JPH06285069A

JPH06285069A - 超音波三次元診断装置

Info

Publication number: JPH06285069A
Application number: JP5075732A
Authority: JP
Inventors: Tomonao Kawashima; 知直川島
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-11
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3340500B2

Abstract

(57)【要約】【目的】汎用の超音波プローブを用い、簡便な方法で
正確な三次元画像データを取り込むことにより診断を行
うことができる超音波三次元診断装置を提供すること。【構成】超音波プローブの先端に配され超音波プロー
ブの挿入側先端の加速度を検出する加速度検出手段と、
超音波プローブの挿入側先端の位置を算出する位置算出
手段と、断層情報と位置算出値を記憶する記憶手段と、
三次元画像を構築する三次元画像構築手段とを設け、術
者が超音波プローブを軸方向に移動させるだけで、適正
な三次元画像データを取り込むことができるようにした
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、体腔内に超音波プロー
ブを挿入し、被検体に超音波パルスを照射し被検体から
の超音波エコーを受信して得た超音波断層像により、管
腔、臓器等の三次元画像を構築し、診断を行う超音波三
次元診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年は、生体内に超音波パルスを照射し
てその超音波エコーから体内の状態を描出して病変の発
見、診断を行う方法が広く普及している。中でも、超音
波プローブを径内視鏡的に体内に挿入して体内から超音
波パルスを照射する方法は、対外式に比較して超音波パ
ルスの減衰が小さく、分解能の高い高周波の超音波パル
スを使用することができることから注目されている。

【０００３】このような体腔内超音波プローブでは、体
内の管腔軸にほぼ垂直な断面を走査するようにしている
ため、超音波振動子を回転させるいわゆるラジアルスキ
ャンもしくは管腔軸に沿って超音波振動子を移動させる
いわゆるリニアスキャンを行って、管腔の超音波画像を
得るのが診断上最も有効とされている。また、超音波プ
ローブによって得た情報から管腔の三次元画像を構築す
るような場合には、前記のラジアルスキャンとリニアス
キャンとを組み合わせて管腔をスパイラル状にスキャン
する方法も試みられている。

【０００４】なお、スパイラルスキャンを行う場合は、
通常、ラジアルスキャンとリニアスキャンのスピードを
一定に保ち、ラジアル方向の動きとリニア方向の動きと
を同期させて走査するようにしている。このスパイラル
スキャンの従来例としては、例えば、特願平４−１９０
９３１号に提案されているものがある。これは、スパイ
ラルスキャンを行うため超音波プローブの駆動端の移動
量を検出する。そして、超音波プローブ先端に設けてあ
る超音波振動子の位置を確定し、そのデータに基づいて
三次元画像を構築するようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、スパイラルスキャンを行うための専用の駆動装
置を持った超音波プローブが必要であった。一方、ラジ
アルスキャンを行う従来の超音波プローブでは三次元画
像データの取り込みが行えないという不具合があった。
また、超音波プローブの軸方向に超音波振動子を直線的
に移動させて得られる断面でしか、三次元画像を構築で
きなかった。したがって、例えば湾曲した管腔において
は画像データを三次元的に得ることはできないという不
具合があった。

【０００６】また、スキャン区間に湾曲がかかると、超
音波振動子がリニア方向にスムーズに移動できないとい
う不具合があった。また、超音波伝達媒体中の超音波振
動子を軸方向に移動させるには大きな力を必要とし、繰
り返し移動中にフレキシブルシャフトが伸びてしまうと
いうことがあった。すると超音波プローブの駆動端の移
動量と超音波プローブ先端に設けた超音波振動子の移動
量が一致せず、超音波プローブの移動方向に定間隔な画
像データが得られず、歪んだ三次元画像が構築されてし
まうという不具合があった。

【０００７】本発明は上記不具合を解決すべく提案され
るもので、三次元画像を構築するためのスパイラルスキ
ャンを汎用の超音波プローブを用いて、簡便な方法でし
かも正確な三次元画像データを取り込むことにより診断
を行うことができる超音波三次元診断装置を提供するこ
とを目的としたものである

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、超音波を被検体に照射し、被検体からの反射
波を受信する超音波送受信手段を挿入側先端に有する超
音波プローブと、超音波プローブの挿入側先端に配さ
れ、該超音波プローブの挿入側先端の加速度を検出する
加速度検出手段と、該加速度検出手段からの検出信号を
受け、超音波プローブの挿入側先端の位置を算出する位
置算出手段と、前記超音波送受信手段からの断層情報と
前記位置算出手段からの位置算出値を記憶する記憶手段
と、該記憶手段に格納された断層情報と位置算出値から
三次元画像を構築する三次元画像構築手段を設けた超音
波三次元診断装置とした。

