ナビゲーション画像を見ながら調整することができ、過去に最適画像が得られたときの撮影状態を再現することが容易にできる。

尚、患者位置測定部３２の代わりにＸ線ＣＴ装置４０（図１）で取得したスキャノ画像を用いて患者の頭頂部（原点）の空間位置（Ｘｐ０，Ｙｐ０，Ｚｐ０）の情報を得るようにしてもよい。Ｘ線ＣＴ装置４０において、スキャノ画像を撮影する場合は、Ｘ線管とＸ線検出器の回転を停止（固定）した状態で弱いＸ線を照射し、患者を搭載した天板を体軸方向に移動させながら全身撮影を行い、Ｘ線像のような透過像を得る。そしてこの透過像から原点の空間位置（Ｘｐ０，Ｙｐ０，Ｚｐ０）の情報を得るようにすればよい。

また条件設定部２０は、ナビゲーション画像を利用して患者の診断部位にプローブ１１を当てたときに、その診断部位を検査するのに適した撮影条件を自動的に設定する。それぞれの診断部位における患者とプローブの相対的な空間座標位置の情報は、付帯情報生成部１９で生成した付帯情報に含まれているため、システム制御部１７は、付帯情報から患者とプローブの相対位置情報を参照し、条件設定部２０を制御して最適な撮影条件を自動的に設定する。したがって検査者は、検査開始前に診断部位の撮影に適した撮影条件を自動的に設定することが可能となる。

さらにシステム制御部１７は、条件設定部２０を制御して、プローブ１１と患者Ｐの診断部位の空間座標位置情報から、診断部位の撮影に適した計測種類を自動的に選択する。計測種類の選択とは、診断部位によって超音波撮影の種類を適宜に設定することであり、例えば腹部であれば臓器の大きさや形状を測定し、血管であれば血流の速度を測定し、心臓であれば左心室の動きを測定するといった具合に、各診断部位によって計測種類を自動的に選択するものである。

尚、プローブ１１と患者Ｐの診断部位の空間座標位置から、計測種類を自動的に変更・選択することが難しい場合は検査者に注意を喚起するメッセージ等を報知するようにしてもよい。特殊な撮影方法により撮影した場合などは計測種類を自動的に選択することができないこともあるため、検査者にその旨を報知する。

以上述べたように本発明の実施形態によれば、再検査をする際に過去に撮影したときのプローブ位置や角度を容易に再現することができるため、超音波画像診断の経験が浅い医療担当者でも容易に良好な撮影モードに設定することができ、画質の良い撮影画像を取得することができる。また、患者の撮影部位毎に撮影条件を自動的に設定することができる。

尚、以上述べた実施形態は一例に過ぎず、他の変形例も考えられる。例えば図２に示した寝台３４は、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の寝台を利用することもできる。また本発明の特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。 同実施形態に使用する患者位置測定部の動作を説明する説明図。 同実施形態に使用するプローブ位置測定部の動作を説明する説明図。 同実施形態に係る患者位置測定部及びプローブ位置測定部の処理を説明するフローチャート。 同実施形態に係るナビゲーション画像の表示例を示す説明図。

符号の説明

１０…超音波診断装置
１１…超音波プローブ
１１１…磁気発生源
１２…送受信部
１３…画像データ生成部
１４…メモリ
１５…画像表示処理部
１６…表示部
１７…システム制御部
１８…操作部
１９…付帯情報生成部
２０…条件設定部
２１…ナビゲーション画像生成部
２２…データベース
３１…プローブ位置測定部
３２…患者位置測定部
３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚ…光学センサ
３４…寝台
３５，３６，３７，３８…マーカ

Claims (4)

1. 寝台に載置した被検体に対して超音波プローブを当て、前記被検体に対して超音波の送受信を行う送受信部と、
   前記送受信部で得た受信信号を処理して前記被検体の画像データを生成する画像データ生成部と、
   前記寝台上に載置された前記被検体の頭頂部を含む複数の位置に取り付けた複数のマーカと、前記複数のマーカの空間座標位置を測定する光学センサとを備え、前記複数のマーカの空間座標位置を基に、前記寝台上の被検体の空間座標位置及び体位を測定する第１の測定部と、
   前記被検体の診断部位に前記超音波プローブを当てたときの前記超音波プローブの空間座標位置と傾斜角を測定する第２の測定部と、
   前記第１、第２の測定部で測定した測定情報を記憶するデータベースと、
   前記被検体の撮影時に、前記データベースに記憶した測定情報を基に前記被検体の診断部位と前記超音波プローブとの相対関係を再現し、表示部にナビゲーション画像を表示する再現部と、
   前記被検体の撮影時に、前記データベースに記憶した測定情報を基に前記診断部位毎の撮影条件を設定する制御部と、を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記制御部は、前記被検体の撮影時に前記データベースに記憶した測定情報を基に、前記診断部位に適した計測種類を自動的に選択することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記第２の測定部は、前記超音波プローブに配置した磁気発生源を含み、前記磁気発生源からの磁力を計測して前記超音波プローブの空間座標位置と、傾斜角度を測定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記データベースに記憶した測定情報を基に付帯情報を生成し、撮影画像データに付加する付帯情報生成部を備えた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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