JPH02128759A - 頭部診断用超音波プローブ支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超音波診断装置に用いるプローブの支持装置
に関し、特に頭部の超音波断層像を得るためのプローブ
支持装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波断層像は生体の軟質組織の描画に優れているため
１頭部の内部組織の診断への応用が試みられてきたが、
頭蓋骨の骨厚が一部を除いて５ｍｍ以上あるために照射
した超音波の減衰が太き（、満足すべき画質の超音波断
層像を得ることができなかった。このため、現在のとこ
ろ頭部の断層像を得るためにはＸ線ＣＴや核磁気共鳴に
よる断層装置（ＭＨＩ）が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

最近、頭蓋骨の骨厚の薄い部分、例えば左右の耳の側方
前方、後頭部の下方等にプローブを当てて超音波を照射
するときは超音波の減衰が少な（、診断に十分な画質の
断層像が得られることが確かめられている。しかしなが
ら、プローブを手に持って被検部位に設定するときは、
得られた断層像が頭部のどの部分の断層像であるかを正
確に知ることができず、得られた断層像をＸ線ＣＴ、Ｍ
ＨＩ等で得た断層像と比較検討することができないとい
う問題があり、プローブの位置、方向を被検体の解剖学
的特徴点から決定できるようにすることが要請されてい
た。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記課題を解決するため、頭部の解剖学的特
徴をもつ特定点を選択してこれらを含む平面を基準面と
するか、あるいは予備的に断層像を撮影し、解剖学的特
徴点を示す所望の像が得られたときにその断層像面を基
準面として、基準座標系を設定し、診断時に設定したプ
ローブの位置方向をこの基準座標系によって表示するこ
とにより、頭部の断層像の位置方向を知ることができる
ようにするものでありで、被検者の頭部へ固定するため
の固定部材を備えたヘルメットと、一端が前記ヘルメッ
トに回動自在に固定され、他端にプローブ支持部を備え
、被検体に対するプローブの位置、方向を自在に設定で
きる少くとも６自由度をもつ多関節のプローブ支持アー
ムと、多関節のプローブ支持アームの各関節部に設けら
れた角度検出エンコーダとプローブの位置、方向を算出
する位置方向信号出力部からなり、前記位置方向信号出
力部は被検者の複数の特定点に設定したプローブの位置
方向を前記支持アーム長及び角度検出エンコーダ出力か
ら算出して特定点位置信号を得、これに基づいて設定し
た基準座標系上で超音波照射時に設定されたプローブの
位置方向を算出するか、あるいは予備的に断層像を撮影
し、そのときのプローブの位置方向を前記支持アーム長
及び角度検出エンコーダ出力から算出して断層像面の位
置方向を仮決定し、これに基づいて設定した基準座標系
上で超音波照射時に設定されたプローブの位置方向を算
出することを特徴とするものである。

〔作　　用〕

超音波診断時に設定されたプローブの位置方向、即ち超
音波断層像の位置方向は基準座標系により示されるから
、頭部の解剖学的特徴点との位置関係を容易に知ること
ができる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

第１図は本発明のプローブ支持装置の全体構成を示すも
ので、１はヘルメット、４はヘルメット支持体、３は支
柱であり、被検者７０頭部にヘルメットを被せたとき、
ヘルメットの重量が被検者に加わらないようにヘルメッ
トは支柱３から延びたヘルメット支持体４によって支持
されるが、前後、左右の移動回転が自在であり、被検者
の頭部の動きにヘルメットを追従させることができる構
成となっている。２はプローブ支持アーム、５はグロー
ブ、６はマイクロプロセッサからなる位置方向信号出力
装置である。

ヘルメットの詳細を第２図に示す。第２図（ａ）は装着
した状態の側面図、第２図（ｂ）は同じく平面図である
。ヘルメット１はその外側上方にヘルメット支持体４へ
取付まる取付部１１、プローブ支持アームを取付ける取
付部ｎを備えている。ヘルメットの内側には内張り１７
が設けられ、また、ヘルメットの前後にはそれぞれ押ね
じ１３とパッド１４からなる固定部材が設けられており
、これはヘルメットを被検者の頭部に固定するものであ
る。また、ヘルメットの左右両側の耳の上部前方及び後
頭に位置する部分にはそれぞれ切欠部１８．１９が設け
られている。これは、この付近の頭蓋骨の骨厚が比較的
薄く、超音波を照射するに適した部分であり、プローブ
を当てるために必要なスペースを確保するための切欠で
ある。

