JPH1147133A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察部位のロケーションの把握を容易にし、
効率的な診断を可能にする超音波診断装置を実現する。 【解決手段】 患者３０５に対し探触子３０１により超
音波を送受信し、断層画像構築部３０８により断層画像
を構築する。この時、位置センサ３０２〜３０４により
探触子３０１の空間位置と断層面の姿勢とを同期して取
得する。ナビゲーション表示部３０９は、断層画像と、
患者モデル上等にその断層面の位置姿勢を参照容易に表
示する。ここで、画像計測・認識処理部３１１により、
取得した超音波断層画像群とその位置データ群を計測・
認識処理し、診断に寄与する特徴量を抽出する。また、
記録検索処理処理部３１０により、過去に記録したその
患者等の断層画像とその位置姿勢のデータ群から当該位
置姿勢をキーに検索する。この抽出した特徴量、検索し
た断層画像を参照容易に上記表示に加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断におい
て、例えば体内の臓器などの画像を表示し、診断を支援
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医用画像診断機器のひとつである超音波
断層撮影装置は、ハンドリングが容易でかつ無侵襲で人
体内部の状況をリアルタイムに観察できるため、診療に
非常に多く利用されている。超音波画像の診断過程で
は、医師はその画像情報と観察位置から類推される人体
情報との相互判断によって診断を行う。

【０００３】一方、医用画像のナビゲーション処理とし
ては、ＣＴやＭＲ装置から得られた多量のデータを効率
的に観察・診断するためにＶｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉ
ｔｙの応用（画像群から観察対象の３Ｄ構造を復元した
後、任意の視点で可視化する）として実現している例が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在の
超音波診断装置では、画像のみから観察部位のロケーシ
ョンを把握するのは容易ではなく、観察位置のあいまい
さを人体情報との相互判断で補わねばならなく、医師の
負担は大きい。また、複数医師によるチーム医療の際に
は、共通した患者情報の把握には時間と手間がかかり、
効率的な診断ができなくなってしまう。さらに、経過観
察や確定診断を行うため、過去の診断情報との比較を行
うには、固定した数パターンのボティマークの選択によ
る提示を記録することしかできないので、過去観察時と
同一位置での観察が難しく、正確な比較診断ができなく
なってしまう。以上のように、現在のところ現在診断の
対象としている断層像の状態を、その位置姿勢も含めて
適切に処理する装置やアルゴリズムは少なく、従って超
音波診断装置における観察位置のナビゲーションは実現
されていない。

【０００５】一方、従来の医用画像のナビゲーション処
理では、その処理はオフラインで処理されたデータで構
築された環境中を検索するのみであり、観察視点での診
断画像情報をリアルタイムに処理するものではない。

【０００６】本発明は、超音波診断において、観察部位
のロケーションの把握を容易にし、効率的な診断を支援
する装置、つまり観察部位のナビゲーションと被検査物
体画像の特徴の抽出、計測、表示を行う装置を実現する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の（１）〜
（１０）の発明により上記課題を解決する。

【０００８】本発明で対象とする超音波診断装置に関し
ては、リアルタイムな操作と画像データ出力が行われる
ため、そのナビゲーションを行うにはオンラインでの処
理が必要となる。そこで、観察ロケーションを計測する
位置センサと超音波断層撮影装置を同期駆動させ各情報
を統合し、オフラインで構築した環境上でナビゲーショ
ンすることを考える。

【０００９】（１）直線または平面上に配列された複数
の圧電変換素子で構成される圧電変換素子群からなる超
音波送受信器と、前記圧電変換素子群を駆動し超音波を
送波する送信手段と、被検査物体から反射された超音波
を反射信号として受信する受信手段と、前記反射信号を
送波された超音波の方向への断層画像として表現する断
層画像構築手段と、前記断層画像をディスプレイまたは
記録装置へ表示または記録する表示記録手段と、発せら
れる超音波により構成される断層画像面の空間的位置お
よび姿勢を取得する位置姿勢取得手段と、前記断層画像
とともに断層画像の位置および姿勢を記録し加工して表
示するナビゲーション表示手段と、を有することを特徴
とする超音波診断装置。

