JP5991825B2 - 映像指示子を提供する超音波システム - Google Patents

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Description

本発明は、超音波システムに関し、特に映像指示子を自動で提供する超音波システムに関する。
超音波システムは、対象体に対する無侵襲及び非破壊特性により医療映像分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体の診断位置の超音波映像を映像表示装置を通じて出力する。超音波映像は、一般に対象体の一部のみを示すので、対象体の類型または対象体に対する探触方向を操作者が直観的に認識することは難しい。このような問題に対する１つの解決法として、対象体の類型を示す映像指示子（ボディマーカともいう）が超音波映像とともに映像表示装置に表示され得る。映像指示子は、文字としてまたは対象体の形状と類似のアイコンとして表示され得る。
韓国特許公開第２０１０−００８７５２１号公報
映像指示子が文字として表示される超音波システムでは、対象体と映像指示子が関連するように、操作者が映像指示子を示す文字を直接入力しなければならない煩わしさがある。また、映像指示子がアイコンとして表される超音波システムでは、そのようなアイコンは対象体の類型のみを示すだけで、対象体に対する探触方向などに関する情報は示すことができない。
本発明は、前述した問題を解決するためのもので、本発明の目的は超音波プローブの姿勢情報及び/又は位置情報に基づいて、映像指示子を表示する超音波システムを提供することである。
超音波診断により超音波イメージを出力する超音波システムの実施例が提供される。本発明の一実施例による超音波システムは、超音波プローブと、センサユニットと、プロセッサユニットと、入力ユニットとを備える。超音波プローブは、対象体の診断位置に対して超音波ビームを送受信する。センサユニットは、超音波プローブに配置され、超音波プローブの姿勢及び/又は位置を検出し超音波プローブの姿勢情報及び/又は位置情報を形成する。プロセッサユニットは、映像指示子を姿勢情報及び/又は位置情報に対応して移動させる。映像指示子は、超音波プローブから対象体に送信される超音波ビームの方向を表示するための超音波ビーム方向マーカを含む。入力ユニットは、プロセッサユニットを制御する。
本発明による超音波システムは、超音波プローブに配置され姿勢情報及び/又は位置情報を形成するセンサユニットと、このような姿勢情報及び/又は位置情報に基づいて映像指示子を移動させるプロセッサユニットとを備えるため、映像指示子が超音波映像とともに診断状況に合せて表示され、操作者はこのような映像指示子を通じて精密な超音波診断を行うことができる。
本発明の一実施例における超音波システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例における超音波データ獲得ユニットを示すブロック図である。 本発明の一実施例における超音波プローブを示した斜視図である。 本発明の一実施例における格納ユニットに格納される対象体、診断位置及び映像指示子に対するマッピングテーブルを例示する。 本発明の一実施例における超音波映像及びこれとともに表示される映像指示子を示す。 図５に示す診断状態から変化した本発明の一実施例における超音波映像及び映像指示子を示す。
以下、添付した図面を参照して本発明による超音波システムの実施例を説明する。
図１〜図３を参照すると、本発明の一実施例による超音波システム１００は、入力ユニット１１０と、超音波データ獲得ユニット１２０と、超音波映像形成ユニット１３０と、格納ユニット１４０と、センサユニット１５０と、プロセッサユニット１６０と、出力ユニット１７０と、制御ユニット１８０とを備える。
入力ユニット１１０は、超音波プローブ１２２に配置される（図３参照）。また、入力ユニット１１０は、超音波プローブ１２２に脱着可能に装着される。入力ユニット１１０は、プロセッサユニット１６０を制御するように機能する。入力ユニット１１０が超音波プローブ１２２に備えられるため、操作者は超音波プローブ１２２で対象体の診断を実行する途中、入力ユニット１１０を容易に操作できる。また、操作者は、入力ユニット１１０を通じて、映像指示子を示したり隠したりするための要請を入力することもよい。
