JP6666738B2 - 超音波診断装置、回転式探触子の姿勢算出装置、及び回転式探触子の姿勢算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置、回転式探触子の姿勢算出装置、及び回転式探触子の姿勢算出方法に係り、詳細には、体内に挿入された回転式探触子がどの方向を向いているかを表す姿勢情報（オリエンテーション情報）の算出に関する。

ＣＴ画像において、すりガラス状陰影（Ground Glass Opacity）を呈すような内部の細胞密度が小さい腫瘍は、透視画像上で視認することができないことがある。そのため、例えば肺の末梢腫瘍の細胞を採取する気管支内視鏡を用いた生体検査等においては、先端径が２ｍｍ程度の細い回転式探触子を気管支内に挿入し、３６０度方向の超音波画像を取得する。このようにして、内視鏡が入り込めないような細部の病変をモニタリングしながら患部の組織を採取するといった手法がとられている。

上述の回転式探触子は、先端部に設けられた振動子を一定周期で回転させることにより放射状に超音波を送受し、被検体内の画像を描出するものである。しかし、被検体内における回転式探触子の姿勢は把握しにくく、かつ視野が限定されるため、描出される超音波画像の方向が把握できず、実際の病変の位置と超音波画像内の病変の位置との関係を把握することが困難であった。これに対し、例えば特許文献１には、複数の透視画像の特徴からカテーテルの回転角度を検出する技術が開示されている。具体的には、鉤型に湾曲した先端のカテーテルを対象とし、カテーテルを回転させる動作時に撮影したＸ線透視像や手元の回転操作量等に基づいて画像処理によりカテーテルの先端の回転角度を検出する。

国際公開２０１４／０２４４２２号公報

しかしながら、特許文献１の方法は鉤型のカテーテルを対象とするものであり、回転式探触子の姿勢や超音波画像の方向の認識には適用できないものであった。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、被検体内に挿入された回転式探触子がどの方向を向いているかを示す姿勢情報（オリエンテーション情報）を算出することが可能な超音波診断装置、回転式探触子の姿勢算出装置、及び回転式探触子の姿勢算出方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子と、前記回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて超音波画像を構成する超音波画像構成部と、前記超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得する監視用画像取得部と、前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部の出現タイミングに基づき前記回転式探触子の姿勢情報を算出する演算部と、前記超音波画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

第２の発明は、スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて構成された超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得する監視用画像取得部と、前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部の出現タイミングに基づき前記回転式探触子の姿勢情報を算出する演算部と、前記回転式探触子の姿勢情報を出力する出力部と、を備えることを特徴とする回転式探触子の姿勢算出装置である。

第３の発明は、スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて超音波画像を構成するステップと、前記超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得するステップと、前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部の出現タイミングに基づき前記回転式探触子の姿勢情報を算出するステップと、前記超音波画像を表示するステップと、を含むことを特徴とする回転式探触子の姿勢算出方法である。

本発明により、被検体内に挿入された回転式探触子がどの方向を向いているかを示す姿勢情報（オリエンテーション情報）を算出することが可能な超音波診断装置、回転式探触子の姿勢算出装置、及び回転式探触子の姿勢算出方法を提供できる。

本発明に係る超音波診断装置２０及び回転式探触子の姿勢算出装置２１を利用した検査システム１の全体構成図 Ｘ線画像診断装置１０の撮像姿勢（被検体１００に対するＸ線源１０２及びＸ線検出器１１０の傾き）とＸ線透視像に現れる回転式探触子２０１の特徴部Ａとの位置関係を説明する図 回転式探触子２０１のオリエンテーション算出処理の流れを示すフローチャート 図３のステップＳ１０８のオリエンテーション算出処理の具体例 超音波画像３０とスキャンラインＳＬ１、ＳＬ２、…との関係を説明する図 図３のステップＳ１１０の表示処理の例（１） 超音波画像３０上での基準方向（直上）を示すマーカ５の表示例 図３のステップＳ１１０の表示処理の例（２） 基準方向（直上）が上になるように回転した超音波画像３０の表示例 図３のステップＳ１１０の表示処理の例（３） ＣＴ画像３５と超音波画像３０との重畳画像４０の例 超音波画像３０から体内を描出した３次元画像を生成する処理のフローチャート （ａ）連続して得られた超音波画像３０_１、３０_２、…、３０_ｎ、（ｂ）（ａ）の超音波画像３０_１、３０_２、…、３０_ｎに基づき生成された３次元画像５４及びＭＰＲ画像５１、５２、及び超音波画像５３の表示例 Ｘ線透視像６１と３次元画像６２との並列表示例 各フレームのＸ線透視像３０ａ、３０ｂ、３０ｃに出現する特徴部Ａの位置の変化を示す図 回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとの同期について説明するフローチャート

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して本発明の全体構成について説明する。
図１に示す検査システム１は、本発明に係る超音波診断装置２０とＸ線画像診断装置１０と回転式探触子の姿勢算出装置２１とを備えて構成される。

超音波診断装置２０は、被検体１００の体内に挿入して用いられる回転式探触子２０１、送信部２０２、受信部２０４、超音波送受信制御部２０３、整相加算部２０５、断層画像構成部２０６、白黒スキャンコンバータ２０７、モータ制御部２０８、画像記憶部２２３、表示部２２４、及び３Ｄ画像構築部２２５等を有する。

回転式探触子２０１は、先端部に設けられた振動子を一定の周期で回転させることでスキャンラインを３６０°方向に回転させながら被検体１００との間で超音波を送受信する超音波探触子である。