第３図にプローブ支持アームの構成の詳細を示す。プロ
ーブ支持アーム２は少くとも６自由度をもつ多関節アー
ムであって、その先端にプローブが取付けられ、被検体
の任意の位置及び方向にプローブを設定することができ
るものである。まず、ヘルメット１の取付部ρは相互に
直交する２軸をもち、矢印Ｚ２ａ、２２ｂ方向に回転自
在な関節を構成しており、その先方に腕羽、が取付けら
れている。

２４、２６．２８．３０もそれぞれ矢印２４ａ、　２６
ａ、　２８ａ、　３０ａの方向に回転自在な関節であり
て、関節冴とあとの間を腕５が、関節がとあとの間を腕
ｎが、関節あと（９）との間を腕四が結合し、関節加に
はプローブ支持部３１が取付けられている。各関節には
回動角度を検出する角度検出エンコーダ（図示せず）が
内蔵されており、検出された各関節の回動角度は後述す
る位置方向信号出力装置に入力される。

第４図は本発明のプローブ支持装置に使用することので
きるプローブの一例であって、公知のセクタ走査型プロ
ーブである。プローブ５は略円筒形をなし、その端部に
音響窓５２が設けられている。

閏は整合層、舅は圧電セラミック、５５はバッキング材
で、圧電セラミツクシ、整合層＆及びバッキング材５５
とを接着して振動子を構成する。５６は封入液、５７は
角度検出器、詔は走査機構であり、振動子は走査機構部
により所定角度範囲にわたって走査駆動され、超音波パ
ルスの送受波時の走査角が角度検出器５７により検出さ
れる。

上記プローブの走査方式は機械走査式であるが電子走査
式のものでも使用できることは云うまでもない。

被検体に対するプローブ位置を決定するための基準座標
系の設定処理について第２図を参照して説明する。まず
特定点として外耳孔と眼窩下縁中心とを選び、これらの
点を含む平面を基準座標面とする例について説明する。

まず、ヘルメット１を被検者の頭部に被せ、固定部材１
３．１４により固定する。次にプローブの先端を外耳孔
Ａに位置させて、ヘルメット上の押ボタンスイッチ１５
（第２図参照）を押す。この操作によりプローブ支持ア
ームの関節２２．２４．２６．２８゜田に設けられた角
度検出エンコーダからそれぞれの検出角度信号が位置方
向信号出力装置６に入力される。位置方向信号出力装置
６はヘルメット１と支持アーム２との取付点を基準点と
して組立時に任意に設定した三次元の原始座標上での外
耳孔Ａの座標をエンコーダで検出した角度及び既知の支
持アーム２を構成する各腕の長さとから算出する。

次に、プローブの先端を眼窩下縁中心Ｂ（又は「）に位
置させ、先と同様の処理により眼窩下縁中心Ｂ（又はＢ
’）の座標を算出する。さらに、プローブの先端を他方
の外耳孔ＣＫ位置させ、先と同様の処理により外耳孔Ｃ
の座標を算出する。

上記の処理によりヘルメットｌに対する支持アーム２の
取付点を基準とした三次元原始座標上で前記した外耳孔
あるいは眼窩下縁中心点Ａ、Ｂ。

Ｃの座標が決定されたので、点Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面を
定めることができる。そこで、点Ａ、Ｂ。

Ｃを含む平面を新たな基準平面とし、点Ａ、Ｃを結ぶ線
の中央を新たな原点Ｏ２点Ａ、Ｃを結ぶ線をＹ軸、Ｙ軸
と直交し、原点０を通る基準平面上の直線Ｙ軸、Ｙ軸及
びＹ軸に直交する軸をＺ軸とする三次元基準座標系を設
定し、ヘルメット１に対する支持アーム２の取付点を原
点とする原始座標系を基準座標系に変換する座標変換パ
ラメータを算出しておけば、以後、検出されたプローブ
の位置、方向を基準座標値に変換することができる。

これらの変換演算は位置方向信号出力装置６によりおこ
なう。

次Ｋ、超音波断層像の撮影について説明する。

まず、先に説明した手順によりヘルメット１を被検者の
頭部に被せて固定し、プローブ５を被検者の特定点Ａ、
Ｂ、Ｃ（第２図参照）に設定してその点の座標値を読込
み、基準座標系を設定する。

