(57)【要約】【課題】核医学診断と超音波診断とを利用して機能面及び形態面の両方から組織を診断する。【解決手段】医療診断システムは核医学診断装置１０及び超音波診断装置１２を有している。プローブ１６はロボット９０によって保持されている。プローブによって形成される走査面上のエコーデータに基づいて超音波画像が構成される。核医学診断装置１０によって取得されたボリュームデータが格納され、走査面に対応する面データがそこから読み出されて核医学画像が形成される。超音波画像と核医学画像は並べて表示され、あるいは重合して表示される。【選択図】図１
2006025958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を含有した薬剤が投与された生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する放射線計測手段と、
前記ボリュームデータが格納される記憶手段と、
前記三次元空間内にビーム走査面を形成して受信信号を取得する超音波計測手段と、
前記受信信号に基づいて、前記ビーム走査面に対応した超音波画像を形成する超音波画像形成手段と、
前記三次元空間に対する前記ビーム走査面の座標情報に基づいて、前記記憶手段に格納されたボリュームデータから面データを抽出する抽出手段と、
前記面データに基づいて、核医学画像を形成する核医学画像形成手段と、
前記核医学画像と前記超音波画像とを合成して表示する表示処理手段と、
を含むことを特徴とする医療診断システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記抽出手段は、
前記座標情報に基づいて前記三次元空間において前記ビーム走査面と同一の位置にある切断面を特定する切断面特定手段と、
前記ボリュームデータから前記切断面上のデータを前記面データとして切り出す面データ切り出し手段と、
を含むことを特徴とする医療診断システム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記切断面特定手段は、前記ビーム走査面の座標情報をリアルタイムで認識して前記切断面を動的に特定し、
前記面データ切り出し手段は、前記動的に特定される切断面について前記面データをリアルタイムで切り出し、
前記超音波画像はリアルタイム画像であることを特徴とする医療診断システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記表示処理手段は、前記核医学画像と前記超音波画像とを重合して合成画像を形成することを特徴とする医療診断システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記表示処理手段は、前記核医学画像と前記超音波画像とを並べて合成画像を形成することを特徴とする医療診断システム。
【請求項６】
請求項４又は５記載のシステムにおいて、
前記核医学画像は組織機能を表したカラーの二次元断層画像であり、前記超音波画像は組織形態を表した白黒の二次元断層画像であることを特徴とする医療診断システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記ビーム走査面を形成するプローブを位置決めして保持するロボットが設けられたことを特徴とする医療診断システム。
【請求項８】
請求項２記載のシステムにおいて、
放射線計測における第１の座標系と超音波計測における第２の座標系との間の空間的関係を求めることにより、前記三次元空間に対する前記切断面の座標情報についてキャリブレーションを行うキャリブレーション装置が設けられたことを特徴とする医療診断システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、
前記キャリブレーション装置は、
前記放射線計測において前記生体と前記第１の座標系との間の第１の空間的関係を特定し、且つ、前記超音波計測において前記生体と前記第２座標系との間の空間的関係を特定する手段を含み、
前記生体を基準として前記第１の座標系と前記第２の座標系とが空間的に関係付けられることを特徴とする医療診断システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記空間的関係を特定する手段は、
前記生体における少なくとも１つの部位に設けられた少なくとも１つの位置マーカーと、
前記放射線計測及び前記超音波計測の際に前記位置マーカーの座標を検出するマーカー座標検出器と、
を含むことを特徴とする医療診断システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、
前記キャリブレーション装置は、前記放射線計測における前記位置マーカーの座標と前記超音波計測における前記位置マーカーの座標とに基づいて、前記ビーム走査面と前記切断面とを空間的に一致させるための座標補正処理を実行する補正手段を含むことを特徴とする医療診断システム。