送信部２０２は、回転式探触子２０１を介して被検体１００に所定の時間間隔で超音波を繰り返し送信する。受信部２０４は、被検体１００から発生する反射超音波信号を時系列に受信する。超音波送受信制御部２０３は送信部２０２及び受信部２０４の動作を制御する。

モータ制御部２０８は、回転式探触子２０１の先端部の回転を制御する。またモータ制御部２０８は、先端部の回転数をエンコーダ等により監視し、姿勢算出装置２１の姿勢情報（オリエンテーション）演算部２１２に入力する。

整相加算部２０５は、受信部２０４で受信した反射超音波信号を整相加算し、断層画像構成部（超音波画像構成部）２０６に出力する。断層画像構成部２０６は、整相加算部２０５から入力されたＲＦ信号フレームデータに基づいて、被検体１００の体内の断層画像を構築する。白黒スキャンコンバータ２０７は、断層画像構成部２０６により構築された白黒（濃淡）の断層画像を表示部２２４の表示に合うように変換する。

画像記憶部２２３は断層画像構成部２０６により生成され、白黒スキャンコンバータ２０７により表示用に変換された複数フレームの断層画像を時間情報とともに記憶する。
表示部２２４は、画像記憶部２２３に記憶された画像や、検査情報、スキャン条件、設定情報等を含む各種情報を表示する。

姿勢算出装置２１は、回転式探触子２０１の姿勢を算出する装置である。姿勢算出装置２１は、監視用画像取得部２１０、特徴検出部２１１、姿勢情報（オリエンテーション）演算部２１２、操作部２２０、ＣＴデータ表示部２２２、ＣＴデータ記憶部２２１を有する。オリエンテーションとは、本明細書では体内に挿入された回転式探触子の姿勢（回転方向、向き）を表す情報を意味するものとする。なお、姿勢算出装置２１は、図１に示すように超音波診断装置２０とは別体で構成してもよいし、超音波診断装置２０に組み込まれる構成としてもよい。図１に示すように超音波診断装置２０と姿勢算出装置２１とが別体で構成される場合は、姿勢算出装置２１はインターフェース（不図示）を介して超音波診断装置２０及びＸ線画像診断装置１０との間でデータを送受信する。

監視用画像取得部２１０は、超音波画像（上述の断層画像）の撮像中に得られ、回転式探触子２０１の少なくとも一部が被検体１００とともに描出された画像を監視用画像として取得する。例えば、Ｘ線画像診断装置１０により撮影されたＸ線透視像等を監視用画像として取得する。なお、監視用画像は、Ｘ線透視像に限定されず、回転式探触子２０１の一部（特徴部）が被検体１００とともに描出された画像であればよく、例えば内視鏡画像等としてもよい。

特徴検出部２１１は、監視用画像取得部２１０により取得した監視用画像上で回転式探触子２０１の周期的な動きを示す特徴部Ａを識別し、その出現タイミングを検出する。以下の説明では、監視用画像として複数フレームのＸ線画像からなるＸ線透視像を用いる。特徴検出部２１１が検出する特徴部Ａは回転式探触子２０１の構造的な特徴を示す部位またはＸ線透視像に現れる特徴的な部位であって、予め設定された部位である。特徴検出部２１１は、Ｘ線透視像の各フレームのＸ線画像に対してパターンマッチング等の手法で特徴検出処理を施すことにより、予め設定された特徴部Ａを識別する。回転式探触子２０１は体内において所定の回転周期で回転しているため、連続的に撮影されているＸ線透視像では回転式探触子２０１の特徴部Ａが周期性のある動きとして検出される。特徴検出部２１１は、特徴部Ａが特定の位置で検出されるタイミング（出現タイミング）を取得し、姿勢情報（オリエンテーション）演算部２１２に入力する。

姿勢情報（オリエンテーション）演算部２１２は、特徴検出部２１１から入力された特徴部Ａの出現タイミングに基づき回転式探触子２０１の姿勢情報であるオリエンテーション情報を算出する。以下、回転式探触子２０１の姿勢情報をオリエンテーションもしくはオリエンテーション情報と呼ぶ。

姿勢情報演算部２１２（以下、オリエンテーション演算部２１２という）は、超音波診断装置２０のモータ制御部２０８から入力される回転式探触子２０１の先端部の回転数の情報と、監視用画像であるＸ線透視像を撮像したＸ線画像診断装置１０の制御部１１８から入力される撮像姿勢に関する情報（Ｘ線画像診断装置１０におけるＸ線源１０１の傾きと被検体１００との位置関係の情報）と、上述の特徴部Ａの出現タイミングとに基づき、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を算出する。

上述したように、オリエンテーション情報は被検体１００の体内に挿入された回転式探触子２０１の姿勢（回転方向、向き）に関する情報である。換言すると超音波画像の描画方向の情報である。オリエンテーション情報は、例えば、超音波画像において所定の基準方向がどの方向を示すか、のように求められる。基準方向は、例えば鉛直上方（以下、「直上」という）とする。図２は、監視用画像であるＸ線透視像の撮像姿勢と回転式探触子２０１の被検体１００体内での姿勢との関係を示す図である。オリエンテーション情報の算出については後述する。

オリエンテーション演算部２１２は、算出した回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を超音波診断装置２０に出力する。超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を時間情報とともに画像記憶部２２３に記憶する。画像記憶部２２３には複数フレームの超音波画像（断層画像）が時間情報とともに記憶されているため、時間情報によって超音波画像の各フレームと回転式探触子２０１のオリエンテーション情報とが紐づけられる。