超音波データ獲得ユニット１２０は、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを獲得する。
図２に示すように、超音波データ獲得ユニット１２０は、送信信号形成部１２１と、超音波プローブ１２２と、ビームフォーマ１２３と、超音波データ形成部１２４とを備える。
送信信号形成部１２１は、超音波プローブ１２２に備えられる多数の変換素子（図示せず）の位置及び集束点を考慮して、超音波プローブ１２２の変換素子それぞれに印加される送信信号を形成する。この実施例において、前記送信信号は、超音波映像のフレームを得るための送信信号である。
超音波プローブ１２２は、送信信号形成部１２１から提供される送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信する。超音波プローブ１２２は、多数の変換素子を通じて形成され、一群の超音波信号からなる超音波ビームを対象体の診断位置に送信する。また、超音波プローブ１２２は、対象体の診断位置から反射される超音波エコー信号を受信して、それから電気的受信信号を形成する。この実施例において、超音波プローブ１２２は、その探触部１２２２が子宮を検査するために、膣を通じて子宮内部に挿入されるように構成されたプローブ（挿入部１２２３）を備える。
図３に示すように、超音波プローブ１２２は、操作部１２２１と探触部１２２２とを備える。操作部１２２１は、超音波プローブ１２２の動作に関与する部品を収容するケース１２２１aを備える。ケース１２２１aは、入力ユニット１１０をその一面上に装着するように構成される。一実施例として、入力ユニット１１０は、ケース１２２１aの一面上に露出されるように、ケース１２２１aに装着される。他の実施例において、入力ユニット１１０は、ケース１２２１aの表面に取り付けられることもよい。他の実施例において、超音波プローブは、入力ユニット１１０と操作部１２２１が一体に形成され、入力ユニット１１０の一部（例えば、入力のためのボタン）のみがケース１２２１aの表面上に露出されるように構成されることもよい。
超音波プローブ１２２は、ケース１２２１aから延長する長い円筒状の挿入部１２２３を有し、挿入部１２２３の先端に探触部１２２２が設けられている。探触部１２２２は、その内部に多数の変換素子を有する。超音波プローブ１２２は、探触部１２２２の変換素子を通じて対象体に超音波信号を送信して、それから反射される超音波エコー信号を受信する。
超音波プローブ１２２は、ケース１２２１aから挿入部１２２３とは反対方向に延長する把持部１２２４を有する。把持部１２２４は、操作者が超音波プローブ１２２で診断を行う時、超音波プローブ１２２を握る部分である。操作者は手で把持部１２２４を握った状態で、指１つで入力ユニット１１０を操作できる。他の実施例において、超音波プローブ１２２は、探触部１２２２内部の変換素子を所定の角度範囲内で回動させるように構成されることもよい。この場合、変換素子の回動に関連する駆動機構の一部は、把持部１２２４の内部に位置することもよい。
ビームフォーマ１２３は、超音波プローブ１２２から提供されるアナログの電気的受信信号をデジタル信号に変換する。ビームフォーマ１２３は、変換素子の位置及び集束点を考慮してデジタル変換された電気的受信信号に遅延を加える。また、ビームフォーマ１２３は、遅延された電気的受信信号を合わせて受信集束ビームを形成する。
超音波データ形成部１２４は、ビームフォーマ１２３から提供される受信集束ビームを用いて超音波データを形成する。超音波データ形成部１２４は、ビームフォーマ１２３から提供される受信集束信号に多様な信号処理（例えば、利得（ｇａｉｎ）調節、フィルタ処理等）を行うこともよい。