【請求項１２】
放射性物質を含有した薬剤が投与された生体を機能面及び形態面から総合診断するための核医学診断装置及び超音波診断装置を含む医療診断システムであって、
前記核医学診断装置は、前記生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する放射線計測手段を含み、
前記超音波診断装置は、
前記三次元空間内にビーム走査面を形成して受信信号を取得する超音波計測手段と、
前記受信信号に基づいて、組織形態を表現した形態画像としての超音波画像を形成する超音波画像形成手段と、
を含み、
当該医療診断システムは、更に、
前記ボリュームデータから前記ビーム走査面と同じ位置にある切断面の面データを抽出する抽出手段と、
前記面データに基づいて、組織機能を表現した機能画像としての核医学画像を形成する核医学画像形成手段と、
前記核医学画像と前記超音波画像とを合成して合成画像を表示する表示処理手段と、
を含み、
前記生体に対して前記ビーム走査面を移動させると、前記超音波画像の内容が変化し、それに伴って、前記核医学画像の内容が変化することを特徴とする医療診断システム。
【請求項１３】
放射性物質を含有した薬剤が投与された生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する核医学診断装置と、
前記三次元空間内にビーム走査面を形成して、そのビーム走査面に対応した超音波画像を形成する超音波診断装置と、
を含む医療診断システムで用いられる画像処理装置であって、
前記ビーム走査面の座標情報に基づいて、前記ボリュームデータから面データを抽出する抽出手段と、
前記面データに基づいて形成される核医学画像と前記超音波画像とを合成して合成画像を表示する表示処理手段と、
を含むことを特徴とする、医療診断システムで用いられる画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療診断システムに関し、特に核医学診断装置と超音波診断装置とを組み合わせたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
核医学診断では、生体に対して、放射性元素としてのトレーサーが含有された薬剤が投入され、生体内からの放射線が検出される。これにより、生体における代謝機能、循環機能、悪性腫瘍の有無などを診断できる。そのための核医学診断装置として、γカメラ、ＳＰＥＣＴ（single photon emission computed tomography）装置、ＰＥＴ（positron emission tomography）装置などが知られている。ＳＰＥＣＴ装置はＣＴ演算によって断層画像を形成する装置であり、複数の面状検出器を有するもの、リング状のアレイ検出器を有するものなどが知られている。ＰＥＴ装置はポジトロン核種から放出された陽電子が自由電子と結合する時に生じる消滅γ線（互いに反対方向に出る一対の５１１ｋｅｖのγ線）を検出することによって断層画像などを形成する装置である。ＰＥＴ装置においてはリング状のアレイ検出器を有し、断層像が形成される。
【０００３】
上記の核医学診断装置によって形成される画像は生体の活動を反映した「機能画像」であり、Ｘ線ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、超音波画像のように、生体の形態を表す「形態画像」ではない。形態画像によれば組織構造を把握できるが、その組織の性状、例えば腫瘍か悪性か良性かまでを画像上で特定、識別することは困難であり、あるいは、そのために熟練を要する。一方、機能画像の場合には、薬剤の活性によって生体内の活動の様子を画像化できるが、その機能画像だけから活性部位を認識するのは困難であり、あるいは、そのために熟練を要する。なお、機能画像は一般にリアルタイム性のない画像であり、リアルタイム観測には不向きである。
【０００４】
下記特許文献１には、エミッション画像とＭＲＩ画像とを解剖学的な位置関係において正確に対応させた技術が記載されているが、超音波診断あるいは超音波画像の利用については何ら記載されていない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１４３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、機能画像と形態画像とは補間的な関係にあり、それらの両画像を形成して診断に役立てることが望まれる。ここで、形態画像としては、必要以上の放射線被ばくの回避、リアルタイム計測、システムコストなどの観点から、超音波画像を利用することが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、核医学診断と超音波診断とを利用して、機能面及び形態面の両面から総合的に組織を診断できるようにすることにある。