【００１０】（２）前記表示記録手段は、前記断層画像
を断層画像面の位置および姿勢とともに複数取得し各対
象画像を画像処理し対象画像群の形状的および形態的特
徴を取得する画像処理手段を有することを特徴とする超
音波診断装置。

【００１１】（３）前記表示記録手段は、該表示記録手
段により記録した前記断層画像および断層画像面の位置
および姿勢のデータ群から断層画像面の位置および姿勢
をキーに検索し、該当データを抽出する検索処理手段を
有することを特徴とする超音波診断装置。

【００１２】（４）前記位置姿勢取得手段は、超音波送
受信器および被検査物体の空間的な位置および姿勢を電
磁気的なセンシングにより取得するものであることを特
徴とする超音波診断装置。

【００１３】（５）前記位置姿勢取得手段は、超音波送
受信器および被検査物体の空間的な位置と姿勢を機械的
なセンシングにより取得するものであることを特徴とす
る超音波診断装置。

【００１４】（６）前記ナビゲーション表示手段は、断
層画像の位置および姿勢を数値として逐次表示するもの
であることを特徴とする超音波診断装置。

【００１５】（７）前記ナビゲーション表示手段は、超
音波断層画像とともに被検査物体モデル上に断層画像の
位置および姿勢をグラフィカルに逐次表示するものであ
ることを特徴とする超音波診断装置。

【００１６】（８）前記ナビゲーション表示手段は、超
音波断層画像とともに被検査物体モデル上に断層画像の
位置および姿勢をグラフィカルに逐次表示する際に、被
検査物体モデルを多方向からみた透視像として複数配置
し各透視像上に断層画像の位置および姿勢を逐次表示す
るものであることを特徴とする超音波診断装置。

【００１７】（９）前記被検査物体モデルは、標準の人
体内外部の構造をもつ人体モデルを診断対象の患者形状
および位置姿勢にあわせて変形させて構築したものであ
ることを特徴とする超音波診断装置。

【００１８】（１０）前記ナビゲーション表示手段は、
超音波断層画像とともに被検査物体モデルの内部構造か
ら構築した診断位置姿勢に対応する断面モデルを比較表
示するものであることを特徴とする超音波診断装置。

【００１９】発明（１）では、観察している断層面のロ
ケーションを位置センサで取得し超音波断層画像と統合
処理することにより、観察部位の正確な位置把握を可能
とする。また、特定の位置姿勢での的確で迅速な観察を
可能とする。また、記録再生された画像・センサ情報と
現在の観察中の情報とを容易に比較参照できるようにす
る。

【００２０】発明（２）では、リアルタイムに逐次得ら
れる断層画像の断層面の位置が全てのフレームで取得さ
れていることにより、フレーム間での相互処理による質
の良い断層画像の構築や、３次元的なボリュームデータ
を構築することも可能にする。

【００２１】発明（３）では、診断者（操作者）が希望
する任意位置での断層画像をすばやく表示することを可
能とし、現在観察中のデータとの比較診断を可能とす
る。

【００２２】発明（４）では、現有する電磁気的な姿勢
センサの応用により、位置姿勢の取得機能も含めた探触
子をコンパクトに構成可能とする。

【００２３】発明（５）では、現有する機械的な姿勢セ
ンサの応用により、他機器から発生する電磁波の影響を
受けずにセンシングすることを可能にする。

【００２４】発明（６）では、過去のデータや観察目標
との参照が数値として表現することで、同一位置での観
察を容易にする。

【００２５】発明（７）では、観察する対象物の全体か
らの位置関係を明確に把握することを可能として、目標
とする観察位置への探触子の操作を容易にする。

【００２６】発明（８）では、観察する対象物と探触子
との位置関係を様々な視点から把握できるようにし、目
標の観察位置への探触子の操作を正確に行えるようにす
る。

【００２７】発明（９）および（１０）では、観察する
対象物である患者自身等の形状特徴に対応したモデルを
用いることにより、位置関係をより正確に把握できるよ
うにし、リアルな観察を可能とする。また、内部構造ま
で患者に対応した断面モデルを提示することにより、超
音波断層画像の診断の際の構造的な比較を可能とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。

