(57)【要約】【課題】超音波診断装置により挿入器具の位置を確認する改良技術を提供する。【解決手段】ライン相関処理部３０は、フレームを構成する複数ラインについて、各ラインごとに時相間におけるラインデータの相関値を算出する。先端位置導出部４０は、フレームを構成する複数ラインの中から、各ラインの相関値に基づいて、穿刺針Ｃの先端位置に対応したラインを特定する。また、先端位置導出部４０は、特定したラインと超音波画像内に合成される挿入器具の挿入経路ガイドとに基づいて、その挿入経路ガイド上における穿刺針Ｃの先端の位置を導出する。表示画像形成部６０は、超音波画像内における穿刺針Ｃの位置を示す表示態様と超音波画像とを合成した表示画像を形成する。形成された表示画像は表示部６２に表示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入器具が挿入される診断領域に超音波を送受するプローブと、
プローブを制御して超音波ビームを走査することにより、診断領域内において複数ラインからなるフレームを形成し、各ラインごとにラインデータを得る送受信部と、
フレームを構成する複数ラインから得られるラインデータに基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、
フレームを構成する複数ラインについて、各ラインごとに時相間におけるラインデータの相関値を算出する相関処理部と、
フレームを構成する複数ラインの中から前記相関値に基づいて挿入器具の位置に対応したラインを特定することにより、超音波画像内における挿入器具の位置を導出する位置導出部と、
超音波画像内における挿入器具の位置を示す表示態様と当該超音波画像とを合成した表示画像を形成する表示画像形成部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記位置導出部は、挿入器具の先端の位置に対応したラインを特定することにより、超音波画像内における挿入器具の先端の位置を導出し、
前記表示画像形成部は、超音波画像内における挿入器具の先端の位置にその位置を示すマーカを合成した表示画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記位置導出部は、特定したラインと超音波画像内に合成される挿入器具の挿入経路ガイドとに基づいて、当該挿入経路ガイド上における挿入器具の先端の位置を導出し、
前記表示画像形成部は、超音波画像内の前記挿入経路ガイド上に挿入器具の先端の位置を示すマーカを合成した表示画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
超音波画像内に合成される挿入経路ガイドを含むように帯状の関心領域が設定され、
前記相関処理部は、各ラインごとに、前記関心領域内のラインデータから前記相関値を算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記位置導出部は、前記相関値に基づいて前記複数ラインの中から挿入器具の先端の移動範囲に対応した幾つかのラインを特定し、超音波画像内における挿入器具の先端の移動範囲を導出し、
前記表示画像形成部は、超音波画像内に合成される挿入経路ガイド上に、挿入器具の先端の移動範囲に応じた長さのマーカを合成した表示画像を形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に挿入器具の位置を確認する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
穿刺針等の挿入器具により生体内から組織片を採取する際に、超音波診断装置を利用して挿入器具の位置を確認する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エコー強度（輝度）のヒストグラムに基づいて、生体組織のエコーと挿入器具のエコーとを識別する閾値を自動設置し、その閾値を利用して挿入器具を特定してその位置を確認する画期的な技術が提案されている（特許文献１の第００２２段落〜第００２３段落等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２０５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波診断装置により挿入器具の位置を確認する技術について研究開発を重ねてきた。特に、特許文献１に記載された画期的な技術の改良に注目した。