次に、撮影したい断層像の位置、方向に従ってプローブ
５を設定する。支持アーム２に設けられた角度検出エン
コーダから角度信号が出力され、位置方向信号出力装置
に入力される。位置方向信号出力装置６は基準座標系上
でのプローブ位置と方向を算出し、断層像の位置、方向
を示す信号を出力する。公知の診断装置を作動させ、断
層像信号を表示装置に出力して断層画像を表示するとき
、同時に上記断層像の位置、方向信号をデジタル表示す
れば１頭部の特定点に基いて設定した基準面に対する断
層像の位置方向を明確に示すことができる。

また、プローブの位置、方向を変えながら断層像を連続
して撮影するときは１組織の内部の様子を連続的に観察
することができるが、このとき、例えばプローブの位置
がｘ、ｙ、ｚ方向にＱ、５ｍｍ以上移動したとき、また
角度で１°以上変化したときに、その移動、変化を検出
して自動的に断層像を撮影するように超音波診断装置を
制御すると。

観察が容易になるばかりでなく、特定の組織、例えば腫
瘍などの大きさ、周辺組織との位置関係などを知ること
ができる。

被検体に対するプローブ位置を決定するための基準座標
系を予備的に撮影した断層像面から設定する処理につい
て第５図を参照して説明する。

まず、ヘルメット１を被検者の頭部に被せ、固定部材１
３．１４により固定する。次にプローブを被検者に当て
、予備的に断層像を撮影する。プローブの位置、方向を
動かしながら撮影し、解剖学的特徴点を示す所望の断層
像が得られたならば図示しないスイッチを操作し、その
ときのプローブ支持アームの関節２２．２４．２６．２
８．３０に設けられた角度検出エンコーダからそれぞれ
の検出角度信号を位置方向信号出力装置６に入力させる
。位置方向信号出力装置６はヘルメットｌと支持アーム
２との取付点を基準として組立時に任意に設定した三次
元の原始座標上で、プローブ５の先端位置Ｏの座標を角
度検出エンコーダで検出した角度及び既知の支持アーム
２を構成する各腕の長さとから算出するとともに、プロ
ーブ５の先端位置０を原点とし、断層像面の超音波照射
方向中心線をＹ軸、断層像面上で原点を通りＹ軸と直交
する軸をＹ軸、原点を通りＹ軸、Ｙ軸に直交する軸をＺ
軸とする三次元基準座標系を設定する。ヘルメット１に
対する支持アーム２の取付点を原点とする原始座標系を
基準座標系に変換する座標変換パラメータを算出してお
き、以降設定されたプローブの位置、方向を基準座標値
に変換する際使用する。これらの変換演算は位置方向信
号出力装置６によりおこなう。

診断のための超音波断層像の撮影は、上記の手順により
基準座標系を設定した後、撮影したい断層像の位置、方
向に従ってプローブ５を設定し、断層像の撮影をおこな
う。設、定した基準座標系上でそのときのプローブの位
置、方向が位置方向信号出力装置から出力されるので、
必要に応じて表示装置に表示することができる。

第６図は位置方向信号出力装置における演算処理の概略
を示すフローチャートである。

初期設定（ステップＰＩ）の後、頭部診断の際の基準と
する特定点（外耳孔等）の読込み処理か否かを判別する
（ステップＰ２）。これは図示しない外部のスイッチ等
で選択された特定点読込処理を示す信号を判定しておこ
なう。特定点の読込み処理であれば、プローブを特定点
に設定した後、特定点の読込みを指令する押ボタンスイ
ッチ１５が押されるから、スイッチ１５のＯＮを調べ、
ＯＮとなったときプローブ支持アームの関節部に設けた
角度検出エンコーダの出力を読込む（ステップＰ３）。

特定点は３個あるので、３個全部の読込み完了か否かを
調べ（ステップＰ４）、読込み完了でないときはステッ
プＰ２に戻り、読込み完了のときはステップＰ５に進む
。読込んだエンコーダ出力と既知の長さである支持アー
ムを構成する腕の長さとから原始座標上での特定点３点
の座標値を算出、決定する（ステップＰ５）。特定点３
点を含む平面を基準平面として三次元の基準座標系を設
定しステップＰ２の判断で、外部のスイッチから入力さ
れている選択信号が特定点の読込み処理でないときはス
テップＰ８に移り、基準座標系を設定するだめの予備的
断層像の撮影か否かを判別する。