【００２９】図１は、本発明（１）の実施形態例を表す
ブロック図であり、図３は、本実施形態例の実施イメー
ジを表す構成図である。図１および図３を用いて、本実
施形態例での構成ならびに処理内容について説明する。

【００３０】超音波送受信器１０１では、振動子が規則
的に配置されており、送信手段１０２において、電子的
制御により振動子をパルス状に連続的駆動させ、被検査
物に向けて超音波パルスを発射する。被検査物からの反
射信号は、受信手段１０３において受波増幅される。通
常、以上の超音波送受信は、探触子（超音波プローブ３
０１）として同一構造を持つ送受信器として構成される
のが一般的である。

【００３１】本実施形態例では、位置姿勢取得手段１０
６として、上記超音波の送受信に伴い、探触子（３０
１）に内蔵または固定した電磁気式位置センサ（３０
２，３０３，３０４）等により、探触子（３０１）の空
間位置と、発信する超音波により形成される断層面の姿
勢とを同期して取得する。

【００３２】ここで、本発明（４）のように電磁気的な
位置センサを用いる場合、そのセンシングの実施形態例
としては、通常、磁場を発生するソース（３０２）と、
磁場を感知するレシーバ（３０３，３０４）を対として
動作させる。

【００３３】図３では、レシーバ３０４を超音波プロー
ブ３０１に取り付け、被検査物体（患者）３０５にも１
つ以上のレシーバ３０３を取り付けた状態を示してい
る。両レシーバの取得データを位置センサ制御部３０７
において、プローブ配置のレシーバ３０４からは超音波
断層面３０６の位置と姿勢を取得し、患者配置のレシー
バ３０３からはその外形や動きを常時モニタリングす
る。

【００３４】これらのセンシングは、本発明（５）のよ
うに機械式のセンサを用いても実現可能である。本発明
（５）の実施形態例としては、複数の連結されたアーム
の先端に超音波プローブ等を取り付け、各アームの曲げ
角度を計測することにより先端に位置と姿勢を計測す
る。

【００３５】また、超音波受信信号は、断層画像構築手
段１０４（断層画像構築部３０８）において波形処理さ
れ、断層画像が構成される。構成された断層画像は、表
示記録手段１０５において、モニタ画面３１２に表示も
しくは、必要な記録媒体に記録される。

【００３６】ここで、本発明（２）を実現する実施形態
例として、図２のように、上記表示記録手段１０５にお
いて、画像処理手段２０１（画像計測・認識処理部３１
１）により取得した超音波断層画像群およびその位置デ
ータ群を計測・認識処理し、診断に寄与する特徴量を抽
出する。

【００３７】また、本発明（３）を実現する実施形態例
として、図２のように、検索処理手段２０２（記録検索
処理部３１０）において、特定位置の超音波断層画像群
を、該手段により記録した前記断層画像およびその位置
姿勢のデータ群から位置および姿勢をキーに検索する。

【００３８】これらの２つの処理は、各々独立に単独に
処理を行ってもよいし、両処理を相互に行ってもよい。

【００３９】さらに、ナビゲーション表示手段１０７
（ナビゲーション表示部３０９）において、上記断層画
像構築手段１０４で構築された超音波断層画像を表示す
るとともに、その断層面の位置および姿勢を同期してモ
ニタ画面３１２等に表示する。ここで、超音波断層面の
姿勢は、その発生装置である超音波プローブの位置姿勢
と考えてもよい。

【００４０】本発明（６）を実現する実施形態例として
は、上記の超音波断層画像と位置姿勢データの同期表示
において、図４のような数値表示を行う。これにより、
観察している位置が容易に把握可能となる。

【００４１】さらに、本発明（７）のように、超音波断
層面（超音波プローブ）の位置・姿勢を３次元的に物体
（患者）モデル上にマッピングすれば、より直観的な位
置姿勢の把握を行うことが可能である。上記の物体モデ
ルへのマッピングを効果的に表示するため、本発明
（８）では、患者モデルを多方向からみた透視像として
複数配置して表示する。