【０００６】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波診断装置により挿入器具の位置を確認する改良技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、挿入器具が挿入される診断領域に超音波を送受するプローブと、プローブを制御して超音波ビームを走査することにより、診断領域内において複数ラインからなるフレームを形成し、各ラインごとにラインデータを得る送受信部と、フレームを構成する複数ラインから得られるラインデータに基づいて超音波画像を形成する超音波画像形成部と、フレームを構成する複数ラインについて、各ラインごとに時相間におけるラインデータの相関値を算出する相関処理部と、フレームを構成する複数ラインの中から前記相関値に基づいて挿入器具の位置に対応したラインを特定することにより、超音波画像内における挿入器具の位置を導出する位置導出部と、超音波画像内における挿入器具の位置を示す表示態様と当該超音波画像とを合成した表示画像を形成する表示画像形成部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、挿入器具の位置を示す表示態様は、超音波画像上において挿入器具の位置を直接的に視認できるものが望ましい。例えば、挿入器具の全体像を示す表示態様や、挿入器具の特定部分、例えば先端や特殊な形状部分等を示す表示態様が望ましい。なお、挿入器具の挿入状態を例えば座標値や長さ等により間接的に表示してもよい。
【０００９】
上記超音波診断装置によれば、ラインデータの時相間における相関値を利用しているため、挿入器具の移動に伴うラインデータの変化を捉えて挿入器具の位置を確認することができる。これにより、例えばラインデータの強度（大きさ）に基づいて、挿入器具に対応したデータを識別して挿入器具の位置を確認する場合に比べて、ノイズ等による悪影響が低減され、挿入器具の位置を確認する際の精度が高められる。
【００１０】
望ましい具体例において、前記位置導出部は、挿入器具の先端の位置に対応したラインを特定することにより、超音波画像内における挿入器具の先端の位置を導出し、前記表示画像形成部は、超音波画像内における挿入器具の先端の位置にその位置を示すマーカを合成した表示画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記位置導出部は、特定したラインと超音波画像内に合成される挿入器具の挿入経路ガイドとに基づいて、当該挿入経路ガイド上における挿入器具の先端の位置を導出し、前記表示画像形成部は、超音波画像内の前記挿入経路ガイド上に挿入器具の先端の位置を示すマーカを合成した表示画像を形成する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、超音波画像内に合成される挿入経路ガイドを含むように帯状の関心領域が設定され、前記相関処理部は、各ラインごとに、前記関心領域内のラインデータから前記相関値を算出する、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記位置導出部は、前記相関値に基づいて前記複数ラインの中から挿入器具の先端の移動範囲に対応した幾つかのラインを特定し、超音波画像内における挿入器具の先端の移動範囲を導出し、前記表示画像形成部は、超音波画像内に合成される挿入経路ガイド上に、挿入器具の先端の移動範囲に応じた長さのマーカを合成した表示画像を形成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により超音波診断装置により挿入器具の位置を確認する改良技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、ラインデータの時相間における相関値を利用しているため、ノイズ等による悪影響が比較的低減され、挿入器具の位置を確認する際の精度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】相関値を利用した穿刺針Ｃの位置の確認を説明するための図である。
【図３】相関値演算に利用される関心領域の具体例を示す図である。
【図４】穿刺針Ｃの先端の位置を示すマーカＴの具体例を示す図である。
【図５】プローブ１０とアタッチメントＡの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。プローブ１０は、超音波を送受する複数の振動素子を備えている。図１の超音波診断装置においては、例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像（断層画像）用や三次元画像用等の各種のプローブ１０を診断用途に応じて利用することができる。