超音波診断装置２０の３Ｄ画像（３次元画像）構築部２２５は、画像記憶部２２３に記憶された複数フレームの超音波画像（断層画像）と、各フレームにおける回転式探触子２０１の位置情報及びオリエンテーション情報とに基づき、被検体１００の内部を描出した３次元画像を生成する。生成された３次元画像は、時間情報とともに画像記憶部２２３に記憶される。回転式探触子２０１の位置情報は図示しない位置検出器（磁気センサ等）により検出可能である。

姿勢算出装置２１のＣＴデータ記憶部２２１は、予めＸ線ＣＴ装置等により撮影されたＣＴデータを記憶する。ＣＴデータとは、被検体１００の周囲の各方向から得られた投影データをコンピュータ等により再構成することで被検体１００内を描出した断層像群のデータである。ＣＴデータ表示制御部２２２は、操作部２２０を用いてユーザにより指定されたＣＴデータをＣＴデータ記憶部２２１から読み出し、表示部２２４に表示する。また、ＣＴデータ表示制御部２２２は、ＣＴ画像（断層像）と超音波画像とを重畳表示するための処理を行う。

表示部２２４は、画像記憶部２２３に記憶された超音波画像や３次元画像等の画像や、ＣＴデータ表示制御部２２２から出力されたＣＴ画像や重畳画像等を表示する。

超音波診断装置２０及び姿勢算出装置２１は、通信ケーブル等を介してＸ線画像診断装置１０と接続される。Ｘ線画像診断装置１０は、被検体１００のＸ線透視像を撮影する装置である。Ｘ線透視像は、回転式探触子２０１の位置及び姿勢をモニタリングするための監視用画像として利用される。

Ｘ線画像診断装置１０は、Ｘ線源１０２、Ｘ線絞り１０４、Ｘ線検出器１１０、画像処理部１１２、画像記憶部１１４、表示部１１６、制御部１１８、操作部１２０、高電圧発生部１０８等を有する。被検体１００は寝台１０６に寝載される。

Ｘ線源１２は、高電圧発生部１０８から電力供給を受けて所定の線量のＸ線を発生させるＸ線管球を有する。高電圧発生部１０８は、制御部１１８からの制御信号に基づきＸ線源１０２に対して電力を供給する。

Ｘ線絞り１０４は複数のＸ線遮蔽板を有し、制御部１１８から通知される開度情報に従って、Ｘ線遮蔽板を所定の位置まで開閉させて所望の形状のＸ線照射領域を形成する。

Ｘ線検出器１１０は、例えばシンチレータとフォトダイオードの組み合わせによって構成されるＸ線検出素子を２次元配列したフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）やＩ．Ｉ．（image intensifier）等であり、被検者１００を介してＸ線源１０２に対向する位置に設けられる。例えば、寝台１０６の天板の下面にＸ線検出器１０６が設置される。

Ｘ線検出器１０６の各検出素子は、Ｘ線源１０２から照射され被検者１００を透過したＸ線である透過Ｘ線を検出し、そのＸ線強度に応じた電気信号に変換する。
画像処理部１１２は、Ｘ線検出器１０６から出力された電気信号を処理し、画像を生成する。画像処理部１１２における処理は、ガンマ変換、階調変換、画像の拡大、縮小等の処理を含む。画像処理部１１２は画像処理されたＸ線画像を画像記憶部１１４に出力する。
画像記憶部１１４は、画像処理部１１２から出力されたＸ線画像を記憶する。

表示部１１６は、画像処理部１１２から出力されたＸ線画像、または画像記憶部１１４に記憶されたＸ線画像や制御部１１８から入力された表示データ等を表示する。

制御部１１８は、操作部１２０から入力された指令に基づきＸ線源１２におけるＸ線曝射、画像処理部１１２における画像処理、画像記憶部１１４における画像の記憶、表示部１１６における表示、Ｘ線絞り１０４等の動作を制御する。また制御部１１８は、Ｘ線画像診断装置１０の撮像姿勢に関する情報を姿勢算出装置２１のオリエンテーション演算部２１２に送出する。撮像姿勢に関する情報とは、基準方向からのＸ線源１０２の傾き角度θの情報である。例えば図２に示すように、被検体１００に対しＸ線源１０２が直上にある位置を撮像姿勢の基準方向（θ＝０°）とする。

次に、図３を参照して、回転式探触子２０１のオリエンテーション算出処理の流れについて説明する。以下の説明では、回転式探触子２０１を先端部に設けた内視鏡を用いて気管支等の生体検査を行う場合を例として説明する。

操作者は、回転式探触子２０１を体内（例えば、気管支等）に挿入する。超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の先端の振動子を所定の周期で回転させることにより、スキャンラインを回転させながら被検体１００に対して超音波信号を送信する。回転式探触子２０１は被検体１００からの反射超音波信号を受信する（ステップＳ１０１）。受信した反射超音波信号は整相加算部２０５に入力される。

このとき超音波診断装置２０のモータ制御部２０８は、回転式探触子２０１の先端部の回転数情報（回転情報または回転周期）を取得し、姿勢算出装置２１のオリエンテーション演算部２１２に出力する（ステップＳ１０２）。断層画像構成部２０６は、受信部２０４により受信し、整相加算された被検体１００の時系列の反射超音波信号に基づき回転式探触子２０１の周辺の３６０°の超音波画像（断層画像）を構成する（ステップＳ１０３）。

一方、Ｘ線画像診断装置１０は、超音波画像（上述の断層画像）の撮像開始とともに被検体１００の回転式探触子２０１の少なくとも一部を含む領域の撮像を開始する（ステップＳ１０４）。このときＸ線画像診断装置１０の制御部１１８は、所定の基準方向からのＸ線源１０２の傾き角度である撮像姿勢θの情報を取得する。基準方向は、上述したように例えば直上とする。Ｘ線画像診断装置１０は、時系列のＸ線透視像を監視用画像として姿勢算出装置２１に出力するとともに撮像姿勢情報θを姿勢算出装置２１に出力する（ステップＳ１０５）。