超音波映像形成ユニット１３０は、超音波データ獲得ユニット１２０から提供される超音波データを用いて超音波映像を形成する。超音波映像は、対象体から反射される超音波エコー信号の反射係数を用いて形成されるＢモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像と、ドップラ効果（ｄｏｐｐｌｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて動いている対象体の速度をドップラスペクトル（ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）で示すＤモード（ｄｏｐｐｌｅｒ ｍｏｄｅ）映像と、各速度に応じてマッピングされた予め定められたカラーを用いて動いている対象体の速度を示すＣモード（ｃｏｌｏｒ ｍｏｄｅ）映像と、圧縮などの適用により組織の変形を示すストレイン（ｓｔｒａｉｎ）に基づいた組織の機械的特性を示す弾性モード映像等を含む。
超音波映像形成ユニット１３０が形成する超音波映像は、出力ユニット１７０を通じて出力される。出力ユニット１７０は、ＣＲＴモニタまたはフラットパネルディスプレイ装置を含むこともよい。図５に示すように、出力ユニット１７０は、その画面１７１上に超音波映像２１０を表示する。また、出力ユニット１７０は、プロセッサユニット１６０により処理される映像指示子を超音波映像２１０とともに表示する。
格納ユニット１４０は、多数の対象体及び診断位置別に映像指示子（ｉｍａｇｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）に関する情報またはデータを格納する。この実施例において、図４に示すように、前記映像指示子は、ターゲット組織マーカ（ｔａｒｇｅｔ ｏｒｇａｎ ｍａｒｋｅｒ）２３０と、ボディ軸マーカ（ｂｏｄｙ ａｘｉｓ ｍａｒｋｅｒ）２２０と、超音波ビーム方向マーカ（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｂｅａｍ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｍａｒｋｅｒ）２２１とを含む。
ターゲット組織マーカ２３０は、胸、肝臓、腹部、子宮、肛門などのような対象体の類型を示す。ボディ軸マーカ２２０は、３次元座標系を用いて各対象体の解剖学的位置（Ｃｒ（Ｃｒａｎｉａｌ）、Ｃａ（Ｃａｕｄａｌ）、Ａ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ）、Ｐ（Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）、Ｒ（Ｒｉｇｈｔ）およびＬ（Ｌｅｆｔ））を表示する。超音波ビーム方向マーカ２２１は、三角形を通じて超音波プローブ１２２が送信する超音波ビームの送信方向を表示する。一実施例において、超音波ビーム方向マーカ２２１は、その三角形の頂点がボディ軸マーカ２２０の座標系の原点に位置するように、ボディ軸マーカ２２０とともに表示されることもよい。
格納ユニット１４０は、上記のような映像指示子を対象体及び診断位置に関連付けて格納する。例えば、格納ユニット１４０は、図４に示されたマッピングテーブルのように、対象体及び診断位置別にターゲット組織マーカ２３０と、ボディ軸マーカ２２０と、超音波ビーム方向マーカ２２１とを含む映像指示子を格納する。この実施例では、３次元座標系を用いてターゲット組織マーカ２３０及びボディ軸マーカ２２０が３次元で表される。他の実施例において、２次元座標系を用いる場合、ターゲット組織マーカ２３０及びボディ軸マーカ２２０は、２次元で表されることもよい。
センサユニット１５０は、超音波プローブ１２２に配置される。センサユニット１５０は、超音波プローブ１２２のケース１２２１a内に配置される。センサユニット１５０は、超音波プローブ１２２の姿勢及び位置を検出して姿勢情報及び位置情報を形成する。センサユニット１５０は、角速度センサ、マグネチックセンサ、加速度センサ、重力センサ、ジャイロセンサ等を含むこともよいが、これに限定されない。センサユニット１５０は、超音波プローブ１２２の３次元姿勢及び位置を検出できるセンサであれば、いかなるセンサでも問題ない。他の実施例において、センサユニット１５０は、入力ユニット１１０内に位置することもよい。