【００１７】
プローブ１０には、穿刺針ＣのアタッチメントＡが取り付けられている。アタッチメントＡには、穿刺針Ｃを通す貫通孔または溝が設けられており、アタッチメントＡにより穿刺針Ｃの挿入方向が定められる。挿入器具である穿刺針Ｃは、例えば生体内の診断領域に挿入され、組織片の採取や組織の治療などに利用される。
【００１８】
プローブ１０が備える複数の振動素子は、送信回路１２から各振動素子に対して出力される送信信号に基づいて、診断領域に対して超音波を送波する。送信回路１２は、送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）１４により制御される。
【００１９】
送信ビームフォーマ１４は、送信回路１２に複数の送信信号を出力させて複数の振動素子を送信制御することにより、超音波の送信ビームを形成して走査する。
【００２０】
また、プローブ１０が備える複数の振動素子は、診断領域から超音波を受波して受信信号を出力する。複数の振動素子において得られた複数の受信信号は受信回路１６に出力され、受信回路１６において各受信信号ごとに直交検波等の処理が施されて、受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）１８に送られる。
【００２１】
受信ビームフォーマ１８は、複数の振動素子から受信回路１６を介して得られる複数の受信信号を整相加算処理するなどして受信ビームを形成し、受信ビームに沿ってラインデータを得る。
【００２２】
送信ビームフォーマ１４と受信ビームフォーマ１８は、超音波ビーム（送信ビームとそれに対応した受信ビーム）を走査することにより、診断領域内において複数ラインからなるフレームを形成する。こうして、受信ビームフォーマ１８において、各ラインごとにラインデータが形成され、フレームを構成する複数ラインから得られるラインデータが、受信ビームフォーマ１８から、各ラインごとに次々に出力される。
【００２３】
超音波画像形成部２０は、受信ビームフォーマ１８から次々に得られるラインデータに基づいて超音波画像の画像データを形成する。超音波画像形成部２０は、フレームを構成する複数ラインから得られるラインデータに基づいて、診断領域に関する超音波画像の画像データとして、例えばＢモード画像（断層画像）の画像データを形成する。なお、超音波画像形成部２０は、３次元画像やドプラ画像などの超音波画像の画像データを形成してもよい。
【００２４】
受信ビームフォーマ１８において得られたラインデータは、ライン相関処理部３０とメモリ３２にも出力される。受信ビームフォーマ１８は、複数フレーム（複数時相）に亘って、次々にラインデータを出力する。メモリ３２には、受信ビームフォーマ１８から次々に出力されるラインデータが記憶される。
【００２５】
ライン相関処理部３０は、フレームを構成する複数ラインについて、各ラインごとに時相間におけるラインデータの相関値を算出する。ライン相関処理部３０は、例えば、各ラインについて、現時刻のフレーム（現在のフレーム番号）におけるそのラインのラインデータと、１時刻前のフレーム（１つ前のフレーム番号）におけるそのラインのラインデータとに基づいて、例えば次式により相関値を算出する。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
ライン相関処理部３０は、受信ビームフォーマ１８から出力される各時刻のフレームを構成する複数ラインのラインデータと、メモリ３２に記憶された１つ前の時刻のフレームを構成する複数ラインのラインデータとに基づいて、数１式により各ラインごとに相関値を算出する。
【００２８】
先端位置導出部４０は、各時刻ごとに、その時刻のフレームを構成する複数ラインの中から、各ラインの相関値に基づいて、穿刺針Ｃの先端位置に対応したラインを特定する。また、先端位置導出部４０は、特定したラインと超音波画像内に合成される挿入器具の挿入経路ガイドとに基づいて、その挿入経路ガイド上における穿刺針Ｃの先端の位置を導出する。
【００２９】
挿入経路ガイドは、経路情報生成部５０によって生成される。穿刺針Ｃは、アタッチメントＡにより挿入方向が定められている。経路情報生成部５０は、アタッチメントＡの形状や構造等の情報から決定される穿刺針Ｃの挿入方向に基づいて、診断領域内における穿刺針Ｃの挿入経路を導出し、超音波画像内においてその挿入経路を示す挿入経路ガイドを生成する。
【００３０】
表示画像形成部６０は、超音波画像内における穿刺針Ｃの位置を示す表示態様と超音波画像とを合成した表示画像を形成する。形成された表示画像は表示部６２に表示される。なお、図１の超音波診断装置内の各部は、制御部７０により集中的に制御される。