特に、生体内の組織形態との関係において活性部位の位置や分布などを正確に認識できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、放射性物質を含有した薬剤が投与された生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する放射線計測手段と、前記ボリュームデータが格納される記憶手段と、前記三次元空間内にビーム走査面を形成して受信信号を取得する超音波計測手段と、前記受信信号に基づいて、前記ビーム走査面に対応した超音波画像を形成する超音波画像形成手段と、前記三次元空間に対する前記ビーム走査面の座標情報に基づいて、前記記憶手段に格納されたボリュームデータから面データを抽出する抽出手段と、前記面データに基づいて、核医学画像を形成する核医学画像形成手段と、前記核医学画像と前記超音波画像とを合成して表示する表示処理手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、放射線の計測によって三次元のボリュームデータが取得され、そのボリュームデータが記憶手段に格納される。一方、三次元空間に対してビーム走査面が形成され、そのビーム走査面上におけるエコーデータに基づいて超音波画像が形成される。ビーム走査面の座標情報に基づいて、ボリュームデータから面データが切り出され、その面データに基づいて核医学画像が形成される。面データが切り出される切断面の位置はビーム走査面の位置と空間的に同一であるのが特に望ましいが、変形例としてはビーム走査面に対して直交する切断面などを設定することも可能である。核医学画像と超音波画像とが同時表示される場合において、超音波画像と核医学画像とが空間的な対応関係にあるので、組織機能と組織形態とを併せて考慮して、組織の総合的な診断が可能となる。例えば、超音波画像上では腫瘍の存在が認識できてもそれが悪性であるか良性であるかまでを認識することは困難であるが、機能画像である核医学画像を併せて考慮することによって、その腫瘍の性質を認識できる。また、核医学画像それ自体から活性部位が認識できたとしても、その活性部位がどの臓器のどこの部位に相当するものであるのかまでは認識困難であるが、形態画像としての超音波画像を併せて考慮することによって、活性部位の形態を認識できる。核医学画像と超音波画像が重合して表示されれば例えば組織形態を背景として活性部位の位置や広がりを直感的に且つ正確に認識できる。核医学画像と超音波画像が並んで表示されれば、一方の画像内容によって他方の画像内容が隠れてしまってその部分の観察に支障が生じることを回避できる。それらの２つの表示タイプをユーザーによってあるいは自動的に選択できるように構成するのが望ましい。
【００１０】
超音波画像はリアルタイム画像として形成されるのが望ましく、その場合、超音波の送受波を行うプローブを生体表面上で移動させると、それに伴って、超音波画像の内容が変化し、同時に、ボリュームデータから切り出される面データの位置も変化して核医学画像の内容も変化する。これにより、生体内の三次元空間において目的組織を形態面及び機能面からサーチし、その上でプローブの位置を固定して目的組織について総合診断を行える。
【００１１】
上記の放射線計測手段は核医学診断装置として構成されるのが望ましい。その場合、核医学診断装置としてはＰＥＴ装置を用いるのが望ましいが、ＳＰＥＣＴ装置などを用いることも可能である。いずれにしても三次元のボリュームデータを取得できる装置が用いられる。一般に、生体上の各走査位置においてスライスデータ（核医学診断画像としての断層画像に相当）が取得され、それらのスライスデータの集合としてボリュームデータが構成される。上記の記憶手段は、核医学診断装置あるいは超音波診断装置の内部に設けるようにしてもよいし、それらの外部に設けるようにしてもよい。ネットワーク上に核医学診断装置、超音波診断装置、画像データサーバーなどを接続して、相互間でデータの授受を行わせてもよい。超音波計測手段は望ましくは上記プローブを含むものであり、望ましくは、その超音波計測手段と超音波画像形成手段とにより超音波診断装置が構成される。表示処理手段は超音波診断装置内に設けるようにしてもよい。あるいは、表示処理プログラム及びそれを実行するプロセッサ（ＣＰＵ）を備えたコンピュータとして表示処理手段を構成してもよい。
【００１２】
なお、核医学診断によるボリュームデータの取得後に生体（患者）を移動させることなく、そのままの状態で超音波診断を行うようにしてもよいし、核医学診断によるボリュームデータの取得後に、生体を別の場所へ移動させて超音波診断を行うようにしてもよい。核医学診断における座標系と超音波診断における座標系との相互の空間的な関係が既知あるいは固定であるのが望ましく、必要に応じて、後述するキャリブレーション装置が設けられあるいはキャリブレーション処理が実行される。
【００１３】