姿勢算出装置２１では、Ｘ線画像診断装置１０から透視像及び撮影姿勢情報θを取得する（ステップＳ１０６）。特徴検出部２１１は、ステップＳ１０６で取得したＸ線透視像の各フレームについて回転式探触子２０１の特徴部Ａを検出する処理を実行する（ステップＳ１０７）。検出対象とする特徴部Ａは、検査を開始する前に予め設定された特徴を示す部位である。回転式探触子２０１は所定のフレームレートで回転しているため、Ｘ線透視像の各フレームについて特徴検出処理を実施することにより、Ｘ線透視像内の所定箇所に特徴部Ａが周期的に検出される。

姿勢算出装置２１（オリエンテーション演算部２１２）は、ステップＳ１０７により検出した特徴部Ａの検出結果（特徴部Ａの出現タイミング）に基づき、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を算出する（ステップＳ１０８）。

図４を参照して、ステップＳ１０８のオリエンテーション算出処理について説明する。
オリエンテーション演算部２１２は、ステップＳ１０７で検出した特徴部Ａの検出結果から、特徴部Ａが検出される周期である出現タイミングを求める（ステップＳ２０１）。また、特徴部Ａの出現タイミングと同じタイミングで送受信したスキャンラインＳＬｉ（回転式探触子２０１の回転角度）を特定する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２においてオリエンテーション演算部２１２は、ステップＳ１０２で取得した回転式探触子の回転数情報（回転情報または回転周期）と、ステップＳ１０６で取得したＸ線透視像の撮影姿勢情報θとに基づき、ステップＳ２０１で検出した特徴部Ａの出現タイミングと同じタイミングで送受信したスキャンラインＳＬｉ（回転式探触子２０１の回転角度）を特定できる。回転式探触子２０１はスキャンラインの方向（回転角度）を変えながら放射状に超音波信号の送受信を行っており、回転式探触子２０１のスキャン開始位置はスキャンの都度異なるが、モータ制御部２０８は回転速度とスキャン開始からの回転数とに基づき、回転式探触子２０１のスキャンライン（回転角）と時相との関係を求めることができる。また、Ｘ線透視像は所定のフレームレートで得られるため特徴部Ａが特定の位置に検出されるフレームを特定することで特徴部Ａの出現タイミング（時相）を検出できる。これにより、特徴部Ａの出現タイミングと同じタイミング（時相）のスキャンラインＳＬｉを特定できる。

オリエンテーション演算部２１２は、特定したスキャンラインＳＬｉの角度θｉと、ステップＳ１０６で取得した撮像姿勢θの情報とから、基準方向である直上（θ＝０°）のスキャンラインＳＬ_０を特定する（ステップＳ２０３）。

図５は回転式探触子２０１の各スキャンラインＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、…、ＳＬｉ…と、撮像姿勢θと基準（直上）スキャンラインＳＬ_０との関係を示す図である。スキャンラインＳＬｉは、上述したように、Ｘ線透視像上で特徴部Ａが出現するタイミングと同じタイミングで得られたスキャンラインである。基準（直上）スキャンラインＳＬ_０の角度は、スキャンラインＳＬｉのときのプローブ２０１の回転角度θｉを撮像姿勢θで補正することにより得られる。すなわち、（θｉ−θ）のスキャンラインが基準（直上）スキャンラインＳＬ_０である。この基準（直上）スキャンラインＳＬ_０とスキャンラインＳＬｉとのずれ量が回転式探触子２０１のオリエンテーション（姿勢）を表す情報となる。なお、基準方向は直上に限定されず、その他の角度でもよい。

オリエンテーション演算部２１２は、ステップＳ２０２で算出した直上スキャンラインＳＬ_０の方向を当該フレームにおけるオリエンテーション情報として、超音波診断装置２０に出力する。超音波診断装置２０はオリエンテーション情報を時間情報とともに超音波診断装置２０の画像記憶部２２３に記憶されている超音波画像に付加する（図３のステップＳ１０９）。

次に、超音波診断装置２０は、画像記憶部２２３に記憶した超音波画像を表示部２２４に表示する（ステップＳ１１０）。表示処理について、図６を参照して説明する。

例えば、図６に示す表示処理（１）では、超音波画像に付加されたオリエンテーション情報に基づいて、基準方向（例えば、直上）を示すマーカ５を超音波画像３０上に表示する（ステップＳ３０１）。図７はマーカ５の表示例を示す図である。

検査中は、超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の移動に伴い直上（基準方向）に対応するスキャンラインは変化する。検査中、図３のステップＳ１０１〜ステップＳ１０９の処理を繰り返し行うことで、オリエンテーション演算部２１２は超音波画像の各フレームのオリエンテーション情報を求め、超音波画像にオリエンテーション情報を付加して記憶する。超音波診断装置２０は、例えば、ステップＳ１０７において特徴部Ａが出現するタイミングを検出する都度、基準スキャンラインＳＬ_０（基準方向（直上）に対応するスキャンライン）を算出し、マーカ５の位置をリアルタイムに更新する（ステップＳ３０２）。

なお、ステップＳ３０２において、細かい時間間隔でリアルタイムにマーカ５の位置の表示を更新すると、表示が安定せず観察の妨げになることがある。この場合は、例えば複数フレーム分のオリエンテーション情報の平均値を求め、複数フレーム毎に基準スキャンラインＳＬ_０の位置を示すマーカ５の位置を更新するようにしてもよい。