【００３１】
次に、図１の超音波診断装置による穿刺針Ｃの位置の確認について詳述する。なお、図１に示した構成（部分）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００３２】
図２は、相関値を利用した穿刺針Ｃの位置の確認を説明するための図である。図２には時刻１から時刻３までの各時刻における表示画像６４が図示されている。また、図２＜Ａ＞は、各時刻における相関値の具体例を示している。なお、図２＜Ｂ＞は、相関値に代えてエコー値を利用した場合の比較例を示している。
【００３３】
図２＜Ａ＞は、横軸をラインの位置として縦軸に各ラインから得られる相関値を示している。穿刺針Ｃから得られるエコーデータ（ラインデータを構成するサンプルデータ）は生体内組織のエコーデータに比べて、大きな値（大きな輝度）となる。特に、穿刺針Ｃの先端においてエコーデータが比較的大きな値となる。そのため、穿刺針Ｃが生体内に徐々に挿入されると、穿刺針Ｃの先端が通過する前後において、その通過位置におけるエコーデータが比較的大きく変化し、その変化が相関値に反映される。
【００３４】
例えば、図２＜Ａ＞に示すように、穿刺針Ｃの先端が通過した（交差した）ラインにおいて、相関値が極大（ピーク）となる。そこで、先端位置導出部４０は、相関値が極大となるラインＰの位置を穿刺針Ｃの先端であると判定する。
【００３５】
また、穿刺針Ｃは挿入経路ガイドＧに沿って挿入されるため、先端位置導出部４０は、相関値が極大となるラインＰの位置と挿入経路ガイドＧとに基づいて、挿入経路ガイドＧ上における穿刺針Ｃの先端の位置を導出する。例えば、ラインＰと挿入経路ガイドＧの交点が、穿刺針Ｃの先端の位置とされる。先端位置導出部４０は、時刻１から時刻３と、図示しないその他の各時刻において、挿入経路ガイドＧ上における穿刺針Ｃの先端の位置を導出する。
【００３６】
表示画像形成部６０は、超音波画像内における穿刺針Ｃの位置を示す表示態様と超音波画像とを合成した表示画像を形成する。表示画像形成部６０は、例えば、Ｂモード画像２２内に、挿入経路ガイドＧを合成し、さらに、その挿入経路ガイドＧ上に穿刺針Ｃの挿入状態を示すマーカＭを合成した表示画像６４を形成する。マーカＭは、例えば、穿刺針Ｃが挿入されるＢモード画像２２の端から、穿刺針Ｃの先端までを明示した、表示態様とされる。つまり、穿刺針Ｃの診断領域に挿入された部分の全体像がマーカＭである。
【００３７】
これにより、図２に示すように、時刻１から時刻３へ進むにつれて、マーカＭが生体内深くに伸長され、ユーザ（検査者）は、マーカＭを見ることにより、生体内に徐々に挿入される穿刺針Ｃの挿入状態を確認することができる。
【００３８】
図２＜Ｂ＞は、横軸をラインの位置として縦軸に各ラインから得られるエコー値、例えば各ラインのエコー値の平均値を示している。穿刺針Ｃから得られるエコーデータは、生体内組織のエコーデータに比べて、大きな値（大きな輝度）となる。そのため、穿刺針Ｃが生体内に徐々に挿入されると、穿刺針Ｃを含むラインにおいて、エコー値が比較的大きくなる。
【００３９】
ところが、生体内の組織からも比較的高いエコー値が得られる場合や、ノイズ等の影響によりエコー値が大きくなる場合もある。そのため、穿刺針Ｃを含んでいない範囲Ｒのラインにおいても、大きなエコー値が得られる場合がある。したがって、エコー値の大きさにより穿刺針Ｃを含むラインを特定しようとすると、範囲Ｒにおいて比較的大きなエコー値となるラインを誤って検出してしまう可能性がある。
【００４０】
これに対し、相関値を利用した図２＜Ａ＞では、穿刺針Ｃが挿入されていない範囲Ｒにおいては相関値が低いままであるため、範囲Ｒにおけるラインを誤って検出してしまう可能性が極めて低くなり、エコー値を利用した図２＜Ｂ＞に比べて、極めて高い精度で穿刺針Ｃの先端を確認することが可能になる。なお、相関値を利用したラインの特定は、例えば、エコーデータに対するゲイン設定とコントラスト設定による影響や、超音波ビームの角度などによる影響を、殆ど受けることが無いという利点もある。
【００４１】
また、相関値を利用する場合には、ライン上の全てのラインデータ（全てのサンプル）を利用して相関値を算出してもよいが、穿刺針Ｃが挿入される領域に関心領域を設定し、その関心領域内のラインデータのみを利用して相関値を算出することにより、穿刺針Ｃの移動に伴うラインデータの変化をさらに高い精度で捉えることが可能になる。
【００４２】