（２）上記構成において、望ましくは、前記抽出手段は、前記座標情報に基づいて前記三次元空間において前記ビーム走査面と同一の位置にある切断面を特定する切断面特定手段と、前記ボリュームデータから前記切断面上のデータを前記面データとして切り出す面データ切り出し手段と、を含む。上記の切断面はビーム走査面に相当する面であり、ボリュームデータから切り出される面データは１画素の厚みをもったデータであってもよいし、複数画素分の厚みをもったデータであってもよい。必要に応じて面データに対して補間処理が適用される。
【００１４】
望ましくは、前記切断面特定手段は、前記ビーム走査面の座標情報をリアルタイムで認識して前記切断面を動的に特定し、前記面データ切り出し手段は、前記動的に特定される切断面について前記面データをリアルタイムで切り出し、前記超音波画像はリアルタイム画像である。この構成によれば、超音波画像がリアルタイム表示され、その超音波画像に空間的に対応する核医学画像が表示されるので、目的組織のサーチや三次元空間全体のサーチなどを容易に行える。
【００１５】
望ましくは、前記表示処理手段は、前記核医学画像と前記超音波画像とを重合して合成画像を形成する。この構成によれば組織機能と組織形態とを直接的に関連づけて評価を行える。望ましくは、前記表示処理手段は、前記核医学画像と前記超音波画像とを並べて合成画像を形成する。この構成によれば各画像内容の全体が隠れることなく、明瞭に認識できる。
【００１６】
望ましくは、前記核医学画像は組織機能を表したカラーの二次元断層画像であり、前記超音波画像は組織形態を表した白黒の二次元断層画像である。
【００１７】
望ましくは、前記ビーム走査面を形成するプローブを位置決めして保持するロボットが設けられる。ロボットにおいて各関節部にエンコーダなどの位置センサを設け、これによりプローブ（あるいはビーム走査面）の位置及び姿勢を検出するように構成するのが望ましい。ロボットによらずに、ユーザーによって可搬型のプローブを把持して、そのユーザーによってプローブの移動や位置決めを行うようにしてもよい。その場合には、磁気センサなどを利用してプローブの位置及び姿勢を検出するのが望ましい。
【００１８】
望ましくは、放射線計測における第１の座標系と超音波計測における第２の座標系との間の空間的関係を求めることにより、前記三次元空間に対する前記切断面の座標情報についてキャリブレーションを行うキャリブレーション装置が設けられる。この構成によれば、第１の座標系と第２の座標系との間の位置的関係が認識できるので、ビーム走査面に対応した切断面を正確に特定できる。キャリブレーションに当たっては、一方の座標系に他方の座標系を合わせてもよいし、切断面の座標を演算する際に座標補正を行うようにしてもよい。
【００１９】
望ましくは、前記キャリブレーション装置は、前記放射線計測において前記生体と前記第１の座標系との間の第１の空間的関係を特定し、且つ、前記超音波計測において前記生体と前記第２座標系との間の空間的関係を特定する手段を含み、前記生体を基準として前記第１の座標系と前記第２の座標系とが空間的に関係付けられる。この構成によれば、生体を基準として各座標系が定義あるいは校正されるので、核医学診断と超音波診断とが異なる場所で行われていても、つまり核医学診断装置と超音波診断装置との位置的関係が不明であっても、切断面の座標を正確に演算することが可能となる。つまり、超音波画像に対して核医学画像を正確に位置決めできる。
【００２０】
望ましくは、前記空間的関係を特定する手段は、前記生体における少なくとも１つの部位に設けられた少なくとも１つの位置マーカーと、前記放射線計測及び前記超音波計測の際に前記位置マーカーの座標を検出するマーカー座標検出器と、を含む。この構成によれば、位置マーカーの座標を基準として座標系を定義できる。位置マーカーの位置の他にその姿勢あるいは向きを検出できない場合、生体に対して複数の位置マーカーを設けて、それらの位置関係から生体の基準座標系を認識できる。この場合、３つ以上の位置マーカーによって直交三軸が定義されるのが望ましいが、生体が水平に横たわっている等の条件が満たされる場合には１つ又は２つの位置マーカーを設けることもできる。また、生体の各部位の位置を検出するためにより多くの位置マーカーを設けるようにしてもよい。位置マーカーの座標は磁気的検出、電気的検出、機械的検出などの手法によって特定される。なお、核医学診断時における複数の位置マーカーの座標パターンと超音波診断時における複数の位置マーカーの座標パターンとの相互比較から、生体の姿勢の異同などを判定するようにしてもよい。
【００２１】
望ましくは、前記キャリブレーション装置は、前記放射線計測における前記位置マーカーの座標と前記超音波計測における前記位置マーカーの座標とに基づいて、前記ビーム走査面と前記切断面とを空間的に一致させるための座標補正処理を実行する補正手段を含む。
【００２２】