【０００９】

【作用】このように、加速度検出手段により三次元空間
移動量の検出値を得て、三次元空間における超音波プロ
ーブ先端の位置を算出し、この算出値により三次元画像
を構築するようにしてあるので、汎用の超音波プローブ
を用いて簡便な方法により適正な超音波三次元診断を行
うことができる。

【００１０】

【実施例】図１、図２は、本発明の第１実施例を示した
ものである。図１の断面図に示すように、超音波プロー
ブ１はその先端部内に超音波振動子２、ｘ軸方向加速度
センサ３、ｙ軸方向加速度センサ４、ｚ軸方向加速度セ
ンサ５を設けている。超音波プローブ１は、その軸方向
に延在するフレキシブルシャフト６の先端に固定されて
おり、ｘ軸方向加速度センサ３、ｙ軸方向加速度センサ
４、ｚ軸方向加速度センサ５はそれぞれ検出面が直交す
る向きに配設されているとともに、後述する位置信号処
理部にまで延在している信号線７に接続されている。

【００１１】また、ｘ軸方向加速度センサ３、ｙ軸方向
加速度センサ４、ｚ軸方向加速度センサ５の先端側には
先端キャップ８が設けられており、この先端キャップ８
のさらに先端側のプローブシース９の外側面には、プロ
ーブシース９端部の開口部１０にかけて、ガイドワイヤ
１１を挿通するための挿通孔１２が形成されている。ま
た、ガイドワイヤ１１がプローブシース９内を通る部分
には、テフロン、ポリアセタール、ルーロン等の滑動部
材１３を設け、ガイドワイヤ１１がスムーズに挿通でき
るようにしてある。

【００１２】図２は、本発明の三次元超音波診断装置の
ブロック図である。超音波振動子２は、フレキシブルシ
ャフト内を通るケーブルを介してプローブ駆動部１４に
接続されている。プローブ駆動部１４は超音波信号処理
部１５に接続され、超音波振動子２の出力が超音波信号
処理部１５に入力されるようになっている。超音波信号
処理部１５は画像取り込みスイッチ１６に接続されると
ともに、表示切替えスイッチ１７のＢモード画像用端子
１８に接続されている。また、画像取り込みスイッチ１
６は記憶装置１９に接続されている。そして、超音波信
号処理部１５の出力の一方は記憶装置１９へ、他方はＢ
モード画像用端子１８に入力するようになっている。

【００１３】ｘ軸方向加速度センサ３、ｙ軸方向加速度
センサ４、ｚ軸方向加速度センサ５は位置信号処理部２
０に接続されており、位置信号処理部２０からの出力の
一方は画像取り込みスイッチ１６に、他方は記憶装置１
９に入力するようになっている。記憶装置１９は三次元
画像処理部２１に接続されており、三次元画像処理部２
１からの出力は三次元画像用端子２２に入力するように
なっている。また、表示切換えスイッチ１７の出力側は
表示装置２３に接続されている。

【００１４】次に、以上のごとく構成されている第１実
施例の作用を説明する。先ず、術者はガイドワイヤ１１
を超音波プローブ１の先端から体腔内深部へ突出させ、
このガイドワイヤ１１に沿って超音波プローブ１を進ま
せることにより、超音波プローブ１を体腔内の深部へと
挿入させていくことができる。超音波プローブ１を体腔
内の深部へと挿入させ、所定の位置で被検体に向かって
超音波振動子２から超音波パルスを照射し、その反射エ
コーを受信する。この場合、フレキシブルシャフト６を
回転駆動させることにより、超音波振動子２はラジアル
スキャンを行う。さらに、超音波プローブ１を軸方向の
前後いずれかに移動させることによりスパイラルスキャ
ンを行う（図１）。

【００１５】次に、超音波振動子２から送られてくるエ
コー信号をもとに、超音波信号処理部１５はＢモード信
号を作成し、画像取り込みスイッチ１６、表示切り換え
スイッチ１７のＢモード画像用端子１８に超音波画像信
号として常時出力する。なお画像取り込みスイッチ１６
は通常開いている。一方、ｘ軸方向加速度センサ３、ｙ
軸方向加速度センサ４、ｚ軸方向加速度センサ５からの
加速度信号に対応した電圧を、リアルタイムで位置信号
処理部２０に出力する。すると、位置信号処理部２０は
順次送られてくる電圧値により各加速度センサの変位量
を算出する（図２）。

【００１６】例えば、ｘ軸方向加速度センサ３の加速度
が時刻とともに変化するとして、これをＡｘ(t) とし、
ｘ軸方向加速度センサ３がＡｘ(t) に比例する電圧Ｖｘ
(t)を出力するとする。さらに、ここでＶｘ(t) ＝αＡ
ｘ(t) とする。位置信号処理部２０に設けられた図示さ
れていないリセットスイッチをオンにした時刻をｔ＝０
として、その時刻からｘ軸方向加速度センサ３の移動し
た距離ｘ(t) は、

