JP5416900B2 - 超音波診断装置及び穿刺支援用制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置及び穿刺支援用制御プログラムに係り、特に、超音波画像データの観察下にて穿刺治療等を行なう際に用いられる超音波診断装置及び穿刺支援用制御プログラムに関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動素子から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記振動素子によって受信してモニタ上に表示するものであり、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像データが容易に観測できるため、各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。

一方、超音波診断装置によって収集された２次元画像データの観察下にて、カテーテルや穿刺針等を用いた侵襲的な検査方向や治療方法も開発され、例えば、検査／治療部位に対する薬物投与や組織採取を目的とした穿刺を２次元画像データの観察下にて行なうことにより検査や治療における安全性は飛躍的に向上した。

２次元画像データの観察下にて検査／治療部位に対する穿刺を行なう場合、穿刺針を超音波プローブに設けられた穿刺アダプタのニードルガイドに装着し、このニードルガイドに沿って刺入することにより検査／治療部位に対して穿刺針を正確に刺入することが可能な超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

図１４は、従来の穿刺アダプタを備えた超音波プローブを示したものであり、図１４（ａ）に示した特許文献１の超音波プローブ２０１ａは、配列された複数の振動素子を有するヘッド部２１１ａに対して着脱自在な穿刺アダプタ２１６ａが装着され、この穿刺アダプタ２１６ａの側面には穿刺針２１８ａの刺入をガイドするニードルガイド２１７が設けられている。この場合、穿刺針２１８ａの刺入方向は２次元画像データが生成される被検体のスライス断面と一致するようにニードルガイド２１７の方向が設定される。従って、ヘッド部２１１ａを被検体の体表面に接触させた状態で穿刺針２１８ａを穿刺アダプタ２１６ａのニードルガイド２１７に沿って被検体内に刺入することにより、ヘッド部２１１ａの端部近傍における体表面から検査／治療部位に向かって刺入された穿刺針２１８ａの情報は検査／治療部位の２次元画像データに重畳して表示される。

一方、図１４（ｂ）に示した特許文献２の超音波プローブ２０１ｂは、ヘッド部２１１ｂに形成された切り欠き溝２１９に対し穿刺アダプタ２１６ｂが着脱可能に装着され、この穿刺アダプタ２１６ｂは、所定の刺入角度が設定された図示しないニードルガイドを有している。そして、図１４（ａ）の場合と同様にして、ヘッド部２１１ｂを被検体の体表面に接触した状態で穿刺針２１８ｂを穿刺アダプタ２１６ｂのニードルガイドに沿って被検体に刺入することにより、穿刺針２１８ｂは、ヘッド部２１１ｂの切り欠き溝２１９直下における体表表面から検査／治療部位に向かって刺入され、この穿刺針２１８ｂの情報は検査／治療部位の２次元画像データに重畳して表示される。

更に、近年では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させる方法や複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いる方法によって被検体の３次元データ（ボリュームデータ）を収集する方法が開発され、このボリュームデータに基づいて生成される３次元画像データの観察下にて上述の穿刺針を用いた検査や治療を行なう方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００４−１４７９８４号公報 特開２００５−３４２１０９号公報 特開２０００−１８５０４１号公報

上述の各種方法によれば、穿刺針の先端位置等を２次元画像データあるいは３次元画像データにて確認しながら検査／治療部位に対し穿刺針を刺入することができるため、これらの画像データを観察せずに行なう場合と比較し検査や治療における安全性は著しく向上した。

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載された超音波プローブを用いて収集される２次元画像データの観察下にて検査／治療部位に対する穿刺を行なう場合、穿刺針の刺入経路における生体組織特性の不均一性に起因して穿刺針の刺入方向は所定のスライス断面から逸脱する可能性を有している。そして、このような場合、穿刺針の刺入状態を２次元画像データによって確認することが不可能となり検査／治療部位に対する正確な穿刺が困難となる。

一方、特許文献３に記載された３次元画像データの観察下にて穿刺針の刺入を行なう方法によれば、検査／治療部位に対する穿刺針の大まかな位置を安定して捉えることは可能であるが、この検査／治療部位の近傍に位置する血管や臓器等の影響を受け検査／治療部位に対する穿刺針の刺入位置や周囲の血管や臓器に対する誤刺入の有無等を正確に把握することは不可能であった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、周囲の血管等を損傷させること無く腫瘍等の検査／治療部位に対する穿刺を正確に行なうことが可能な超音波診断装置及び穿刺支援用制御プログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する３次元走査によってボリュームデータを収集するボリュームデータ収集手段と、前記被検体に刺入された穿刺針の先端位置を検出する穿刺針位置検出手段と、検出された前記穿刺針の先端位置に基づき、前記穿刺針の先端位置から検査／治療部位としての腫瘍領域までの範囲に存在する生体組織の画像データとしての穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成手段と、前記穿刺支援データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

又、請求項１６に係る本発明の穿刺支援用制御プログラムは、超音波診断装置に、被検体に対する３次元走査によってボリュームデータを収集するボリュームデータ収集機能と、前記被検体に刺入された穿刺針の先端位置を検出する穿刺針位置検出機能と、検出された前記穿刺針の先端位置に基づき、前記穿刺針の先端位置から検査／治療部位としての腫瘍領域までの範囲に存在する生体組織の画像データとしての穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成機能と、前記穿刺支援データを表示する表示機能とを実行させることを特徴としている。

本発明によれば、周囲の血管等を損傷させること無く腫瘍等の検査／治療部位に対する穿刺を正確に行なうことが可能となる。このため、検査／治療における安全性と効率が飛躍的に向上するのみならず操作者や被検体に対する負担が軽減される。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、被検体に対する３次元走査によって収集したボリュームデータに基づいて穿刺対象となる検査／治療部位の領域（以下では腫瘍領域と呼ぶ。）や穿刺針による刺入を極力避けるべき前記腫瘍領域近傍の主要血管の領域（以下では血管領域と呼ぶ。）及び主要臓器の領域（以下では臓器領域と呼ぶ。）を設定する。一方、前記被検体に対する刺入直前及び刺入中における穿刺針の先端位置及び刺入方向を検出し、更に、前記先端位置及び刺入方向と穿刺針の特性等に基づいて腫瘍領域に対する予想刺入位置と刺入誤差領域を算出する。そして、上述の腫瘍領域、臓器領域及び血管領域のデータと予想刺入位置及び刺入誤差領域に関するデータを合成して安全な穿刺を支援するための穿刺支援データを生成する。