このように、オリエンテーション情報に基づいて基準方向（例えば、直上）を示すマーカ５を超音波画像３０上に表示することで、被検体１００の体内における回転式探触子２０１の姿勢が分かりやすくなる。これにより、ユーザは超音波画像における患部の位置を把握しやすく、生体内を観察しやすいものとなる。

なお、図３のステップＳ１１０の表示処理において、基準方向の実際の方向と一致するように、超音波画像を回転させて表示してもよい。
この場合、図８の表示処理（２）に示すように、例えば直上を基準方向とする場合は、超音波診断装置２０は、直上が上になるように、超音波画像３０を回転させて表示する（ステップＳ４０１）。図９は、直上スキャンラインＳＬ_０が上方向を示すように超音波画像３０が回転されて表示された状態を示す図である。超音波画像３０が、ユーザの視点と一致するため患部の位置等が把握しやすくなる。

検査中は、超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の移動に伴い直上のスキャンライン（基準スキャンライン）ＳＬ_０の位置は変化する。検査中、図３のステップＳ１０１〜ステップＳ１０９の処理を繰り返し行うことで、オリエンテーション演算部２１２は超音波画像の各フレームのオリエンテーション情報を求め、超音波画像にオリエンテーション情報を付加して記憶する。姿勢算出装置２１は、例えば、ステップＳ１０７において特徴部Ａが出現するタイミングを検出する都度、基準スキャンラインＳＬ_０（直上）の位置を算出し、超音波診断装置２０に通知する。超音波診断装置２０は直上を示す方向が常に上にくるように超音波画像３０を回転させて、リアルタイムに表示を更新する（ステップＳ４０２）。

なお、ステップＳ４０２においてもステップＳ３０２と同様に、細かい時間間隔でリアルタイムに超音波画像３０を回転させて表示を更新すると、表示が安定せず観察の妨げになることがある。この場合は、例えば複数フレーム分のオリエンテーション情報の平均値を求め、複数フレーム毎に基準スキャンラインＳＬ_０の位置を求め、更新表示するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、姿勢算出装置２１は、回転式探触子２０１の姿勢（オリエンテーション情報）を求め、超音波診断装置２０は求められたオリエンテーション情報に基づき基準方向を超音波画像３０上に表示する、或いは、基準方向に合わせて超音波画像３０を回転させて表示する。このため、ユーザは表示されている超音波画像３０がどの方向を描画しているのかを把握できるようになる。

［第２の実施の形態］
次に、図１０及び図１１を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態において、超音波診断装置２０は予め撮像された被検体１００のＣＴ画像に超音波画像を位置合わせして重畳表示する。そのため、第２の実施の形態の超音波診断装置２０は、第１の実施の形態と同様に回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を算出し、超音波画像３０の各フレームに紐づけて画像記憶部２２３に記憶する。また、回転式探触子２０１が挿入された部位を含むＣＴデータ（Ｘ線ＣＴ装置等により撮影された複数の断層像からなる３次元の画像データ）を予めＣＴデータ記憶部２２１に記憶しているものとする。ＣＴデータ表示制御部２２２は、撮像中の超音波画像とＣＴ画像（断層像）とを位置合わせし、リアルタイムに重畳表示するための処理を行う。

超音波画像とＣＴ画像とを位置合わせするために、第２の実施の形態の超音波診断装置２０は第１の実施の形態の超音波診断装置２０の構成に加え、体内に挿入された回転式探触子２０１の位置を検出する位置検出器（不図示）を備える。位置検出器は、例えば磁気センサ等であり、回転式探触子２０１の３次元位置情報を検出し、検出した位置情報を時間情報（時相）とともにＣＴデータ表示制御部２２２に出力する。

図１０、図１１を参照して、第２の実施の形態の超音波診断装置２０における表示処理（３）について説明する。

被検体１００の気管支３５ｂ内に回転式探触子２０１が挿入され検査が開始されると、超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１はプローブ位置３０ｂから放射状に超音波信号を送受し、被検体１００内の超音波画像３０を取得する。姿勢算出装置２１は、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報を算出する。超音波画像３０の取得及びオリエンテーション情報の算出は第１の実施の形態と同様の手法（図３のステップＳ１０１〜ステップＳ１０９）により行う。位置検出器により被検体１００の体内における回転式探触子２０１の位置情報が常に取得されている。

姿勢算出装置２１のＣＴデータ表示制御部２２２は、ＣＴデータ記憶部２２１から予め撮影されたＣＴ画像データ（ＣＴデータ）を読み込む（ステップＳ５０１）。ＣＴデータ表示制御部２２２は位置検出器から入力される回転式探触子２０１の３次元位置情報を取得し、ステップＳ５０１で取得したＣＴデータのうち回転式探触子２０１の位置と同一の位置または最も近い位置を含む断面のＣＴデータを取得し、表示部２２４に表示する（ステップＳ５０２）。

ＣＴデータ表示制御部２２２は、表示するＣＴ画像と超音波画像とのサイズが合うように各画像の拡大率を決定する（ステップＳ５０３）。

超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報に基づき、ステップＳ５０２で表示したＣＴ画像３５の向きにあうように超音波画像３０の回転角度を求める。そして、求めた拡大率及び回転角度に基づいて超音波画像３０をＣＴ画像３５上に位置合わせし、重畳表示する（ステップＳ５０４）。

図１１の重畳画像４０は、ある断面のＣＴ画像３５上に同じ断面の超音波画像３０が重畳表示された状態を示している。ステップＳ５０１〜ステップＳ５０４の処理により、超音波画像３０の方向や表示サイズがＣＴ画像と併せられているため、ＣＴ画像３５上に描出された腫瘍３５ａや気管支３５ｂの位置に、超音波画像３０上に描出された腫瘍３０ａやプローブ位置３０ｂが重ねて表示される。