（３）また本発明は、放射性物質を含有した薬剤が投与された生体を機能面及び形態面から総合診断するための核医学診断装置及び超音波診断装置を含む医療診断システムであって、前記核医学診断装置は、前記生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する放射線計測手段を含み、前記超音波診断装置は、前記三次元空間内にビーム走査面を形成して受信信号を取得する超音波計測手段と、前記受信信号に基づいて、組織形態を表現した形態画像としての超音波画像を形成する超音波画像形成手段と、を含み、当該医療診断システムは、更に、前記ボリュームデータから前記ビーム走査面と同じ位置にある切断面の面データを抽出する抽出手段と、前記面データに基づいて、組織機能を表現した機能画像としての核医学画像を形成する核医学画像形成手段と、前記核医学画像と前記超音波画像とを合成して合成画像を表示する表示処理手段と、を含み、前記生体に対して前記ビーム走査面を移動させると、前記超音波画像の内容が変化し、それに伴って、前記核医学画像の内容が変化することを特徴とする。
【００２３】
（４）また本発明は、放射性物質を含有した薬剤が投与された生体における三次元空間から放射線を検出し、三次元のボリュームデータを取得する核医学診断装置と、前記三次元空間内にビーム走査面を形成して、そのビーム走査面に対応した超音波画像を形成する超音波診断装置と、を含む医療診断システムで用いられる画像処理装置であって、前記ビーム走査面の座標情報に基づいて、前記ボリュームデータから面データを抽出する抽出手段と、前記面データに基づいて形成される核医学画像と前記超音波画像とを合成して合成画像を表示する表示処理手段と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記したように、表示処理手段は、核医学診断装置又は超音波診断装置の中に組み込まれ、あるいは、コンピュータなどの独立した画像処理装置として構成される。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、核医学診断と超音波診断とを利用して、機能面及び形態面の両面から総合的に組織を診断できる。特に、生体内の組織形態との関係において活性部位の位置や分布などを正確に認識できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１には、本発明に係る医療診断システムの好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す斜視図である。この医療診断システムは、ＰＥＴ装置として構成される核医学診断装置１０、超音波診断装置１２、及び、プローブ位置決め機構としてのロボット９０を有している。
【００２８】
核医学診断装置１０は、図においてｘ方向に移動走査されるベッド３５を有している。このベッド３５には、放射性物質を有する薬剤が投与された患者としての生体が載置される。その放射性物質はポジトロンを放出する放射性同位元素である。周知のように、ポジトロンは周囲の電子と結合して一対の消滅γ線（５１１ｋｅＶ）を生成する。その一対の消滅γ線は１８０度の角度をもって互いに反対方向に出るものである。
【００２９】
ガントリ３７は、リング状の放射線検出部を有しており、生体をｘ方向に順次移動させながら各位置において放射線検出部によって放射線の検出を行うことにより各位置ごとに核医学画像データとしての断層画像情報を取得することができる。詳しくは、ベッド３５はガントリ３７における空洞部３７Ａ内に差し込まれ、リング状の放射線検出部の各検出器から放射線の入射位置を得、核医学画像の取得が行われる。
【００３０】
超音波診断装置１２は、本体１４及びプローブ１６を有している。プローブ１６はプローブケーブルによって本体１４に接続されており、後述するロボット９０によりプローブ１６が保持されている。本体１２には表示部１８及び入力部２０が設けられている。入力部２０は操作パネルによって構成されている。
【００３１】
ロボット９０は上述したようにプローブ位置決め機構として機能し、支柱２４に連結された複数のアーム２６，２７，２８を有している。またアーム３０の先端にはプローブホルダ２９が設けられ、そのプローブホルダ２９によってプローブ１６が保持されている。図１において例示されるように各アームは所望の方向へ移動させることができ、これによって生体上においてプローブ１６を任意の位置及び姿勢で当接することができる。ロボット９０としては各種の機構を採用することができるが、ユーザーによってプローブ１６を把持して生体へ当接し、そのプローブの位置及び姿勢を磁場発生器及び磁気センサなどを利用して検出するようにしてもよい。
【００３２】
図１においては、核医学診断装置１０と超音波診断装置１２とが互いに近づけて配置されているが、それぞれの装置を別室に設けるようにしてもよい。すなわち、核医学診断を実行した後に、患者を別の場所へ移動させ、その場所において患者の超音波診断を行うようにしてもよい。
【００３３】