【００４２】図５は、本発明（７），（８）の実施形態
例を示すイメージ図である。上記の患者モデルの３次元
マッピング表示５０３および数値表示５０４、リアルタ
イムに構築されている超音波断層画像５０１、前述した
画像処理手段２０１により抽出した特徴量抽出画像５０
２を同期して表示している。診断に有用な位置情報や特
徴量を簡潔に表示可能であることがわかる。

【００４３】図７は、本発明（７），（８）の実施形態
例を示すイメージ図であり、簡単な物体モデルを用い
て、３次元グラフィクスで表現した例である。直方体７
０１内に配置された円柱モデル７０２を横切る超音波断
層面７０３を様々な視点（３Ｄ表示７０５、上方投影表
示７０６、正面投影表示７０７）から表示し、同期して
入力された超音波断層画像７０４を表示しているが、モ
デルを横断する状況が判断容易に表現されている。上記
の透視映像は、固定された視点での投影像だけでなく、
任意視点での３次元的投影像も提示することにより、よ
り患者と断層画像面の位置関係を把握しやすい表示とな
る。

【００４４】図８および図９に、本発明（７），（８）
の実施形態例での任意視点の投影像とその視点制御パネ
ルの例を示す。グラフィカルなユーザインタフェースに
より、容易に希望する視点からの３Ｄ投影像８０１，９
０１を設定可能である。図８の場合は、スライダ状のオ
ブジェクト８０２，９０２を操作し各視点設定用変数を
増減させる。図９では、視点回転用の設定方法をサーク
ル状オブジェクト９０３への位置指定としたものであ
る。こちらの場合は、より簡単に中心への任意の視点を
指定しやすい利点がある。

【００４５】また、本発明（９）を実現する実施形態例
としては、上記の物体（患者）モデルは、標準的な人体
の外部形状および内部構造をパラメトリックに表現した
ものであり、診断対象となる患者に対応して変形可能で
ある。診断前に患者に配置した位置センサから予め外形
特徴をデジタイズしておく（診断時にリアルタイムに取
得してもよい）。診断時には患者姿勢と姿勢変化に伴う
外形の変形を計測し、ナビゲーション表示する患者モデ
ルを変形・移動させる。もちろん、外形などは予め別処
理で計測したデータを用いてもよい。

【００４６】本発明（１０）を実現する実施形態例とし
ては、上記の画像処理手段２０１において抽出した特徴
量を同時表示するのと同様に、外形の変化に基づいて内
部構造を変形した断面モデルを提示する。すなわち、図
６において、患者モデルの３次元マッピング表示６０３
および数値表示６０４、リアルタイムに構築されている
超音波断層画像６０１とともに、超音波断層面に対応し
た断面モデル６０２を同期して表示している。上記断面
モデルや特徴量抽出画像、投影表示画像は、画面レイア
ウトに応じて、複数表示や同時表示も可能である。

【００４７】なお、本発明は上記の実施形態例に限定さ
れることなく、本発明の趣旨に沿って種々の変更・応用
が可能である。

【００４８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、超音波
断層像のナビゲーションをリアルタイムに行うことで、
診断対象となる両像の現在位置がすぐに把握でき、医師
の効率的な診断の支援が実現できる。また、患者への
「インフォームド・コンセント」においても、専門知識
なしでは理解が困難な医療画像データを効果的に提示す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（１）の実施形態例を説明するブロック
図である。

