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技術 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

出願人 株式会社日立製作所
発明者 飯村隆志
出願日 2016年2月9日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-022459
公開日 2017年8月17日 (3年4ヶ月経過) 公開番号 2017-140135
状態 特許登録済
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 基準スキャン 撮影レート 姿勢算出装置 オリエンテーション情報 撮像姿勢 監視用画像 特徴検出処理 傾き角度θ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (17)

課題

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。

解決手段

超音波診断装置20は、スキャン方向を回転させながら被検体100に超音波送受信する回転式探触子201を用いて被検体100に超音波を送受し、超音波画像を生成する。姿勢算出装置21は超音波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し、監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部Aの出現タイミングと同じタイミングにおけるスキャンラインを求める。これにより回転式探触子201の姿勢情報(オリエンテーション情報)を算出する。

概要

背景

CT画像において、すりガラス陰影(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、例えば末梢腫瘍の細胞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度方向超音波画像を取得する。このようにして、内視鏡入り込めないような細部病変モニタリングしながら患部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線透視像手元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。

概要

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。超音波診断装置20は、スキャン方向を回転させながら被検体100に超音波を送受信する回転式探触子201を用いて被検体100に超音波を送受し、超音波画像を生成する。姿勢算出装置21は超音波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し、監視用画像に現れる周期的な動きを示す特徴部Aの出現タイミングと同じタイミングにおけるスキャンラインを求める。これにより回転式探触子201の姿勢情報(オリエンテーション情報)を算出する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

スキャン方向を回転させながら被検体に超音波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

請求項2

前記超音波画像を撮像中の回転式探触子の回転数情報を取得する回転数取得部と、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、を備え、前記演算部は、前記特徴部の出現タイミングと前記回転数情報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ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。

請求項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。

請求項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2に記載の超音波診断装置。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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位置情報及び前記回転式探触子の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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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

請求項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

技術分野

0001

本発明は、超音波診断装置回転式探触子姿勢算出装置、及び回転式探触子の姿勢算出方法係り、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。

背景技術

0002

CT画像において、すりガラス陰影(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、例えば末梢腫瘍の細胞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度方向超音波画像を取得する。このようにして、内視鏡入り込めないような細部病変モニタリングしながら患部組織を採取するといった手法がとられている。

0003

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線透視像手元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。

先行技術

0004

国際公開2014/024422号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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。

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

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。

0009

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。

発明の効果

0010

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。

図面の簡単な説明

0011

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
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

実施例

0012

下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

0013

[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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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づけられる。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

X線検出器110は、例えばシンチレータ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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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)。

0041

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)。

0042

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。

0043

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)。

0044

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)。

0045

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。

0046

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SL0を特定する(ステップS203)。

0047

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SL0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SL0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SL0である。この基準(直上)スキャンラインSL0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。

0048

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SL0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)。

0049

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。

0050

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。

0051

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SL0(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更新する(ステップS302)。

0052

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SL0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。

0053

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。

0054

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SL0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。

0055

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)SL0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SL0(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)。

0056

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SL0の位置を求め、更新表示するようにしてもよい。

0057

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。

0058

[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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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)。

0063

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)。

0064

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)。

0065

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。

0066

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)。

0067

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。

0068

[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。
VUS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。

0069

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。

0070

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。

0071

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)。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

[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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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
SL0・・・・・・・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)

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