尚、以下の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された、所謂２次元アレイ超音波プローブによって収集した３次元的なＢモードデータ及びカラードプラデータに基づいてボリュームデータを生成し、これらのボリュームデータを用いて球体あるいは回転楕円体等で近似した３次元的な腫瘍領域及び臓器領域と３次元的な血管領域を設定する場合について述べるが、これに限定されない。例えば、２次元アレイ超音波プローブの替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させることにより上述のボリュームデータを収集してもよく、又、カラードプラデータの替わりに造影剤投与時のＢモードデータに基づくボリュームデータを用いて血管領域の設定を行なってもよい。

（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図１２を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波診断装置が備えた送受信部及び受信信号処理部のブロック図を、又、図４は、ボリュームデータ生成部と領域設定部のブロック図を夫々示す。

図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の３次元領域に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し前記被検体から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子を備えた超音波プローブ３と、被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ３の前記振動素子に供給しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータ及びカラードプラデータを生成する受信信号処理部４と、被検体に対する３次元走査によって得られた上述のＢモードデータ及びカラードプラデータを超音波の送受信方向に対応させて配列し３次元データ（ボリュームデータ）を生成するボリュームデータ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、Ｂモードデータに基づくボリュームデータ（Ｂモードボリュームデータ）に対して後述の入力部１４が設定するスライス断面のＭＰＲ（Multi-Planar-Reconstruction）画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成部６と、このＭＰＲ画像データ上の腫瘍やその近傍に位置する主要臓器に対し入力部１４が設定した輪郭データに基づいて３次元的な腫瘍領域及び臓器領域を設定し、更に、カラードプラデータに基づくボリュームデータ（カラードプラボリュームデータ）を輪郭抽出することにより３次元的な血管領域を設定する領域設定部７と、上述の腫瘍領域、臓器領域及び血管領域のデータを合成してモニタリング用の３次元データを生成する３次元データ生成部８と、超音波プローブ３に装着された後述する穿刺アダプタ１６のニードルガイド１６１に沿って被検体内に挿入される穿刺針１５０の先端位置及び刺入方向を検出する穿刺針位置検出部９と、穿刺針１５０の先端位置及び刺入方向や後述する穿刺針１５０等の諸元に基づいて腫瘍領域に対する穿刺針１５０の予想刺入位置や刺入誤差領域を算出する予想刺入位置算出部１０を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、上述の腫瘍領域、臓器領域及び血管領域のデータと刺入予想位置及び刺入誤差領域のデータに基づいて穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成部１１と、上述のＭＰＲ画像データ、３次元データ及び穿刺支援データを表示する表示部１２と、穿刺支援データにおける臓器領域あるいは血管領域が刺入誤差領域に含まれる場合に警告信号を発生する警告部１３と、ＭＰＲ画像データ用スライス断面（以下では、ＭＰＲ断面と呼ぶ。）の設定やＭＰＲ画像データ上の腫瘍及びその近傍における主要臓器に対する輪郭設定等を行なう入力部１４と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１５を備えている。

以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備えた上述の各ユニットの詳細について説明する。

超音波プローブ３は、２次元配列された図示しないＮ個の振動素子をその先端部に有し、これら振動素子の各々は、Ｎチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２の入出力端子に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。そして、被検体に対する穿刺針１５０の刺入方向をガイドするニードルガイド１６１を有した穿刺アダプタ１６が超音波プローブ３に装着されている。即ち、操作者によって選択された好適な穿刺アダプタ１６が備えるニードルガイド１６１に沿って穿刺針１５０を被検体に刺入することにより、超音波プローブ３によって収集されたボリュームデータに対する穿刺針１５０の刺入位置及び刺入方向は一義的に決定される。

尚、超音波プローブ３には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、操作者は診断部位に応じて任意に選択することが可能であるが、本実施例では、Ｎ個の振動素子が２次元配列されているセクタ走査用の超音波プローブを用いた場合について述べる。

次に、図２に示す送受信部２は、当該被検体に対して送信超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ３に設けられたＮ個の振動素子に供給する送信部２１と、前記振動素子から得られたＮチャンネルの受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを、システム制御部１５から供給される基準信号を分周することによって生成する。送信遅延回路２１２は、Ｎチャンネルの独立な遅延回路から構成され、送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに送信超音波を集束するための遅延時間（集束用遅延時間）と所定の送受信方向（θｐ、φｑ）に送信超音波を放射するための遅延時間（偏向用遅延時間）を前記レートパルスに与える。そして、Ｎチャンネルの独立な駆動回路２１３は、超音波プローブ３に内蔵されたＮ個の振動素子を駆動するための駆動パルスを前記レートパルスに基づいて生成する。

一方、受信部２２は、Ｎチャンネルから構成されるプリアンプ２２１、Ａ／Ｄ変換器２２２及び受信遅延回路２２３と、加算器２２４を備えている。プリアンプ２２１は、上述の振動素子によって電気信号に変換された微小な受信信号を増幅して十分なＳ／Ｎを確保し、このプリアンプ２２１において増幅されたＮチャンネルの受信信号はＡ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換される。受信遅延回路２２３は、所定の深さからの超音波反射波を集束するための集束用遅延時間と所定の送受信方向（θｐ、φｑ）に対して強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間を、Ａ／Ｄ変換器２２２から出力されるＮチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２４は、これら受信遅延回路２２３から供給される受信信号を加算合成する。即ち、受信遅延回路２２３と加算器２２４により、所定方向から得られた受信信号は整相加算（位相合わせして加算）される。

図３は、超音波プローブ３の中心軸をＺｏ軸とした直交座標（Ｘｏ−Ｙｏ−Ｚｏ）に対する超音波の送受信方向（θｐ、φｑ）の関係を示す。例えば、Ｎ個の振動素子はＸｏ軸方向及びＹｏ軸方向に２次元配列され、θｐ及びφｑは、Ｘｏ−Ｚｏ平面及びＹｏ−Ｚｏ平面に投影された送受信方向を示している。

次に、図２の受信信号処理部４は、受信部２２の加算器２２４から出力された受信信号を信号処理してＢモードデータを生成するＢモードデータ生成部４１と、前記受信信号を直交位相検波してドプラ信号を検出するドプラ信号検出部４２と、検出されたドプラ信号に基づいて主要血管内の血流情報を反映したカラードプラデータを生成するカラードプラデータ生成部４３を備えている。Ｂモードデータ生成部４１は、受信部２２の加算器２２４から供給された整相加算後の受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１１と、包絡線検波後の受信信号を対数変換する対数変換器４１２を備えている。但し、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成してもよい。