【数１】と算出される。

【００１７】他の加速度センサについても同様に、ｙ
(t) 、ｚ(t) が算出される。さらに、位置信号処理部２
０内に設けられているメモリには、（ｘ₀，ｙ₀，
ｚ₀）が格納されているものとする。そして、位置信号
処理部２０は随時、

【数２】を計算する。

【００１８】術者は、予め図示されていない入力手段
で、ある値δ₀を入力する。位置信号処理部２０はδが
δ₀より大きくなった時、画像取り込みスイッチ１６に
画像取り込み信号を送信し、この時の超音波振動子２の
変位（ｘ(t) ，ｙ(t) ，ｚ(t)）を改めて（ｘ₀，
ｙ₀，ｚ₀）としてメモリに格納し、この値を記憶装置
１９へ送信する。

【００１９】画像取り込みスイッチ１６は、画像取り込
み信号を受信すると閉じ、超音波信号処理部１５からの
Ｂモード像を記憶装置１９へ出力し再び開く。こうし
て、記憶装置１９には、変位（ｘ(t) ，ｙ(t) ，ｚ(t)
）に対応した超音波断層像が記憶される。術者は、超
音波プローブ１を進退動させているので、記憶装置１９
にはδ₀ごとの一定間隔の超音波断層像とそれに対応し
た超音波振動子２の位置データが格納される。

【００２０】三次元画像処理部２１は、上述のスパイラ
ルスキャン終了後、記憶装置１９に格納された一連の画
像データをもとに超音波断層像間の補間を行い三次元画
像を構築する。さらに、三次元画像処理部２１は構築し
た三次元画像を表示切り換えスイッチ１７の三次元画像
用端子２２に出力する。表示切り換えスイッチ１７で
は、超音波断層像と三次元画像のいずれかが表示装置２
３に描出されるように切り換えられる。

【００２１】なお、本実施例ではｘ，ｙ，ｚ軸に対応す
る３個の加速度センサを１組として、１組のみを用いた
が複数組用いてもよい。例えば、２組の加速度センサを
プローブ先端の異なる位置に配設し、超音波信号処理部
20が超音波プローブ先端の傾斜過度を２組のデータ
（ｘ，ｙ．ｚ）から算出させるようにすれば、複数枚の
断層像の各々がなす傾きがわかる。

【００２２】図３は本発明の第２実施例を示したもの
で、第１実施例と対応する箇所には同一符号を付した。
第２実施例では、プローブ駆動部１４のフレキシブルシ
ャフトとの接続部にロータリーエンコーダ２４が設けら
れている。このロータリーエンコーダ２４は分周回路２
５に接続されており、ロータリーエンコーダ２４からの
出力が入力するようになっている。また、分周回路２５
の出力は、画像取り込みスイッチ１６および位置信号処
理部２０に入力するようになっている。その他の構成に
ついては、第１実施例と同様である。

【００２３】次に、第２実施例の作用について説明す
る。フレキシブルシャフトを回転させながら超音波振動
子２によりラジアルスキャンする際、ロータリーエンコ
ーダ２４はフレキシブルシャフトの回転を検出する。そ
して、ロータリーエンコーダ２４は１回転毎にパルスを
分周回路２５へ出力する。分周回路２５は、図示されて
いない設定手段を介して、予め設定された分周比により
逓倍されたパルスを画像取り込みスイッチ１６および位
置信号処理部２０に出力する。

【００２４】画像取り込みスイッチ１６は、分周回路２
５からパルスを受信すると、超音波信号処理部１５から
のＢモード像を記憶装置１９へ出力し再び開く。位置信
号処理部２０は、パルスを受信すると位置データを記憶
装置１９へ出力する。他の作用については、第１実施例
と同様である。

【００２５】このように、本実施例では分周比を可変に
してあるので、分周比を小さくすれば細かいスライスピ
ッチで超音波断層像を得て、一連のきめ細かな三次元画
像を構築できるようになる。他の効果については、第１
実施例と同様である。

【００２６】図４は、超音波プローブの先端形状の実施
例を示したものである。本実施例では、先端キャップ８
の先端側に後述するガイドワイヤ保持具を取り付けるた
めのネジ部８ａが形成されている。ガイドワイヤ保持具
２６は、その先端にガイドワイヤ１１を取り付けるため
の穴２７が形成されているとともに、この穴２７に対し
て直交する方向から接着剤を注入するための孔２８が形
成されている。したがって、ガイドワイヤ１１を取り付
けるには、穴２７にガイドワイヤ１１の一端を差し込ん
だ後、孔２８から接着剤を注入して行う。