図２には、本実施形態の医療診断システムにおける各構成がブロック図として示されている。
【００３４】
核医学診断装置１０において、リング状の検出部３４によって、符号３８Ａ，３８Ｂで示されるように生体３６から放出された一対の消滅γ線が検出される。検出部３４の各センサの配置から入射したγ線の位置に関するデータを得る。得られたデータ群を再構成して以下に説明するように核医学画像データを生成することができる。このため、信号処理部５０において、タイミング処理あるいは信号増幅等の処理がなされ、画像形成部５２においては信号処理部５０から出力される信号に基づいて核医学画像としての断層画像が構成される。その断面に相当するデータは制御部５４に送られる。制御部５４は各位置において取得された断層画像データ（スライスデータ）を並べて集合させ、これによって三次元のボリュームデータを構築する。そのボリュームデータは制御部５４からネットワーク３０を介してデータ記憶装置３１へ転送される。
【００３５】
ベッド駆動機構４２は、上述したベッドを移動させるための機構であり、生体を順次搬送しつつ上述したようにスライスデータが取得され、各位置におけるスライスデータを集合させることによって上記のボリュームデータが構成される。制御部５４はガントリ駆動機構４０に対して制御信号４８を与えており、またベッド駆動機構４２に対して制御信号４４を与えている。またベッド駆動機構４２から制御部４０へ座標情報４６が出力されている。これは各スライスデータの位置を特定するための情報である。
【００３６】
ネットワーク３０には、核医学診断装置１０、超音波診断装置１２、データ記憶装置３１及びキャリブレーション装置３２が接続されている。もちろん、そのようなネットワーク３０を介すことなく相互の装置間で必要な信号の授受を行うようにしてもよい。データ記憶装置３１はボリュームデータを蓄積する画像データサーバとして機能する。データ記憶装置３１は、ボリュームデータを記憶した記憶媒体８２とデータ管理部８０とを有している。データ管理部８０は記憶媒体８２上に格納されたボリュームデータを管理する。
【００３７】
超音波診断装置１２は、送受波器として機能するプローブ１６を有する。このプローブ１６によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを電子的に走査することによって走査面が形成される。もちろん、このプローブ１６が２Ｄアレイ振動子を有し、三次元データ取込空間を形成するものであってもよい。
【００３８】
送受信部５６は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。送信部５６からプローブ１６内に設けられたアレイ振動子に対して複数の送信信号が供給される。また、そのアレイ振動子から出力される複数の受信信号は送受信部５６において整相加算処理され、これによって整相加算後の受信信号が画像形成部５８へ出力される。画像形成部５８は、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）などによって構成され、エコーデータに基づいて二次元断層画像としてのＢモード画像を形成する。その画像データが表示処理部６０へ出力される。
【００３９】
制御部６２は超音波診断装置１２における各構成の動作制御を行っている。またロボット９０から出力される座標情報７０に基づきプローブあるいは走査面の位置及び姿勢を認識している。制御部６２は本実施形態において面データ取得部６４を有している。この面データ取得部６４は現在の走査面の位置に対応する三次元空間における切断面を特定し、その切断面に相当する面データをボリュームデータから切り出して取得するものである。したがって、制御部６２からデータ記憶装置３１へ面データのアドレスを指定する情報が送られ、データ管理部８０はその情報に基づいてボリュームデータから面データを切り出してそれを超音波診断装置１２側へ送信する。取得された面データは面データ取得部６４を経由して表示処理部６０へ出力される。
【００４０】
本実施形態においてはロボット９０はマニュアルによって駆動されている。すなわちユーザーによってプローブの位置及び姿勢が自在に設定されている。一方、ロボット９０の各関節部にアクチュエータあるいはモータなどを設け、制御部６２の制御によってロボット９０の動きをコントロールするようにしてもよい。その場合の制御信号が符号７２で示されている。グラフィック画像形成部６６は、制御部６２から渡される情報に基づいて、超音波画像あるいは核医学診断画像に合成されるグラフィック画像を生成し、そのデータを表示処理部６０へ出力する。入力部２０は上記のように操作パネルなどによって構成され、ユーザーによって入力された情報が制御部６２に渡される。表示処理部６０は、本実施形態において、面データ取得部６４によって取得された面データに基づいてカラーの核医学画像を形成する機能、画像形成部５８によって形成された白黒の超音波画像と上記のカラーの核医学画像とを合成して合成画像を形成する機能、などを有している。合成画像の画像データは表示部１８に送られ、表示部１８においては合成画像が表示される。合成画像には必要に応じてグラフィック画像が含まれる。