一方、ドプラ信号検出部４２は、π／２移相器４２１、ミキサ４２２−１及び４２２−２、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４２３−１及び４２３−２を備え、受信部２２の加算器２２４から供給された受信信号を直交位相検波してドプラ信号を検出する。

カラードプラデータ生成部４３は、ドプラ信号検出部４２によって検出されたドプラ信号を一旦保存するドプラ信号記憶回路４３１と、このドプラ信号に含まれる生体組織等の移動に起因したドプラ信号成分（クラッタ成分）を排除し血流に起因したドプラ信号成分を抽出するＭＴＩフィルタ４３２と、抽出されたドプラ信号成分に対して自己相関演算を行ない、この演算結果に基づいて得られた３種類の特性値（例えば、血流の平均速度値、分散値、パワー値）を用いてカラードプラデータを生成する自己相関演算器４３３を備えている。

次に、図１に示したボリュームデータ生成部５の具体的な構成につき図４を用いて説明する。このボリュームデータ生成部５は、図４に示すようにＢモードデータ記憶部５１、カラードプラデータ記憶部５２、補間処理部５３及びボリュームデータ記憶部５４を備えている。Ｂモードデータ記憶部５１には、当該被検体に対する３次元走査によって得られた受信信号に基づき受信信号処理部４のＢモードデータ生成部４１が生成したＢモードデータが超音波の送受信方向を付帯情報として順次保存され、同様にして、カラードプラデータ記憶部５２には、前記受信信号に基づき受信信号処理部４のカラードプラデータ生成部４３が生成したカラードプラデータが送受信方向を付帯情報として保存される。

一方、補間処理部５３は、Ｂモードデータ記憶部５１から読み出した所定時相における複数のＢモードデータを送受信方向に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成し、更に、この３次元Ｂモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成されるＢモードボリュームデータを生成する。

同様にして、補間処理部５３は、カラードプラデータ記憶部５２から読み出した所定時相における複数のカラードプラデータを送受信方向に対応させて配列することにより３次元カラードプラデータを形成し、この３次元カラードプラデータを補間処理してカラードプラボリュームデータを生成する。そして、得られたＢモードボリュームデータ及びカラードプラボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５４に一旦保存される。

図１に戻って、ＭＰＲ画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４に保存されたＢモードボリュームデータを読み出し、後述する入力部１４のＭＰＲ断面設定部１４１から供給されるＭＰＲ断面の情報に基づいてＢモードボリュームデータに複数の断面を設定する。そして、各々のＭＰＲ断面に対応したＢモードボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成する。

図５は、腫瘍Ｔｍを含むＢモードボリュームデータＶｂに対して設定される３つのＭＰＲ断面Ｐｍ１乃至Ｐｍ３とこれらＭＰＲ断面Ｐｍ１乃至Ｐｍ３において生成されるＭＰＲ画像データＭｐ１乃至Ｍｐ３を説明するための図であり、通常、ＭＰＲ断面Ｐｍ１乃至Ｐｍ３の各々は互いに直交し、その交点が腫瘍Ｔｍの中心と略一致するように設定される。

例えば、図３に示した超音波プローブ３の中心軸Ｚｏに垂直なＭＰＲ断面Ｐｍ３、Ｘｏ−Ｚｏ平面に平行なＭＰＲ断面Ｐｍ１及びＹｏ−Ｚｏ平面に平行なＭＰＲ断面Ｐｍ２が夫々設定される。そして、ＭＰＲ画像データ生成部６は、上述のＭＰＲ断面Ｐｍ１乃至Ｐｍ３に対応するＢモードボリュームデータのボクセルを抽出して３つのＭＰＲ画像データＭｐ１乃至Ｍｐ３を生成する。

次に、図１に示した領域設定部７の具体的な構成につき図４を再度用いて説明する。この領域設定部７は、腫瘍領域設定部７１、臓器領域設定部７２及び血管領域設定部７３を有している。

そして、腫瘍領域設定部７１は、ＭＰＲ画像データ生成部６において生成され表示部１２に表示された上述のＭＰＲ画像データＭｐ１乃至Ｍｐ３の各々における腫瘍Ｔｍに対し入力部１４の輪郭設定部１４２が設定した輪郭に基づいて、例えば、その表面にワイヤフレームが示された球体や回転楕円体等によって近似される３次元的な腫瘍領域を設定する。同様にして、臓器領域設定部７２は、ＭＰＲ画像データＭｐ１乃至Ｍｐ３における腫瘍Ｔｍの近傍に位置した主要臓器に対し輪郭設定部１４２が設定した輪郭データに基づいて球体や回転楕円体等によって近似される３次元的な臓器領域を設定する。

一方、血管領域設定部７３は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４に保存されたカラードプラボリュームデータを読み出し、このカラードプラボリュームデータにおける血流情報に基づいて腫瘍Ｔｍの近傍を走行する主要血管を３次元的な血管領域として設定する。

次に、図１の３次元データ生成部８は、上述の３次元的な腫瘍領域、臓器領域及び血管領域の情報と穿刺針位置検出部９によって検出される穿刺針１５０の先端位置及び刺入方向の情報を合成してモニタリング用の３次元データを生成する。図６は、３次元データ生成部８によって生成される３次元データの具体例を示したものであり、腫瘍Ｔｍをワイヤフレームが示された球体で近似した腫瘍領域Ｔｒ、骨等の周辺主要臓器を回転楕円体で近似した臓器領域Ｒｒ及び腫瘍Ｔｍの近傍を走行する４本の主要血管を示す血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４、更には、穿刺針１５０の刺入方向や予想刺入位置等を示す穿刺マーカＢｎを合成することにより上述の３次元データは生成される。

尚、この３次元データを表示する際の視線方向は、後述する入力部１４の視線方向設定部１４４において任意に設定することが可能であり、腫瘍領域Ｔｒに対する穿刺マーカＢｎの刺入方向や予想刺入位置が血管領域Ｖｒや臓器領域Ｒｒに妨げられることなく観察可能となるような視線方向が視線方向設定部１４４において設定される。

一方、図１に示した穿刺針位置検出部９は、穿刺針１５０の被検体への刺入直前あるいは刺入中における先端位置と刺入方向を検出する。即ち、穿刺針位置検出部９は、入力部１４から入力される穿刺アダプタ１６の識別情報に従ってシステム制御部１５が供給するニードルガイド１６１の傾斜角度情報を受信し、この傾斜角度情報に基づいて前記刺入直前における穿刺針１５０の刺入位置及び刺入方向を検出する。