制御ユニット１８０は、各ユニットから信号及び命令を受信して、その信号及び命令に従って各ユニットを制御する。一実施例において、制御ユニット１８０は、超音波システム１００の本体に配置されることもよい。制御ユニット１８０は、超音波映像形成ユニット１３０により形成される超音波映像と、プロセッサユニット１６０により処理された映像指示子２３０、２２０、２２１とを出力ユニット１７０を通じて出力するように構成される。また、制御ユニット１８０は、超音波診断によって変化する超音波イメージと、プロセッサユニット１６０により処理されて変化する映像指示子を出力するように構成されることもよい。
また、制御ユニット１８０は、映像指示子の変化または移動に合せて変わったり移動する超音波映像を出力するように構成されることもよい。例として、図５に示すように、超音波診断時のある時点での超音波映像２１０と映像指示子２３０、２２０、２２１とが出力ユニット１７０の画面１７１上に表示されることもよい。また、図６に示すように、図５に示された状態から変化した超音波映像２１０と映像指示子２３０、２２０、２２１とが画面１７１上に表示されるようにしてもよい。
プロセッサユニット１６０は、センサユニット１５０により形成される超音波プローブ１２２の姿勢情報及び/又は位置情報に従って、映像指示子２３０、２２０、２２１の位置、配向などを処理して制御ユニット１８０に伝送する。また、プロセッサユニット１６０は、超音波診断時に変化する超音波プローブ１２２の姿勢情報及び/又は位置情報をセンサユニット１５０から受けて、それに合せて映像指示子２３０、２２０、２２１を移動（例えば、回転、拡大、縮小等）させる処理を行う。
このように、超音波プローブ１２２に配置されるセンサユニット１５０が超音波プローブ１２２の位置情報と姿勢情報を形成し、プロセッサユニット１６０がこれに基づき映像指示子２３０、２２０、２２１を移動させる。従って、本実施例による超音波システム１００は、超音波診断時に診断位置が変化する超音波映像だけでなく、診断位置に関連した映像指示子を診断状況に合せて変化させて表示できる。即ち、本実施例による超音波システム１００は、超音波診断時に診断位置の超音波映像とともに、それに関連した映像指示子を自動で提供し、超音波診断が行われるに伴い、超音波映像は映像指示子の変化または移動に対応して変わったり移動できる。
超音波プローブ１２２に位置する入力ユニット１１０は、前述したプロセッサユニット１６０を制御するように構成される。この実施例において、入力ユニット１１０は、ボタン入力方式でプロセッサユニット１６０を制御するように構成される。入力ユニット１１０は、映像指示子の処理に関連する入力のためのボタン、超音波映像の情報と映像指示子の情報の格納、選択に関連する入力のためのボタン、超音波プローブ１２２及び/又はその内部に位置するユニットの動作に関連する入力のためのボタンなどを備えることもよい。この実施例において、入力ユニット１１０は、初期化ボタン１１１と、映像選択ボタン１１２と、Ｆｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタン１１３と、Ｏｎ／Ｏｆｆボタン１１４とを備える。
また、実施例において、超音波プローブ１２２の位置は、３次元直交座標系の座標ｘ、ｙ、ｚとして表現される。例えば、Ｚ-軸は、地球の中心に向かう方向であり、Ｘ-軸及びＹ-軸により形成されるＸ-Ｙ平面は、Ｚ-軸に直交する。また、Ｘ-軸、Ｙ-軸及びＺ-軸は、それぞれ図５及び図６に示されたＡ−Ｐ軸、Ｒ−Ｌ軸及びＣｒ−Ｃａ軸に対応することもよい。また、超音波プローブ１２２の姿勢はロール、ピッチ、ヨーのような３つの角度θｘ、θｙ、θｚで表される。ロールは、Ｙ-Ｚ平面内でＸ-軸を中心とする回転を示す。ピッチは、Ｘ-Ｚ平面内でＹ-軸を中心とする回転を示す。ヨーは、Ｘ-Ｙ平面内でＺ-軸を中心とする回転を示す。
初期化ボタン１１１は、超音波プローブ１２２の基準状態（基準姿勢及び基準位置を含む）を設定する信号を発生させる。超音波プローブ１２２が超音波診断のために対象体に配置した状態で、操作者が初期化ボタン１１１を押すと、プロセッサユニット１６０は、初期化ボタン１１１が押された時点での超音波プローブ１２２の姿勢及び位置を超音波プローブ１２２の基準姿勢及び基準位置に設定する。設定された基準姿勢及び基準位置は、格納ユニット１４０に格納される。