【００２７】また、ガイドワイヤ保持具２６には前記ネ
ジ部８ａの螺入用穴２９が形成されており、この螺入用
穴２９にネジ部８ａを螺入することにより、簡便に超音
波プローブ１のプローブシース９にガイドワイヤ保持具
２６を取り付けることができる。他の構成については、
第１実施例と同様である。このように構成してあるの
で、プローブシース９内に血栓等が付着しにくくなり、
超音波プローブ１の使用後の洗浄が容易となる。また、
ガイドワイヤ保持具２６は超音波プローブ１に着脱自在
に取り付けてあるので、他のガイドワイヤ保持具２６等
と容易に交換使用することができる。

【００２８】図５は、超音波プローブの先端形状の他の
実施例を示したものである。本実施例は図４に示した実
施例の変形例であり、ガイドワイヤ１１をガイドワイヤ
保持具２６に取り付ける際、ロウ付け部３０によって行
う。ガイドワイヤ保持具２６の穴２７にガイドワイヤ１
１を差し込み、差し込み方向端部をロウ付け部３０を介
して固定したものである。他の構成は上記実施例と同様
である。このように構成することにより、ガイドワイヤ
１１のガイドワイヤ保持具２６に対する固定強度を向上
させることができる。他の効果については上記実施例と
同様である。

【００２９】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、汎用の超
音波プローブを用い、術者が超音波プローブを軸方向に
移動させるだけの簡便な方法で、適正な三次元画像デー
タを取り込むことができる。また、超音波振動子を機械
的に軸方向に駆動させることがないので、スキャン区間
に湾曲がかけられても超音波振動子がスムーズに移動で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波三次元診断装置の第１実施例の
断面図である。

【図２】超音波三次元診断装置のブロック図である。

【図３】本発明の超音波三次元診断装置の第２実施例の
ブロック図である。

【図４】超音波プローブ先端部の実施例の断面図であ
る。

【図５】超音波プローブ先端部の他の実施例の断面図で
ある。

【符号の説明】

２超音波振動子３ｘ軸方向加速度センサ４ｙ軸方向加速度センサ５ｚ軸方向加速度センサ１４プローブ駆動部１５超音波信号処理部１６画像取り込みスイッチ１７表示切り換えスイッチ１８Ｂモード画像用端子１９記憶装置２０位置信号処理部２１三次元画像処理部２２三次元画像用端子２３表示装置

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年６月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】近年は、生体内に超音波パルスを照射し
てその超音波エコーから体内の状態を描出して病変の発
見、診断を行う方法が広く普及している。中でも、超音
波プローブを径内視鏡的に体内に挿入して体内から超音
波パルスを照射する方法は、体外式に比較して超音波パ
ルスの減衰が小さく、分解能の高い高周波の超音波パル
スを使用することができることから注目されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【実施例】図１、図２は、本発明の第１実施例を示した
ものである。図１の断面図に示すように、超音波プロー
ブ１はその先端部内に超音波振動子２、ｘ軸方向加速度
センサ３、ｙ軸方向加速度センサ４、ｚ軸方向加速度セ
ンサ５を設けている。超音波振動子２はその軸方向に延
在するフレキシブルシャフト６の先端に固定されてお
り、ｘ軸方向加速度センサ３、ｙ軸方向加速度センサ
４、ｚ軸方向加速度センサ５はそれぞれ検出面が直交す
る向きに配設されているとともに、後述する位置信号処
理部にまで延在している信号線７に接続されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】なお、本実施例ではｘ，ｙ，ｚ軸に対応す
る３個の加速度センサを１組として、１組のみを用いた
が複数組用いてもよい。例えば、２組の加速度センサを
プローブ先端の異なる位置に配設し、超音波信号処理部
20が超音波プローブ先端の傾斜角度を２組のデータ
（ｘ，ｙ．ｚ）から算出させるようにすれば、複数枚の
断層像の各々がなす傾きがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を被検体に照射し、被検体からの
反射波を受信する超音波送受信手段を挿入側先端に有す
る超音波プローブと、超音波プローブの挿入側先端に配
され、該超音波プローブの挿入側先端の加速度を検出す
る加速度検出手段と、該加速度検出手段からの検出信号
を受け、超音波プローブの挿入側先端の位置を算出する
位置算出手段と、前記超音波送受信手段からの断層情報
と前記位置算出手段からの位置算出値を記憶する記憶手
段と、該記憶手段に格納された断層情報と位置算出値か
ら三次元画像を構築する三次元画像構築手段を設けたこ
とを特徴とする超音波三次元診断装置。