検査中は回転式探触子２０１の位置は移動され、姿勢（オリエンテーション）も変化する。ＣＴデータ表示制御部２２２は、生成された超音波画像データをリアルタイムに順次取得するとともに、回転式探触子２０１の位置情報やオリエンテーション情報もリアルタイムに取得する。ＣＴデータ表示制御部２２２は、回転式探触子２０１の位置に連動して表示するＣＴ断面をリアルタイムに更新するとともに、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報に基づいて重畳する超音波画像３０を回転させ、拡大・縮小等の処理を行い、表示をリアルタイムに更新する（ステップＳ５０５）。

以上説明したように、第２の実施の形態では、超音波診断装置２０は予め撮影されたＣＴ画像に、撮像中の超音波画像を重畳表示する。また重畳する超音波画像をリアルタイムに更新する。これにより、例えば、ＣＴ画像上で予め計画した位置から細胞を採取する手技等において、対象とする部位の方向が超音波画像上で確認しやすく有効である。また上述の処理に加え、細胞を採取した位置をＣＴ画像に記憶（マーク）するといった処理を加えれば、予め計画された細胞の採取漏れを防止できる。

［第３の実施の形態］
次に、図１２〜図１４を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。
ＩＶＵＳ検査（血管内超音波検査）では、血管内に回転式探触子２０１を挿入し対象部位に向かって進行しながら被検体１００内をスキャンする。
第３の実施の形態の超音波診断装置２０は、第１の実施の形態と同様に、血管内からのスキャンにより複数フレームの断層画像を構成するとともに各フレームの断層画像についてそれぞれ姿勢算出装置２１によりオリエンテーション情報を算出する。また、磁気センサ等の位置検出器により被検体１００の体内にある回転式探触子２０１の３次元位置情報を時系列に検出する。複数フレームの断層画像、回転式探触子２０１のオリエンテーション情報、及び位置情報は、３Ｄ画像構築部２２５に入力される。

３Ｄ画像構築部２２５は、回転式探触子２０１により取得した複数フレームの断層画像（超音波画像）と、各フレームにおける回転式探触子２０１のオリエンテーション情報及び位置情報に基づき３次元の画像データを構築し、この３次元の画像データに基づいてＭＰＲ像（multi planar reconstruction）を生成し、画像記憶部２２４に出力する。

図１２及び図１３を参照して、第３の実施の形態の超音波診断装置２０におけるＭＰＲ像表示処理について説明する。
図１２のフローチャートに示すように、超音波診断装置２０の３Ｄ画像構築部２２５は、回転式探触子２０１の位置情報、超音波画像、オリエンテーション情報をフレーム毎に取得する（ステップＳ６０１）。３Ｄ画像構築部２２５は、これらの取得したデータ（回転式探触子２０１の位置情報、超音波画像、オリエンテーション情報）をリアルタイムに画像記憶部２２３に記録する。ユーザは回転式探触子２０１を対象部位（患部）まで進める（ステップＳ６０２）。画像記憶部２２３には、図１３（ａ）に示すように、複数フレームの超音波画像３０_１、３０_２、３０_３、３０_４、…３０_ｎが、回転式探触子２０１の位置情報及びオリエンテーション情報とともに記憶される。

対象部位（患部）に到達すると、３Ｄ画像構築部２２５は、ステップＳ６０１〜ステップＳ６０２の処理により画像記憶部２２３に記録されたデータに基づき３次元画像を構築する（ステップＳ６０３）。ここで構築する３次元画像は、図１３（ｂ）に示すように、通過した血管を描出した３次元画像５４や、血管芯線を通る断面を描画したＭＰＲ画像５１、５２や血管芯線の直交断面画像（超音波画像５３）等である。３Ｄ画像構築部２２５は、ステップＳ６０３で構築した３次元画像５４、ＭＰＲ画像５１、５２、断面画像５３等を画像記憶部２２３に記憶する。超音波診断装置２０は画像記憶部２２３に記憶された３次元画像５４、ＭＰＲ画像５１、５２、断面画像５３等を表示部２２４に表示する（ステップＳ６０４）。

図１３（ｂ）は、表示レイアウト５０の一例を示す図である。超音波診断装置２０は、例えば図１３（ｂ）に示す表示レイアウト５０のように、３次元画像５４、及び各断面のＭＰＲ画像５１、５２、５３等を表示部２２４に並べて表示する。なお、３次元画像の種類は図１３（ｂ）に示すものに限定されず、複数位置でのスキャンにより取得した超音波画像から生成可能な各種の３次元画像を含む。また、図１３（ｂ）に示す表示レイアウト５０では４つの枠内にそれぞれ画像を表示しているが、表示する枠や画像数は４つ未満としてもよいし、５つ以上としてもよい。

また、図１４に示すように、ステップＳ６０３で構築した３次元画像をＸ線画像診断装置１０により撮影したＸ線透視像６１と並べて表示してもよい。
図１４に示す表示レイアウト６０では、左欄に、Ｘ線画像診断装置１０からリアルタイムに入力されたＸ線透視像６１が表示され、右欄に超音波診断装置２０により撮像した画像により生成された３次元画像６２が表示される。

また、Ｘ線透視像６１の該当箇所にステップＳ６０３で生成した３次元画像６４を重畳し、サムネイル画像６３のように表示してもよい。Ｘ線透視像６１と３次元画像６４の位置合わせには、磁気センサ等の位置検出器により得た回転式探触子２０１の位置情報が用いられる。