図３は、相関値演算に利用される関心領域の具体例を示す図である。図３には、Ｂモード画像２２内に挿入経路ガイドＧを合成した表示画像６４が示されている。相関値演算に利用される関心領域（ＲＯＩ）は、例えば挿入経路ガイドＧを含む帯状の領域とされる。例えば、挿入経路ガイドＧを中心として挿入経路ガイドＧに平行な破線で示す境界線により関心領域（ＲＯＩ）が設定される。
【００４３】
ライン相関処理部３０は、図３に示す走査方向に超音波ビームが走査されることにより次々に形成される複数のラインＬについて、各ラインＬごとに、関心領域（ＲＯＩ）内のラインデータのみを対象として相関値を算出する。これにより、例えば、図２＜Ａ＞と同様な演算結果が得られる。
【００４４】
関心領域（ＲＯＩ）内のラインデータのみ、つまり穿刺針Ｃが通る挿入経路ガイドＧの近傍におけるラインデータのみを利用することにより、ライン上の全ラインデータを利用する場合に比べて、穿刺針Ｃの移動に伴うラインデータの変化をさらに高い精度で捉えることが可能になり、穿刺針Ｃの先端の確認する際の精度がさらに高められる。
【００４５】
図４は、穿刺針Ｃの先端の位置を示すマーカＴの具体例を示す図である。図４には、Ｂモード画像２２内に挿入経路ガイドＧを合成した表示画像６４が示されている。図４＜Ａ＞は、穿刺針Ｃの挿入速度が比較的小さい（遅い）場合の具体例であり、図４＜Ｂ＞は、穿刺針Ｃの挿入速度が比較的大きい（速い）場合の具体例である。
【００４６】
先端位置導出部４０は、相関値が極大となるラインＰの位置を穿刺針Ｃの先端であると判定する。ところが、穿刺針Ｃの挿入速度が比較的速い場合には、例えば、図４＜Ｂ＞に示すように、幾つかのラインに亘って相関値が比較的大きくなる。そこで、先端位置導出部４０は、全ラインの中から穿刺針Ｃの先端の移動範囲に対応した幾つかのラインを特定し、Ｂモード画像２２内における穿刺針Ｃの先端の移動範囲を導出する。
【００４７】
先端位置導出部４０は、例えば閾値Ｔｈを設定して、相関値が閾値Ｔｈ以上となるラインの範囲を穿刺針Ｃの先端の移動範囲とする。これにより、図４＜Ａ＞の速度が小さい場合に比べて、図４＜Ｂ＞の速度が高い大きい場合に移動範囲が広くなる。なお、図４＜Ｂ＞に示すように、相関値が複数のラインＰ１，Ｐ２において極大となる場合には、複数のラインＰ１，Ｐ２の間の距離を移動範囲としてもよい。
【００４８】
そして、表示画像形成部６０は、例えば、Ｂモード画像２２内に、挿入経路ガイドＧを合成し、さらに、その挿入経路ガイドＧ上における穿刺針Ｃの先端の位置に、先端の位置を示すマーカＴを合成した表示画像６４を形成する。表示画像形成部６０は、穿刺針Ｃの先端の移動範囲に応じた長さのマーカＴを合成する。これにより、図４＜Ａ＞の速度が小さい場合に比べて、図４＜Ｂ＞の速度が大きい場合において、マーカＴが長くなる。
【００４９】
ユーザ（検査者）は、マーカＴの位置から穿刺針Ｃの先端の位置を視認しつつ、マーカＴの長さから穿刺針Ｃの挿入速度を確認することができる。なお、穿刺針Ｃの先端を示すマーカＴに加えて、穿刺針Ｃの全体像を示すマーカＭが表示されてもよい。
【００５０】
図５は、プローブ１０とアタッチメントＡの変形例を示す図である。図５に示すプローブ１０は、図示された正面側において、左右が非対称の形状となっており、プローブ１０内に設けられる複数の振動素子も左右非対称に配列される。これにより、左右非対称な診断領域が形成され、穿刺針ＣのアタッチメントＡの方向に診断領域が広げられる。
【００５１】
また、診断領域がアタッチメントＡの方向に広げられるため、Ｂモード画像２２もアタッチメントＡの近傍まで広げられる。そのため、Ｂモード画像２２内に、挿入経路ガイドＧを合成し、さらに、その挿入経路ガイドＧ上に穿刺針Ｃの挿入状態を示すマーカＭを合成した表示画像６４により、アタッチメントＡの近傍から穿刺針Ｃの挿入状態を確認することができる。
【００５２】
なお、図５に示す表示画像６４を形成する際にも、図２と図３を利用して説明した処理により、穿刺針Ｃの挿入状態が確認される。また、図４に示した穿刺針Ｃの先端を示すマーカＴが、図５に示す表示画像６４に合成されてもよい。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５４】
１０  プローブ、１２  送信回路、１４  送信ビームフォーマ、１６  受信回路、１８  受信ビームフォーマ、２０  超音波画像形成部、３０  ライン相関処理部、３２  メモリ、４０  先端位置導出部、５０  経路情報生成部、６０  表示画像形成部、６２  表示部、７０  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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