即ち、初期化ボタン１１１を押す時点でセンサユニット１５０により検出され、形成される超音波プローブ１２２の姿勢情報及び位置情報が超音波プローブ１２２の基準姿勢及び基準位置に設定されることもよい。この実施例において、操作者が初期化ボタン１１１を押すと、超音波プローブ１２２の重心を座標系の原点とする基準位置が設定され、前記原点に対する超音波プローブ１２２の配向による角度θｘ、θｙ、θｚが基準姿勢に設定される。
映像選択ボタン１１２は、超音波プローブ１２２が超音波診断を実行している途中で、超音波映像、ボディ軸マーカ２２０、超音波ビーム方向マーカ２２１を選択する信号を発生させる。超音波プローブ１２２が対象体を探触している状態で、操作者が映像選択ボタン１１２を押すと、その時点での超音波映像と、ボディ軸マーカ２２０と、超音波ビーム方向マーカ２２１が格納ユニット１４０に格納される。
Ｆｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタン１１３は、超音波プローブ１２２が超音波診断を実行している途中で、超音波映像の一時停止/一時停止解除のための信号を発生させる。操作者がＦｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタン１１３を１回押すと、超音波プローブ１２２により探触されている対象体の停止した超音波映像が表示される。この状態で、操作者は映像選択ボタン１１２を通じて、停止した超音波映像とボディ軸マーカ２２０または超音波ビーム方向マーカ２２１とをともに格納ユニット１４０に格納するかを選択できる。Ｆｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタン１１３を再び押すと、停止した超音波映像が解除され、超音波プローブ１２２により探触されている対象体の超音波映像が表示される。
Ｏｎ／Ｏｆｆボタン１１４は、超音波プローブ１２２に供給される電力を遮断することによって、超音波プローブ１２２をＯｎ／Ｏｆｆにできる。また、複数のＯｎ／Ｏｆｆボタン１１４が入力ユニット１１０に設けられ、それぞれ超音波プローブ１２２、センサユニット１５０及び入力ユニット１１０をＯｎ／Ｏｆｆすることもよい。
超音波プローブ１２２が前記基準姿勢及び基準位置から移動または回転した後、プロセッサユニット１６０は、変化する超音波プローブ１２２の位置及び姿勢に合せて、映像指示子の位置及び配向を処理する。センサユニット１５０は、前記基準姿勢及び前記基準位置に対する超音波プローブ１２２の相対的な姿勢及び相対的な位置を検出して、姿勢情報及び位置情報を形成する。この場合、超音波プローブ１２２の位置は、前記基準位置に対する相対的な座標ｘ、ｙ、ｚで表され、超音波プローブ１２２の姿勢は、前記相対的な座標ｘ、ｙ、ｚ上で超音波プローブ１２２の配向に応じた角度θｘ、θｙ、θｚで表されることもよい。
プロセッサユニット１６０は、センサユニット１５０から形成された姿勢情報及び位置情報をターゲット組織マーカ２３０及び超音波ビーム方向マーカ２２１と同期化させて、図６に示すように、超音波プローブ１２２の移動または回転に伴ってターゲット組織マーカ２３０と超音波ビーム方向マーカ２２１を変化させる。即ち、超音波ビーム方向マーカ２２１は、超音波プローブ１２２の移動または回転に対応して移動する。
従って、操作者は、超音波診断時に超音波プローブ１２２の位置及び探触方向を容易に確認できる。また、超音波診断時の任意の時点で、超音波映像２１０がボディ軸マーカ２２０及び超音波ビーム方向マーカ２２１とともに格納ユニット１４０に格納され得るため、操作者は、超音波映像２１０の位置関係を容易に確認できる。特に、子宮のように超音波映像だけでは左右の区別が容易ではない組織を検査する場合、自動で提供される超音波ビーム方向マーカ２２１により、画面１７１に表示される超音波映像が子宮の左側を示すか右側を示すかが容易に確認できる。