【図２】本発明（２）および（３）の実施形態例を説明
するブロック図である。

【図３】本発明（１）および（４）の実施形態例を説明
する構成図である。

【図４】本発明（６）の実施形態例を説明する表示例を
表す図である。

【図５】本発明（７）および（８）の実施形態例を説明
する表示例を表す図である。

【図６】本発明（９）および（１０）の実施形態例を説
明する表示例を表す図である。

【図７】本発明（７）および（８）の実施形態例を説明
する表示例を表す図である。

【図８】本発明（７）および（８）の実施形態例を説明
する表示例を表す図である。

【図９】本発明（７）および（８）の実施形態例を説明
する表示例を表す図である。

【符号の説明】

１０１…超音波送受信器 １０２…送信手段 １０３…受信手段 １０４…断層画像構築手段 １０５…表示記録手段 １０６…位置姿勢取得手段 １０７…ナビゲーション表示手段 ２０１…画像処理手段 ２０２…検索処理手段 ３０１…超音波プローブ ３０２…電磁気式位置センサ（ソース） ３０３，３０４…電磁気式位置センサ（レシーバ） ３０５…被検査物体（患者） ３０６…データ超音波断層面 ３０７…位置センサ制御部 ３０８…断層画像構築部 ３０９…ナビゲーション表示部 ３１０…記録検索処理部 ３１１…画像計測・認識処理部 ３１２…モニタ画面 ５０１…超音波断層画像 ５０２…特徴量抽出画像 ５０３…３次元マッピング表示 ５０４…数値表示 ６０１…超音波断層画像 ６０２…断面モデル ６０３…患者モデルの３次元マッピング表示 ６０４…数値表示 ７０１…直方体モデル ７０２…円柱モデル ７０３…超音波断層面 ７０４…超音波断層画像 ７０５…３Ｄ表示 ７０６…上方投影表示（上方投影像） ７０７…正面投影表示（正面投影像） ８０１…希望視点からの３Ｄ投影像 ８０２…スライダ状のオブジェクト ９０１…希望視点からの３Ｄ投影像 ９０２…スライダ状のオブジェクト ９０３…サークル状オブジェクト

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線または平面上に配列された複数の圧
   電変換素子で構成される圧電変換素子群からなる超音波
   送受信器と、 前記圧電変換素子群を駆動し超音波を送波する送信手段
   と、 被検査物体から反射された超音波を反射信号として受信
   する受信手段と、 前記反射信号を送波された超音波の方向への断層画像と
   して表現する断層画像構築手段と、 前記断層画像をディスプレイまたは記録装置へ表示また
   は記録する表示記録手段と、 発せられる超音波により構成される断層画像面の空間的
   位置および姿勢を取得する位置姿勢取得手段と、 前記断層画像とともに断層画像の位置および姿勢を記録
   し加工して表示するナビゲーション表示手段と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記表示記録手段は、前記断層画像を断
   層画像面の位置および姿勢とともに複数取得し各対象画
   像を画像処理し対象画像群の形状的および形態的特徴を
   取得する画像処理手段を有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記表示記録手段は、該表示記録手段に
   より記録した前記断層画像および断層画像面の位置およ
   び姿勢のデータ群から断層画像面の位置および姿勢をキ
   ーに検索し、該当データを抽出する検索処理手段を有す
   る、 ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音
   波診断装置。
4. 【請求項４】 前記位置姿勢取得手段は、超音波送受信
   器および被検査物体の空間的な位置および姿勢を電磁気
   的なセンシングにより取得するものである、 ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいず
   れか１項に記載の超音波診断装置。
5. 【請求項５】 前記位置姿勢取得手段は、超音波送受信
   器および被検査物体の空間的な位置と姿勢を機械的なセ
   ンシングにより取得するものである、 ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求
   項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】 前記ナビゲーション表示手段は、断層画
   像の位置および姿勢を数値として逐次表示するものであ
   る、 ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求
   項４、請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装
   置。
7. 【請求項７】 前記ナビゲーション表示手段は、超音波
   断層画像とともに被検査物体モデル上に断層画像の位置
   および姿勢をグラフィカルに逐次表示するものである、 ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求
   項４、請求項５のいずれか１項に記載の超音波診断装
   置。
8. 【請求項８】 前記ナビゲーション表示手段は、超音波
   断層画像とともに被検査物体モデル上に断層画像の位置
   および姿勢をグラフィカルに逐次表示する際に、被検査
   物体モデルを多方向からみた透視像として複数配置し各
   透視像上に断層画像の位置および姿勢を逐次表示するも
   のである、 ことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 【請求項９】 前記被検査物体モデルは、標準の人体内
   外部の構造をもつ人体モデルを診断対象の患者形状およ
   び位置姿勢にあわせて変形させて構築したものである、 ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の超音
   波診断装置。
10. 【請求項１０】 前記ナビゲーション表示手段は、超音
    波断層画像とともに被検査物体モデルの内部構造から構
    築した診断位置姿勢に対応する断面モデルを比較表示す
    るものである、 ことを特徴とする請求項７、請求項８、請求項９のいず
    れか１項に記載の超音波診断装置。