更に、被検体に対する３次元走査を行ないながらその体内に刺入された穿刺針１５０の先端部から得られる反射超音波に基づいて刺入中における穿刺針１５０の先端位置を検出し、この先端位置の時間的変化から穿刺針１５０の刺入方向を検出する。この場合、穿刺針１５０の先端表面に微小な凹凸を形成することにより生体組織から得られる反射超音波より大きな振幅を有する反射超音波を前記先端表面より得ることが可能となり、穿刺針１５０の先端位置を高い精度で検出することができる。

尚、穿刺針１５０の先端位置の検出は、ニードルガイドに設けられた図示しないセンサ等によって検出される穿刺針の刺入距離に基づいて行なってもよい。ここでセンサとは、機械的に穿刺針１５０に作用するエンコーダのようなものであってもよく、光センサや磁気センサ等であっても構わない。更に、ニードルガイド１６１を用いずに自由な状態で穿刺針１５０の刺入を行なう場合には、穿刺針１５０の一部に装着された位置センサを用いてその先端部の位置を検出してもよい。

次に、予想刺入位置算出部１０は、刺入直前あるいは刺入中における穿刺針１５０の先端位置と刺入方向の情報を穿刺針位置検出部９から受信し、前記先端位置と腫瘍領域までの距離（穿刺針先端−腫瘍領域間距離）を算出する。そして、この穿刺針先端−腫瘍領域間距離や穿刺針１５０の刺入方向に基づき、穿刺針１５０が生体組織中を直進すると仮定した場合の腫瘍領域に対する予想刺入位置を算出する。

更に、予想刺入位置算出部１０は、穿刺針先端−腫瘍領域間距離やシステム制御部１５から供給される穿刺針１５０の材料情報や被検体の生体組織情報（例えば、穿刺針１５０の硬度や刺入経路における生体組織の硬度）等に基づいて刺入時における穿刺針１５０の湾曲度を推定し、このとき発生する予想刺入位置の誤差範囲を刺入誤差領域として算出する。

一方、穿刺支援データ生成部１１は、領域設定部７から供給される腫瘍領域、血管領域及び臓器領域の情報と穿刺針位置検出部９から供給される穿刺針１５０の刺入方向の情報、更には、予想刺入位置算出部１０から供給される予想刺入位置及び刺入誤差領域の情報に基づいて穿刺支援データを生成する。

次に、穿刺支援データ生成部１１によって生成される穿刺支援データの具体例につき図７乃至図９を用いて説明する。図７は、穿刺アダプタ１６のニードルガイド１６１に沿って穿刺針１５０が取り付けられた場合の穿刺支援データであり、システム制御部１５から供給されるニードルガイド１６１の傾斜角度ξｏに関する情報に基づいて穿刺針位置検出部９が検出した刺入直前における穿刺針１５０の刺入方向を視線方向として腫瘍領域Ｔｒ、被検体の体表から腫瘍領域Ｔｒまでの深さ範囲に存在する血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４及び臓器領域Ｒｒのデータをレンダリング処理あるいは投影処理し、更に、処理後のデータに予想刺入位置Ｐｉ及び刺入誤差領域Ａｖのデータを重畳して穿刺支援データを生成する。この場合、腫瘍領域Ｔｒ、臓器領域Ｒｒ及び血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４の各々には深さや領域に対応した色情報や輝度情報が付帯情報として付加される。

一方、図８（ａ）乃至図８（ｅ）は、穿刺針１５０が被検体の体内に刺入された場合に得られる穿刺支援データの具体例であり、穿刺針位置検出部９から供給される穿刺針１５０の刺入方向を視線方向として腫瘍領域Ｔｒ、穿刺針１５０の先端位置から腫瘍領域Ｔｒまでの深さ範囲に存在する血管領域Ｖｒ及び臓器領域Ｒｒのデータと腫瘍領域Ｔｒに対する予想刺入位置Ｐｉ及び刺入誤差領域Ａｖのデータが上述と同様の方法によって合成され穿刺支援データが生成される。

即ち、穿刺針１５０が被検体の体表面に刺入された直後は、図８（ａ）に示すように被検体の体表から腫瘍領域Ｔｒまでの深さ範囲に存在する血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４と臓器領域Ｒｒが含まれた穿刺支援データが生成される。そして、穿刺針刺入深度の増大に伴ない先ず体表に最も近い距離に存在する血管領域Ｖｒ１と臓器領域Ｒｒが穿刺支援データから消失し、次いで体表に近い血管領域Ｖｒ２、血管領域Ｖｒ３、血管領域Ｖｒ４の順に穿刺支援データから消失する（図８（ｂ）乃至図８（ｅ））。尚、穿刺針刺入深度の増大に伴なって穿刺針１５０の先端位置から腫瘍領域Ｔｒまでの距離は短縮されるため刺入誤差領域Ａｖの範囲も次第に縮小し、穿刺針１５０の先端部が腫瘍領域Ｔｒの表面に到達した時点で予想刺入位置Ｐｉの周囲に形成されていた刺入誤差領域Ａｖは図８（ｅ）に示すように消失する。

一方、図９は、被検体に対する穿刺針１５０の刺入前あるいは刺入中に生成される腫瘍領域後方の穿刺支援データであり、穿刺針位置検出部９から供給される穿刺針１５０の先端位置や刺入方向等の情報に基づいて腫瘍領域Ｔｒ、腫瘍領域Ｔｒの後方に存在する血管領域Ｖｒ５及び図示しない臓器領域、腫瘍領域Ｔｒに対する予想刺入位置Ｐｉ及び刺入誤差領域Ａｖ等のデータが合成されて穿刺支援データが生成される。

尚、上述の穿刺支援データの生成における視線方向は、穿刺針１５０の刺入方向によって設定される。例えば図１０に示すように、刺入方向が方向Ａに初期設定された場合の刺入前における穿刺支援データの視線方向は方向Ａとなり、被検体内での湾曲によって穿刺針１５０の刺入方向が方向Ｂに更新された場合、刺入中における穿刺支援データの視線方向は方向Ｂに更新される。

次に、図１の表示部１２は、ＭＰＲ画像データ生成部６にて生成されたＭＰＲ画像データ（図５参照）や３次元データ生成部８にて生成された３次元データ（図６参照）、更には、穿刺支援データ生成部１１にて生成された穿刺前あるいは穿刺中の穿刺支援データ（図７乃至図９参照）を表示する機能を有し、図示しない表示データ生成回路と変換回路とモニタを備えている。