以上で説明した本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるということは、本発明の属する分野で通常の知識を有する者にとって明白である。
１００：超音波システム
１１０：入力ユニット
１１１：初期化ボタン
１１２：映像選択ボタン
１１３：Ｆｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタン
１１４：Ｏｎ／Ｏｆｆボタン
１２０：超音波データ獲得ユニット
１２１：送信信号形成部
１２２：超音波プローブ
１２２１：操作部
１２２１a：ケース
１２２２：探触部
１２２３：挿入部
１２２４：把持部
１２３：ビームフォーマ
１２４：超音波データ形成部
１３０：超音波映像形成ユニット
１４０：格納ユニット
１５０：センサユニット
１６０：プロセッサユニット
１７０：出力ユニット
１７１：画面
１８０：制御ユニット
２１０：超音波映像
２２０：ボディ軸マーカ
２２１：超音波ビーム方向マーカ
２３０：ターゲット組織マーカ

Claims (10)

  1. 超音波診断により超音波映像を出力する超音波システムであって、
    対象体に超音波ビームを送信して超音波エコー信号を受信する超音波プローブと、
    前記超音波プローブに配置され、前記超音波プローブの姿勢及び/又は位置を検出して、前記超音波プローブの姿勢情報及び/又は位置情報を形成するセンサユニットと、
    前記超音波ビームの方向を表示する超音波ビーム方向マーカを含む映像指示子を前記姿勢情報及び/又は前記位置情報に従って移動させるプロセッサユニットと、
    前記プロセッサユニットを制御する入力ユニットと
    を備え、
    前記超音波プローブは、操作部と、前記操作部から延長する挿入部と、前記挿入部の先端に設けられる探触部と、前記操作部から前記挿入部とは反対方向に延長する把持部とを備え、
    前記センサユニットは、前記操作部内に配置され、
    前記入力ユニットは、前記操作部に装着され、初期化ボタンを備え、
    前記初期化ボタンが操作されると、前記プロセッサユニットが前記超音波プローブの前記姿勢及び/又は前記位置を基準姿勢及び/又は基準位置に設定する超音波システム。
  2. 前記超音波プローブが移動するに伴って、前記センサユニットが前記基準姿勢及び/又は基準位置に対する前記超音波プローブの相対的な姿勢及び/又は相対的な位置を検出し、
    前記プロセッサユニットは、前記映像指示子を前記相対的な姿勢及び/又は前記相対的な位置に応じて移動させる請求項１に記載の超音波システム。
  3. 前記超音波映像が前記映像指示子の移動に対応して変化する請求項１または２に記載の超音波システム。
  4. 格納ユニットをさらに備え、
    前記入力ユニットは、映像選択ボタンを備え、
    前記映像選択ボタンが操作されると、前記超音波映像及び前記映像指示子が前記格納ユニットに格納される請求項１ないし３のいずれかに記載の超音波システム。
  5. 前記入力ユニットは、前記超音波映像と前記映像指示子の静止画像を選択するためのＦｒｅｅｚｅ／Ｕｎｆｒｅｅｚｅボタンを備える請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波システム。
  6. 前記入力ユニットは、前記超音波プローブに配置される請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波システム。
  7. 前記入力ユニットは、前記超音波プローブに脱着される請求項１ないし６のいずれかに記載の超音波システム。
  8. 前記映像指示子は、前記対象体の解剖学的位置を表示するボディ軸マーカをさらに含む請求項１ないし７のいずれかに記載の超音波システム。
  9. 前記映像指示子は、前記対象体の種類を表示するターゲット組織マーカをさらに含む請求項１ないし８のいずれかに記載の超音波システム。
  10. 前記プロセッサユニットは、前記映像指示子を３次元的に移動させる請求項１ないし９のいずれかに記載の超音波システム。
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