更に、サムネイル画像６３やＸ線透視像６１上に、現在の回転式探触子２０１の位置を示すマーカ６５を表示してもよい。回転式探触子が挿入されている位置における超音波画像（リアルタイムに取得した超音波画像）または３次元画像をサムネイル画像６３やＸ線透視像６１と並べて表示してもよい。

以上説明したように、第３の実施の形態では超音波診断装置２０は、複数フレームの超音波画像と、各フレームの回転式探触子２０１の位置情報及びオリエンテーション情報に基づき、被検体１００の体内を描画した３次元画像を生成できる。また、回転式探触子２０１の位置情報及びオリエンテーション情報に基づいてＭＰＲ画像を生成したり、生成した３次元画像やＭＰＲ画像を透視像６１と位置合わせして重畳表示したりできるようになる。

［第４の実施の形態］
次に、図１５〜図１６を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。
回転式探触子２０１はモータ制御部２０８により所定の回転周期で回転される。また、Ｘ線画像診断装置１０から入力される監視用画像であるＸ線透視像は、所定のフレームレート（撮影レート）で撮像されている。そのため、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとの関係に応じて監視用画像（Ｘ線透視像）上に特徴部Ａが現れる周期が決定される。例えば、図１５に示すように、Ｘ線透視像には各時相ｔ１、ｔ２、ｔ３で異なる位置にそれぞれ回転式探触子２０１の特徴部Ａが出現する。この出現タイミングが周期的であれば、Ｘ線透視像の撮影レートは回転式探触子２０１の回転周期の３倍ということとなる。

そこで、第４の実施の形態において超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートを取得し、Ｘ線透視像における特徴部Ａの出現タイミングに基づいて回転式探触子の回転周期及び前記監視用画像の撮影レートのいずれか一方または両方を調整する調整部を備える。これにより、Ｘ線透視像における特徴部Ａの出現タイミングを制御する。

図１６のフローチャートに示すように、超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとから、Ｘ線透視像上に特徴部Ａが現れる周期を求める（ステップＳ７０１）。回転式探触子２０１の回転周期はモータ制御部２０８から取得可能であり、Ｘ線透視像の撮影レートはＸ線画像診断装置１０の制御部１１８から取得可能である。

超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとを同期させて変更する（ステップＳ７０２）。超音波診断装置２０は、変更後の回転式探触子２０１の回転周期の設定値をモータ制御部２０８に入力するか、変更後のＸ線透視像の撮影レートの設定値をＸ線画像診断装置１０の制御部１１８に入力する。回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとを同値にした場合は、Ｘ線透視像の全フレームにおいて特徴部Ａが同位置に表示されることとなり、オリエンテーション情報の算出が容易となる。なお、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像の撮影レートとは必ずしも同値でなくてもよく、例えば図１５に示すように、Ｘ線透視像上の観察しやすい１または複数の位置に特徴部Ａが周期的に現れるように調整してもよい。

また例えば、Ｘ線画像診断装置１０に内部同期モードと外部同期モードとを設け、いずれかのモードをユーザが選択可能とする。内部同期モードでは、内部クロックを使用し、例えば２５［フレーム／秒］等の固定値とする。外部同期モードでは、外部から入力される同期信号を用いて撮影レートを調整可能とする。超音波診断装置２０側で所定のタイミングで同期信号を生成し、Ｘ線画像診断装置１０に入力すれば、Ｘ線画像診断装置１０の撮影レートを超音波診断装置２０側で制御可能である。

具体的には、回転式探触子の回転周期を例えば７．５［回転／秒］等に設定する。更に、回転式探触子２０１の回転角が所定角（０°、１２０°、２４０°）になったときに超音波診断装置２０からＸ線画像診断装置１０の制御部１１８に対して同期信号を送信する。すると、Ｘ線画像診断装置１０の制御部１１８は同期信号を受信したタイミングでＸ線照射を行い、Ｘ線画像を収集する。これにより、回転式探触子２０１の回転角が上述の所定角（０°、１２０°、２４０°）になったときに常にＸ線画像（監視用画像）を収集することができる。よって、特徴部Ａの出現タイミングを制御できる。

以上説明したように、第４の実施の形態の超音波診断装置２０は、回転式探触子２０１の回転周期とＸ線透視像のフレームレートのいずれか一方または両方を調整する。これにより、Ｘ線透視像での特徴部Ａの出現タイミングを制御できるようになる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波診断装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１・・・・・・・・・検査システム
１０・・・・・・・・Ｘ線画像診断装置
１０２・・・・・・・Ｘ線源
１０４・・・・・・・Ｘ線絞り
１０６・・・・・・・寝台
１０８・・・・・・・高電圧発生部
１１０・・・・・・・Ｘ線検出器
１１２・・・・・・・画像処理部
１１４・・・・・・・画像記憶部
１１６・・・・・・・表示部
１１８・・・・・・・制御部
１２０・・・・・・・操作部
２０・・・・・・・・超音波診断装置
２０１・・・・・・・回転式探触子
２０２・・・・・・・送信部
２０３・・・・・・・超音波送受信制御部
２０４・・・・・・・受信部
２０５・・・・・・・整相加算部
２０６・・・・・・・断層画像構成部
２０７・・・・・・・白黒スキャンコンバータ
２０８・・・・・・・モータ制御部
２１０・・・・・・・監視用画像取得部
２１・・・・・・・・姿勢算出装置
２１１・・・・・・・特徴検出部
２１２・・・・・・・姿勢情報（オリエンテーション）演算部
２２０・・・・・・・操作部
２２１・・・・・・・ＣＴデータ記憶部
２２２・・・・・・・ＣＴデータ表示制御部
２２３・・・・・・・画像記憶部
２２４・・・・・・・表示部
２２５・・・・・・・３Ｄ画像構築部
Ａ・・・・・・・・・特徴部
θ・・・・・・・・・Ｘ線画像診断装置１０の撮像姿勢
ＳＬ_０・・・・・・・基準スキャンライン
ＳＬ１〜ＳＬｉ・・・スキャンライン
３０・・・・・・・・超音波画像
５・・・・・・・・・直上（撮像姿勢θ＝０°）を示すマーカ
３５・・・・・・・・ＣＴ画像
４０・・・・・・・・重畳画像
５０、６０・・・・・表示レイアウト
５１、５２、５３・・ＭＰＲ画像
５４・・・・・・・・３次元画像
６１・・・・・・・・透視像
６２、６４・・・・・３次元画像
６３・・・・・・・・サムネイル画像
６５・・・・・・・・マーカ（回転式探触子の位置を示すマーカ）