前記表示データ生成回路は、上述の各ユニットから供給されるＭＰＲ画像データ、３次元データ及び穿刺支援データに対し被検体情報等の付帯情報を重畳して表示データを生成し、前記変換回路は、前記表示データに対しＤ／Ａ変換とテレビフォーマット変換を行なって前記モニタに表示する。このとき、血管領域Ｖｒは深さに対応させた色や輝度を用いて表示してもよい。例えば、図７に示した血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４の各々を白色、黄色、橙色及び赤色を用いて表示することにより深さ情報を容易に把握することができる。又、腫瘍領域、臓器領域及び血管領域を異なる色や輝度を用いて表示してもよく、この方法によれば夫々の領域の識別が更に容易となる。

尚、表示部１２のモニタに穿刺支援データを表示する際、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように腫瘍領域Ｔｒの中心あるいは腫瘍領域Ｔｒに対する予想刺入位置Ｐｉがモニタの中央部に位置するように表示することが望ましいが、特に限定されない。そして、穿刺針１５０の先端部が腫瘍領域Ｔｒに到達したならば（即ち、穿刺針先端−腫瘍領域間距離がゼロになったならば）この腫瘍領域Ｔｒにおける刺入位置あるいはその近傍が点滅表示される。

一方、警告部１３は、穿刺支援データにおける臓器領域Ｒｒあるいは血管領域Ｖｒに予想刺入位置Ｐｉや刺入誤差領域Ａｖが重畳あるいは接触している場合には、穿刺針１５０の刺入位置や刺入方向の変更を含む穿刺計画の再設定を促すための警告信号を発生する。例えば、警告部１３は、警告ランプ、警告ブザー、警告文言表示器等を用いて前記警告信号を操作者に報知する。

図１２は、表示部１２のモニタに表示される腫瘍領域前方（即ち、体表から腫瘍領域Ｔｒまでの深さ範囲）における穿刺支援データの具体例を示したものであり、図１２（ａ）に示すように血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４の一部に刺入誤差領域Ａｖが重なった穿刺支援データが表示部１２に表示された場合、警告部１３は、腫瘍Ｔｍの近傍を走行する主要血管を誤って穿刺する可能性がある旨の警告信号を発生する。そして、上述の穿刺支援データを観測し、更に、警告信号を受けた操作者は、図１２（ｂ）のように血管領域Ｖｒ１乃至Ｖｒ４に刺入誤差領域Ａｖが重ならない穿刺支援データが得られるまで穿刺針１５０の刺入方向を更新する。そして、更新後の穿刺支援データにおいて刺入に対する安全性が確認されたならば被検体に対する穿刺針１５０の刺入を開始する。

尚、図１２では、腫瘍領域前方における穿刺支援データについて述べたが、腫瘍領域後方（即ち、腫瘍領域Ｔｒより深部）における穿刺支援データを用いて刺入に対する安全性を確認し、主要血管を誤って穿刺する可能性がある場合には穿刺針１５０の刺入方向を更新する。この場合の表示部１２における腫瘍領域前方の穿刺支援データ及び腫瘍領域後方の穿刺支援データの切り替え表示は、後述する入力部１４の支援データ選択部１４３によって行なわれる。

入力部１４は、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、選択ボタン、マウス等の入力デバイスを備えたインターラクティブなインターフェースであり、当該被検体に対する３次元走査によって収集されたボリュームデータに対し１つあるいは複数のＭＰＲ断面を設定するＭＰＲ断面設定部１４１、これらのＭＰＲ断面において生成されたＭＰＲ画像データにおける腫瘍やこの腫瘍の近傍に存在する主要臓器に対し輪郭を設定する輪郭設定部１４２、腫瘍領域前方における穿刺支援データ及び腫瘍領域後方における穿刺支援データの選択を行なう支援データ選択部１４３、３次元データの視線方向を設定する視線方向設定部１４４を備えている。

更に、ボリュームデータ収集条件の設定、ＭＰＲ画像データ、３次元データ及び穿刺支援データに対する表示条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等が入力部１４に設けられた上述の入力デバイスを用いて行なわれる。

システム制御部１５は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には入力部１４の各ユニットにて入力／選択／設定された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報、選択情報及び設定情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを制御し、穿刺支援データの生成と表示を行なう。

（穿刺支援データの生成手順）
次に、本実施例における穿刺支援データの生成手順につき図１３のフローチャートを用いて説明する。

穿刺支援データの生成に先立ち超音波診断装置１００の操作者は、入力部１４において被検体情報の入力、穿刺アダプタ識別情報の入力、ボリュームデータ収集条件の設定、ＭＰＲ画像データ／３次元データ／穿刺支援データの表示条件設定等を行なった後超音波プローブ３を被検体体表面の所望位置に配置し、この超音波プローブ３に装着された穿刺アダプタ１６のニードルガイド１６１に沿って穿刺針１５０を設定する（図１３のステップＳ１）。

上述の初期設定が終了したならば、操作者は、入力部１４にて穿刺支援データの生成開始コマンドを入力し（図１３のステップＳ２）、入力されたコマンド信号がシステム制御部１５に供給されることにより、穿刺支援データの生成が開始される。

穿刺支援データの生成に用いるボリュームデータの収集に際し、図２に示した送信部２１のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１５から供給される基準信号を分周してレートパルスを生成し送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、最初の送受信方向（θ１、φ１）に超音波を送信するための偏向用遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＮチャンネルの駆動回路２１３に供給する。次いで、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ３におけるＮ個の振動素子に供給して被検体内に送信超音波を放射する。

放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体の臓器境界面や組織にて反射し、送信時と同じ振動素子によって受信されてＮチャンネルの電気的な受信信号に変換される。次いで、この受信信号は、プリアンプ２２１にて増幅された後受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２２においてデジタル信号に変換され、更に、Ｎチャンネルの受信遅延回路２２３において所定の深さからの受信超音波を収束するための集束用遅延時間と送受信方向（θ１、φ１）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間が与えられた後加算器２２４にて整相加算される。

そして、整相加算後の受信信号が供給された受信信号処理部４の包絡線検波器４１１及び対数変換器４１２は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なってＢモードデータを生成し、ボリュームデータ生成部５のＢモードデータ記憶部５１に送受信方向を付帯情報として保存する。

送受信方向（θ１、φ１）におけるＢモードデータの生成と保存が終了したならば、システム制御部１５は、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２３における遅延時間を制御してθ方向にΔθ、φ方向にΔφずつ順次更新された送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝２〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝２〜Ｑ））の各々に対して同様の手順で超音波を送受信して３次元走査を行なう。そして、各々の送受信方向にて得られたBモードデータも送受信方向を付帯情報としてＢモードデータ記憶部５１に保存する。