これは図示しない外部のスイッチで選択された信号を判
定しておこなう。予備的断層像の撮影であれば、所望の
解剖学的特徴を示す断層像が得られたとき操作されるス
イッチで指令される読込み指令に応じて角度検出エンコ
ーダ出力を読込む（ステップＰ９）。読込んだエンコー
ダ出力と既知の長さである支持アームを構成する腕の長
さとから原始座標上でのプローブの位置、方向を決定す
る（ステップＰ１０）。基準座標系を設定しくステップ
ｐＨ）、座標変換パラメータを算出する（ステップＰ１
２）。ステップＰ８の１判断で予備的断層像の撮影でな
ければ、ステップＰ１３に移り、診断のための断層像の
撮影か否かを判別する。断層像撮影でないときはステッ
プＰ１７に移るが、断層像の撮影処理であればプローブ
が所望位置に設定され、撮影開始信号が診断装置から出
力されたとき、エンコーダの出力を読込む（ステップＰ
１４）。ステップＰ６．あるいはｐＨで設定した基準座
標系上のプローブの位置、方向をステップＰ７、あるい
はＰＩ３で算出したパラメータに基づいて算出しくステ
ップＰ１５）、プローブ位置方向信号を出方する（ステ
ップＰ１６）。作業終了を判定しくステップＰ１７）、
終了でないときはステップＰ２ＶＣ戻り、終了のときは
終了処理をして停止する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば頭部の超音波診
断をおこなうに当り、被検者の解剖学的特徴点あるいは
これを示す断層像面を基準としてプローブの位置、方向
を決定できるから、撮影された断層像が頭部のどの部分
であるか、どの方向から撮影したかを正確に知ることが
できる。また、撮影された断層像と他の診断装置、例え
ばＸ線ＣＴ、ＭＨＩ等で得た断層像との位置を照合する
ことが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプローブ支持装置の全体構成を示す図
、第２図はヘルメットの詳細図、第３図は支持アームの
詳細斜視図、第４図は使用されるグローブの一例を示す
一部切欠斜視図、第５図は予備的断層像を撮影する際の
説明図、第６図は位置方向信号出力装置における信号処
理の概略を示すフローチャートである。 １　：ヘ　ル　メ　ッ　ト、２ニブロープ支持アーム、
３：支　　　　　柱、４：ヘルメット支持体、５ニブ　
ロ　−　プ、６：位置方向信号出力装置、Ａ、Ｂ、Ｃ：
特　定　点。 特許出願人　　古　　幡　　　　　博 ニチメン株式会社 第　　１ 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の頭部へ固定するための固定部材を備えた
   ヘルメットと、一端が前記ヘルメットに回動自在に固定
   され、他端にプローブ支持部を備え、被検体に対するプ
   ローブの位置、方向を自在に設定できる少くとも６自由
   度をもつ多関節のプローブ支持アームと、多関節のプロ
   ーブ支持アームの各関節部に設けられた角度検出エンコ
   ーダと、被検者の複数の特定点に設定したプローブの位
   置を前記支持アーム長及び角度検出エンコーダ出力から
   算出し、該特定点を含む面を基準面として基準座標系を
   設定し、該基準座標系によって診断時のプローブの位置
   方向を算出する位置方向信号出力部とを具備してなるこ
   とを特徴とする頭部診断用超音波プローブ支持装置。
2. （２）被検者の頭部へ固定するための固定部材を備えた
   ヘルメットと、一端が前記ヘルメットに回動自在に固定
   され、他端にプローブ支持部を備え、被検体に対するプ
   ローブの位置、方向を自在に設定できる少くとも６自由
   度をもつ多関節のプローブ支持アームと、多関節のプロ
   ーブ支持アームの各関節部に設けられた角度検出エンコ
   ーダと、予備的断層像撮影時のプローブの位置方向を前
   記支持アーム長及び角度検出エンコーダ出力から算出し
   て断層像面の位置方向を仮決定し、該断層像面を基準面
   として基準座標系を設定し、該基準座標系によって診断
   時のプローブの位置方向を算出する位置方向信号出力部
   とを具備してなることを特徴とする頭部診断用超音波プ
   ローブ支持装置。