Claims (13)

1. スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子と、
   前記回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて超音波画像を構成する超音波画像構成部と、
   前記超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得する監視用画像取得部と、
   前記超音波画像を撮像中の回転式探触子の回転数を制御するモータ制御部と、
   前記監視用画像の撮像姿勢情報を取得する撮像姿勢取得部と、
   前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部を識別し、当該特徴部の出現タイミングを検出する特徴検出部と、
   前記特徴部の出現タイミングと、前記回転式探触子の回転数と、前記監視用画像の撮像姿勢とに基づき前記回転式探触子の姿勢情報を算出する演算部と、
   前記超音波画像を表示する表示部と、
   を備え、
   前記演算部は、前記監視用画像のフレーム毎に、前記回転式探触子の姿勢情報の算出を繰り返し、
   前記表示部は、前記演算部が算出した前記回転式探触子の姿勢情報に基づき超音波画像の表示を更新することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記演算部は、前記監視用画像の複数フレーム分の前記回転式探触子の姿勢情報の平均値を求め、前記表示部は複数フレーム毎に超音波画像の表示を更新す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. 前記監視用画像はＸ線透視像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。
4. 前記演算部は、前記監視用画像の撮像姿勢情報と前記回転式探触子の姿勢情報とに基づいて前記超音波画像における基準方向を算出し、
   前記表示部は、前記基準方向を前記超音波画像上に示す
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記基準方向を鉛直真上の方向とすることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記表示部は、前記基準方向の実際の方向と一致するように、前記超音波画像を回転させて表示することを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
7. 予め撮影され被検体内が描出されたＣＴデータを取得するＣＴデータ取得部と、
   前記回転式探触子の位置を検出する位置検出部と、
   前記回転式探触子の位置及び前記姿勢情報に基づき、前記ＣＴデータから前記回転式探触子の位置に該当する断層像を取得し、前記断層像上に前記超音波画像を位置合わせして重畳表示する重畳表示部と、
   を更に備え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. 撮像中に前記回転式探触子の位置を検出する位置検出部と、
   前記超音波画像に撮像時の前記回転式探触子の位置情報及び姿勢情報を記録する画像記憶部と、
   前記回転式探触子の位置と前記回転式探触子の姿勢情報とに基づいて前記超音波画像から３次元画像を構築する３次元画像構築部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
9. 前記３次元画像構築部は、前記３次元画像から前記回転式探触子が挿入された部位のＭＰＲ画像を生成し、
   前記表示部は、前記ＭＰＲ画像を表示することを特徴とする請求項８に記載の超音波診断装置。
10. 被検体の透視画像を取得する透視画像取得部を更に備え、
    前記表示部は、前記透視画像上に前記回転式探触子が挿入された位置を示すとともに、前記回転式探触子が挿入された位置における前記超音波画像または前記３次元画像を前記透視画像と並べて表示することを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
11. 前記回転式探触子の回転周期及び前記監視用画像の撮影レートを取得し、前記監視用画像に現れる前記特徴部の出現タイミングに基づいて前記回転式探触子の回転周期及び前記監視用画像の撮影レートのいずれか一方または両方を調整する調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
12. スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて構成された超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得する監視用画像取得部と、
    前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部を識別し、当該特徴部の出現タイミングを検出する特徴検出部と、
    前記特徴部の出現タイミングと、前記超音波画像を撮像中の回転式探触子の回転数と、前記監視用画像の撮像姿勢とに基づき前記回転式探触子の姿勢情報を算出する演算部と、
    前記回転式探触子の姿勢情報を出力する出力部と、
    を備え、
    前記演算部は、前記監視用画像のフレーム毎に前記超音波画像の表示が更新されるように、前記回転式探触子の姿勢情報の算出を繰り返すことを特徴とする回転式探触子の姿勢算出装置。
13. スキャン方向を回転させながら被検体に超音波を送受信する回転式探触子により受信した前記被検体からの反射超音波信号に基づいて超音波画像を構成するステップと、
    前記超音波画像の撮像中に得られ、前記回転式探触子の少なくとも一部が前記被検体とともに描出された画像を監視用画像として取得するステップと、
    前記監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部を識別し、当該特徴部の出現タイミングを検出するステップと、
    前記特徴部の出現タイミングと、前記超音波画像を撮像中の回転式探触子の回転数と、前記監視用画像の撮像姿勢とに基づき、前記監視用画像のフレーム毎に前記回転式探触子の姿勢情報を繰り返し算出するステップと、
    繰り返し算出された前記回転式探触子の姿勢情報に基づき、前記超音波画像の表示を更新するステップと、
    を含むことを特徴とする回転式探触子の姿勢算出方法。

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