更に、システム制御部１５は、上述の送受信方向（θｐ、φｑ）（ｐ＝１〜Ｐ、ｑ＝１〜Ｑ）に対するBモードデータの収集を目的とした超音波送受信と略並行してこれらの送受信方向に対するカラードプラデータの収集を目的とした超音波送受信を行なう。

即ち、システム制御部１５は、先ず、送信部２１の送信遅延回路２１２における送信遅延時間と受信部２２の受信遅延回路２２３における受信遅延時間を制御して送受信方向（θ１、φ１）に対する超音波送受信を所定回数（Ｌ回）繰り返し、各々の超音波送受信において受信部２２から得られた受信信号は、受信信号処理部４のドプラ信号検出部４２に供給される。次いで、この受信信号は、ドプラ信号検出部４２において直交位相検波されてドプラ信号が検出され、このドプラ信号はカラードプラデータ生成部４３のドプラ信号記憶回路４３１に一旦保存される。

送受信方向（θ１、φ１）に対する所定回数（Ｌ回）の超音波送受信によって得られたドプラ信号の保存が終了したならば、システム制御部１５は、ドプラ信号記憶回路４３１に保存されているドプラ信号の中から所定位置（深さ）に対応したＬ個のドプラ信号を順次読み出してＭＴＩフィルタ４３２に供給する。そして、ＭＴＩフィルタ４３２は、供給されたドプラ信号をフィルタ処理して血流に起因したドプラ成分を抽出し、自己相関演算器４３３に供給する。

自己相関演算器４３３は、ＭＴＩフィルタ４３２から供給されたドプラ信号を用いて自己相関演算を行ない、更に、この演算結果に基づいて血流情報を算出する。このような演算を他の位置（深さ）に対しても行ない、算出された送受信方向（θ１、φ１）における血流情報をボリュームデータ生成部５のカラードプラデータ記憶部５２に送受信方向を付帯情報として保存する。

更に、システム制御部１５は、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２３における遅延時間を制御し送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝２〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝２〜Ｑ））の各々に対して同様の手順で超音波を送受信して３次元走査を行ない、各々の送受信方向にて得られたカラードプラデータも送受信方向を付帯情報としてカラードプラデータ記憶部５２に保存する。

一方、ボリュームデータ生成部５の補間処理部５３は、Ｂモードデータ記憶部５１から読み出した複数のＢモードデータを送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成し、更に、この３次元Ｂモードデータを補間処理してＢモードボリュームデータを生成する。同様にして、カラードプラデータ記憶部５２から読み出した複数のカラードプラデータを前記送受信方向に対応させて配列することにより３次元カラードプラデータを形成し、この３次元カラードプラデータを補間処理してカラードプラボリュームデータを生成する。そして、生成したＢモードボリュームデータ及びカラードプラボリュームデータをボリュームデータ記憶部５４に保存する（図１３のステップＳ３）。

一方、ＭＰＲ画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４に保存されたＢモードボリュームデータを読み出し、入力部１４のＭＰＲ断面設定部１４１から供給されたＭＰＲ断面情報に基づいて腫瘍の所望位置にて交叉する複数のＭＰＲ断面をＢモードボリュームデータに設定する。そして、これらのＭＰＲ断面に対応したＢモードボリュームデータのボクセルを抽出して複数のＭＰＲ画像データを生成し、得られたＭＰＲ画像データを表示部１２のモニタに表示する（図１３のステップＳ４）。

表示部１２に表示された複数のＭＰＲ画像データを観察した操作者は、入力部１４の輪郭設定部１４２においてＭＰＲ画像データの各々に示された腫瘍やこの腫瘍の近傍に位置する主要臓器の輪郭を設定する。そして、輪郭設定部１４２からシステム制御部１５を介して腫瘍の輪郭データを受信した領域設定部７の腫瘍領域設定部７１は、この輪郭データに基づいて球体や回転楕円体等で近似した３次元的な腫瘍領域を設定し、同様にして、輪郭設定部１４２から主要臓器の輪郭データを受信した領域設定部７の臓器領域設定部７２は、この輪郭データに基づいて球体や回転楕円体等で近似した３次元的な臓器領域を設定する（図１３のステップＳ５）。

一方、血管領域設定部７３は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５４に保存されたカラードプラボリュームデータを読み出し、このカラードプラボリュームデータにおける血流情報に基づいて腫瘍の近傍を走行する３次元的な主要血管を血管領域として設定する（図１３のステップＳ６）。

上述のボリュームデータ及びＭＰＲ画像データに基づく腫瘍領域、臓器領域及び血管領域の設定と並行し、穿刺針位置検出部９は、システム制御部１５から供給されるニードルガイド１６１の傾斜角度情報に基づいて穿刺針１５０の刺入直前における先端位置及び刺入方向を検出する（図１３のステップＳ７）。

次いで、穿刺針１５０の刺入直前における先端位置と刺入方向の情報を穿刺針位置検出部９から受信した予想刺入位置算出部１０は、穿刺針１５０の先端位置と腫瘍領域までの距離（穿刺針先端−腫瘍領域間距離）を算出し、更に、穿刺針先端−腫瘍領域間距離や穿刺針１５０の刺入方向に基づき穿刺針１５０が生体組織中を直進すると仮定した場合の腫瘍領域に対する予想刺入位置を算出する（図１３のステップＳ８）。

更に、予想刺入位置算出部１０は、穿刺針先端−腫瘍領域間距離やシステム制御部１５から供給される穿刺針１５０の材料情報や被検体の生体組織情報等に基づいて穿刺針１５０の刺入時における湾曲度を推定し、このとき発生する予想刺入位置の誤差範囲を刺入誤差領域として算出する（図１３のステップＳ９）。

そして、穿刺支援データ生成部１１は、領域設定部７から供給された腫瘍領域、血管領域及び臓器領域の情報、穿刺針位置検出部９から供給された穿刺針１５０の刺入方向の情報、予想刺入位置算出部１０から供給された腫瘍領域に対する予想刺入位置及び刺入誤差領域の情報に基づいて刺入直前の穿刺支援データを生成し、得られた穿刺支援データを表示部１２のモニタに表示する（図１３のステップＳ１０）。

又、穿刺支援データの生成と並行して３次元データ生成部８は、上述の３次元的な腫瘍領域、臓器領域及び血管領域の情報と穿刺針位置検出部９によって検出された穿刺針１５０の先端位置及び刺入方向の情報を合成して３次元データを生成し穿刺支援データの参照用データとして必要に応じて表示部１２に表示する。

表示部１２のモニタに表示された穿刺支援データを観察した操作者は、この穿刺支援データにおける臓器領域あるいは血管領域に予想刺入位置や刺入誤差領域が重畳あるいは接触していないこと（即ち、穿刺針１５０による危険刺入の可能性が無いこと）を確認したならば被検体に対する穿刺針１５０の刺入を開始する（図１３のステップＳ１２）。一方、穿刺支援データにおける臓器領域あるいは血管領域に予想刺入位置や刺入誤差領域が重畳あるいは接触している場合には超音波プローブ３の位置や穿刺針１５０の刺入方向及び刺入位置を更新した後（図１３のステップＳ１１）、上述のステップＳ３乃至Ｓ１０の手順を繰り返す。

そして、上述のステップＳ１２において被検体に刺入した穿刺針１５０の先端部が腫瘍領域に未だ到達していない場合、被検体に対する３次元走査によって穿刺針１５０の先端部から得られる反射超音波の情報を送受信部２の受信部２２を介して受信した穿刺針位置検出部９は、この受信信号に基づいて刺入中における穿刺針１５０の先端位置を検出し、更に、この先端位置の時間的変化から刺入方向を検出する（図１３のステップＳ７）。

次いで、穿刺針１５０の刺入中における先端位置と刺入方向の情報を穿刺針位置検出部９から受信した予想刺入位置算出部１０は、穿刺針先端−腫瘍領域間距離）を算出し、更に、穿刺針先端−腫瘍領域間距離やシステム制御部１５から供給される穿刺針１５０の材料情報及び被検体の生体組織情報等に基づいて腫瘍領域に対する予想刺入位置及び刺入誤差領域を算出する（図１３のステップＳ８乃至ステップＳ９）。

そして、穿刺支援データ生成部１１は、領域設定部７から供給された腫瘍領域、血管領域及び臓器領域の情報と穿刺針位置検出部９から供給された穿刺針１５０の刺入中における刺入方向の情報、更には、予想刺入位置算出部１０から供給された腫瘍領域に対する予想刺入位置及び刺入誤差領域の情報に基づいて穿刺中の穿刺支援データを生成し表示部１２のモニタに表示する（図１３のステップＳ１０）。

そして、表示部１２における穿刺支援データの観察下にて被検体に対する穿刺針１５０の刺入を継続して行ない（図１３のステップＳ１２）、穿刺針１５０の先端部が腫瘍領域に到達したことが確認された場合には、刺入を停止した状態で腫瘍に対する薬物投与や組織採取等の検査／治療を行ない（図１３のステップＳ１３）、所定の検査／治療が終了したならば穿刺針１５０を被検体内から抜出する（図１３のステップＳ１４）。

以上述べた本発明の実施例によれば、周囲の主要血管や主要臓器等を損傷させること無く腫瘍等の検査／治療部位に対する穿刺を正確に行なうことが可能となる。

特に、本実施例によれば、腫瘍及びこの腫瘍の近傍に位置する主要臓器を球体や回転楕円体等で近似した腫瘍領域及び臓器領域に主要血管の輪郭を示す血管領域を合成して穿刺支援データを生成しているため、穿刺針を用いた検査／治療において特に注目すべき腫瘍、主要臓器及び主要血管を強調して表示することが可能となる。

又、穿刺針の刺入に伴ない、その先端部より体表側に位置した主要臓器や主要血管を示す臓器領域及び血管領域を穿刺支援データから削除することにより、危険刺入の対象となる臓器領域及び血管領域のみが強調表示された穿刺支援データを生成することができる。

更に、穿刺支援データにおける血管領域や臓器領域を体表からの距離に対応させた色や輝度を用いて表示することにより相互の位置関係を容易に把握することが可能となり、又、腫瘍領域、臓器領域及び血管領域を異なる色や輝度を用いて表示することにより夫々の領域を容易に識別することが可能となる。

一方、穿刺支援データにおける臓器領域及び血管領域に予想刺入位置や刺入誤差領域が重畳あるいは接触して表示された場合、穿刺針の刺入位置や刺入方向の変更を含む穿刺計画の再設定を促すための警告信号が発生するため危険刺入を確実に防止することができ、更に、穿刺支援データに示された予想刺入位置あるいはその周囲の点滅表示により穿刺針の先端部が腫瘍に到達したタイミングを正確に把握することができるため腫瘍に対する過度の刺入を防ぐことができる。

又、穿刺支援データは、穿刺針の刺入方向を視線方向とした腫瘍領域、臓器領域及び血管領域と予想刺入位置及び刺入誤差領域の合成によって生成されるため、腫瘍領域、臓器領域及び血管領域に対する穿刺針の位置関係を正確かつ容易に把握することができる。

以上の理由により、本実施例によれば穿刺針を用いた検査／治療における安全性と効率が飛躍的に向上するのみならず操作者や被検体に対する負担が大幅に軽減される。

特に、穿刺支援データにおける腫瘍領域には穿刺針の予想刺入領域のみならず刺入時における穿刺針の湾曲を考慮した刺入誤差領域が設定されるため検査／治療における安全性は更に向上する。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された、所謂２次元アレイ超音波プローブによって収集した３次元的なＢモードデータ及びカラードプラデータに基づいてボリュームデータを生成し、これらのボリュームデータを用いて球体あるいは回転楕円体等で近似した３次元的な腫瘍領域及び臓器領域と３次元的な血管領域を設定する場合について述べたが、２次元アレイ超音波プローブの替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させることにより上述のボリュームデータを収集してもよく、又、カラードプラデータの替わりに造影剤投与時のＢモードデータに基づくボリュームデータを用いて血管領域の設定を行なってもよい。

更に、上述の実施例では、ＭＰＲ画像データに対しマニュアル設定された腫瘍や主要臓器の輪郭データに基づいて球体や回転楕円体等で近似された３次元的な腫瘍領域や臓器領域を設定する場合について述べたが、ボリュームデータに対し２値化処理等の処理を行なって腫瘍領域や臓器領域を自動設定しても構わない。

尚、上述の穿刺針として腫瘍等の検査／治療部位に対して焼灼治療を行なうＲＦＡ穿刺針や前記検査／治療部位に対して薬物投与や組織採取等を行なう各種カテーテルを含んでいる。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例における超音波プローブの座標と送受信方向の関係を示す図。 同実施例の超音波診断装置が備えるボリュームデータ生成部及び領域設定部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例のＢモードボリュームデータに対して設定されるＭＰＲ断面とこのＭＰＲ断面において生成されるＭＰＲ画像データを説明するための図。 同実施例の３次元データ生成部によって生成される腫瘍領域、臓器領域及び血管領域の３次元データを示す図。 同実施例の刺入直前における腫瘍領域前方の穿刺支援データを示す図。 同実施例の刺入中における腫瘍領域前方の穿刺支援データを示す図。 同実施例の刺入直前あるいは刺入中における腫瘍領域後方の穿刺支援データを示す図。 同実施例の穿刺支援データにおける視線方向を説明するための図。 同実施例の穿刺支援データを表示する際の表示中心を示す図。 同実施例において危険刺入の可能性を有する腫瘍領域前方の穿刺支援データを示す図。 同実施例における穿刺支援データの生成手順を示すフローチャート。 従来の穿刺用超音波プローブを説明するための図。

符号の説明

２…送受信部
２１…送信部
２２…受信部
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
４１…Ｂモードデータ生成部
４２…ドプラ信号検出部
４３…カラードプラデータ生成部
５…ボリュームデータ生成部
５１…Ｂモードデータ記憶部
５２…カラードプラデータ記憶部
５３…補間処理部
５４…ボリュームデータ記憶部
６…ＭＰＲ画像データ生成部
７…領域設定部
７１…腫瘍領域設定部
７２…臓器領域設定部
７３…血管領域設定部
８…３次元データ生成部
９…穿刺針位置検出部
１０…予想刺入位置算出部
１１…穿刺支援データ生成部
１２…表示部
１３…警告部
１４…入力部
１４１…ＭＰＲ断面設定部
１４２…輪郭設定部
１４３…支援データ選択部
１４４…視線方向設定部
１５…システム制御部
１６…穿刺アダプタ
１６１…ニードルガイド
１００…超音波診断装置

Claims (16)

1. 被検体に対する３次元走査によってボリュームデータを収集するボリュームデータ収集手段と、前記被検体に刺入された穿刺針の先端位置を検出する穿刺針位置検出手段と、検出された前記穿刺針の先端位置に基づき、前記穿刺針の先端位置から検査／治療部位としての腫瘍領域までの範囲に存在する生体組織の画像データとしての穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成手段と、前記穿刺支援データを表示する表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記腫瘍領域の近傍に位置する血管領域及び臓器領域の少なくとも何れかを前記ボリュームデータに基づいて設定する領域設定手段を更に備え、前記穿刺支援データ生成手段は、前記血管領域及び前記臓器領域の少なくとも何れかのデータと前記腫瘍領域のデータに基づいて前記穿刺支援データを生成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. 前記穿刺支援データ生成手段は、前記血管領域又は前記臓器領域のデータに対し前記穿刺針の刺入方向を視線方向としたレンダリング処理あるいは投影処理を行なって前記穿刺支援データを生成することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記穿刺針の位置に基づいて前記腫瘍領域に対する予想刺入位置を算出する予想刺入位置算出手段を更に備え、前記穿刺支援データ生成手段は、前記予想刺入位置を示す画像が重畳されるよう前記穿刺支援データを生成することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記穿刺支援データ生成手段は、前記穿刺針の先端位置から前記腫瘍領域までの範囲に存在する前記血管領域及び前記臓器領域の少なくとも何れかのデータと前記腫瘍領域のデータと前記予想刺入位置のデータに基づいて、前記予想刺入位置を示す画像が重畳されるよう前記穿刺支援データを生成することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
6. 輪郭設定手段を備え、前記領域設定手段は、前記ボリュームデータの所望断面に対して生成された１つあるいは複数のＭＰＲ画像データにおける前記検査／治療部位に対し前記輪郭設定手段が設定した輪郭データに基づいて前記腫瘍領域を設定することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
7. 前記領域設定手段は、前記輪郭設定手段が前記ＭＰＲ画像データに対して設定した輪郭データに基づき、球体あるいは回転楕円体で近似された３次元的な前記腫瘍領域を設定することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
8. ＭＰＲ断面設定手段とＭＰＲ画像データ生成手段を備え、前記ＭＰＲ画像データ生成手段は、前記ＭＰＲ断面設定手段が前記ボリュームデータに対して設定したＭＰＲ断面に対応する前記ボリュームデータのボクセルに基づいて前記ＭＰＲ画像データを生成することを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
9. 前記穿刺支援データ生成手段は、前記穿刺針の刺入方向を視線方向としてレンダリング処理あるいは投影処理した前記血管領域及び前記臓器領域の少なくとも何れかと前記腫瘍領域に対し前記予想刺入位置のデータを重畳して前記穿刺支援データを生成することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
10. 前記予想刺入位置算出手段は、更に、前記穿刺針の先端位置及び刺入方向と前記穿刺針の材料情報又は前記被検体の生体組織情報に基づいて前記予想刺入位置の誤差範囲を示す刺入誤差領域を算出し、前記穿刺支援データ生成手段は、前記血管領域及び前記臓器領域の少なくとも何れかのデータと前記腫瘍領域のデータと前記予想刺入位置のデータと前記刺入誤差領域のデータに基づいて前記予想刺入位置を示す画像および前記刺入誤差領域を示す画像が重畳されるよう前記穿刺支援データを生成することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
11. 警告手段を備え、前記警告手段は、前記穿刺支援データにおける前記刺入誤差領域が前記血管領域あるいは前記臓器領域の少なくとも何れかと接触あるいは重なった場合、危険刺入を報知する警告信号を発生することを特徴とする請求項１０記載の超音波診断装置。
12. 前記表示手段は、前記血管領域あるいは前記臓器領域の少なくとも何れかを前記被検体の体表面からの距離に対応させた色や輝度によって表示することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
13. 前記表示手段は、前記腫瘍領域、前記血管領域及び前記臓器領域を異なる色や輝度によって表示することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
14. 前記表示手段は、前記穿刺針の先端位置が前記腫瘍領域に到達した場合、前記穿刺支援データの前記腫瘍領域における前記予想刺入位置あるいはその近傍を点滅表示することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
15. 視線方向設定手段と３次元データ生成手段を備え、前記３次元データ生成手段は、前記視線方向設定手段が設定した所望の視線方向に基づいて前記血管領域及び前記臓器領域の少なくとも何れかのデータと前記腫瘍領域のデータと前記穿刺針の刺入方向のデータに基づいて３次元データを生成することを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
16. 超音波診断装置に、被検体に対する３次元走査によってボリュームデータを収集するボリュームデータ収集機能と、前記被検体に刺入された穿刺針の先端位置を検出する穿刺針位置検出機能と、検出された前記穿刺針の先端位置に基づき、前記穿刺針の先端位置から検査／治療部位としての腫瘍領域までの範囲に存在する生体組織の画像データとしての穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成機能と、前記穿刺支援データを表示する表示機能とを実行させることを特徴とする穿刺支援用制御プログラム。

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