【００４１】
キャリブレーション装置３２は、核医学診断すなわち放射線計測における第１の座標系と、超音波診断すなわち超音波計測における第２の座標系との間における空間的関係を特定して、２つの座標系を結び付け、これにより走査面に対応する切断面を正確に演算するために機能する。後に説明するように、生体を基準として第１の座標系及び第２の座標系が定義あるいは校正されるようになっており、これによって核医学診断と超音波診断との間で生体の移動や姿勢変化があったとしても走査面に対応して正確な面データの抽出を行えるようになっている。
【００４２】
図３には、図１に示したロボット９０についてより具体的な構成例が示されている。以下に図３に示されるロボット９０Ａについて説明する。
【００４３】
ロボット９０Ａは既に説明したように複数のアーム１００，１０２，１０４などを有している。また各アーム１００，１０２，１０４間及びアーム１０４とプローブホルダ９８との間には関節部１０６，１０８，１１０が設けられている。各関節部１０６，１０８，１１０にはエンコーダ１１４，１１６，１１８，１２０が設けられ、更にプローブホルダ９８においてもプローブ９６を回転駆動する関節部１１２に対して２つの軸の回転角度を検出するエンコーダ１２２，１２４が設けられている。このように、ロボット９０Ａにおける各可動部分ごとにエンコーダを設けることにより、結果としてプローブ９６の空間的な位置や姿勢を検出することが可能であり、すなわち走査面の位置及び姿勢を特定することが可能となる。図３に示される構成はもちろん一例であって、他の構成を採用するようにしてもよい。
【００４４】
図４には、表示処理部６０の処理内容が概念的に示されている。核医学画像を取得した際の座標情報及び超音波診断時におけるプローブの座標情報並びにそれらの空間的関係については管理されており、そのような情報に基づいて符号２０１で示されるようにボリュームデータ２００における切り出し面すなわち切断面２０２を演算することができる。この場合においては後に説明するようにキャリブレーション情報が考慮される。ボリュームデータ２００において切り出し面が特定されると、すなわち走査面に合致する位置の切断面２０２が特定されると、その切断面２０２上のデータが面データ２０４として表示処理部６０へ送られる。表示処理部６０では、面データ２０４に対して加工処理２０６を実行し、これによって機能画像２０８を形成する。加工処理２０６としては例えばカラー変換などをあげることができ、その場合においてはカラー変換テーブル２１０が参照される。生体組織の機能が色相に対応付けられ、これによってカラーの核医学画像として機能画像２０８が構成される。
【００４５】
その一方、超音波診断により二次元断層画像として形態画像２１２が生成される。機能画像２０８と形態画像２１２とを並べて合成することによって合成画像２１４が構成される。その一方において機能画像２０８と形態画像２１２とを重ねて合成することによって合成画像２１６が構成される。この場合において合成画像２１４，２１６には更にグラフィック画像２１８を合成するようにしてもよい。
【００４６】
図５には白黒の形態画像２２２に対してカラーの機能画像２２４を重合合成して構成された合成画像２２０が示されている。プローブを移動させると、生体における走査面の位置が変化するため、形態画像２２２の内容も変化する。また、これに追従して、走査面に対応する切断面がリアルタイムで更新され、その切断面に対応する面データ２０４がリアルタイムで取得されることになり、その結果、形態画像２２２に合成される機能画像２２４の内容も変化することになる。したがってある走査面上における組織の活性をその形態と共に評価することが可能となる。符号２２６はガイダンス表示を表しており、それは三次元空間と切断面との位置関係を模式的に表したものである。プローブを移動させると切断面も変動し、ガイダンス表示の内容も変化する。
【００４７】
図６には、機能画像２３０と形態画像２３２とを並べてなる合成画像２２８が示されている。図５に示したような合成画像２２０の場合、背景として存在する形態画像の内容が必ずしも明確に認識できないような場合であっても、図６に示すように並列表示することにより、組織機能と組織形態とを両者それぞれ正確に認識することができる。ただし、図５に示す実施形態によれば形態を背景として組織機能を直接認識することができるので、その意味において図６に示した表示内容よりもより正確に対応関係を認識できる。
【００４８】
以下に、図７を用いて、参考までに、三次元空間における走査面位置（切断面位置に相当）の特定の仕方について説明する。以下に示す手法は例示であり、それ以外の各種の手法を用いることができる。
【００４９】
図７の（Ａ）において、原点Ｐeは、ｘｙｚ空間の原点であって、複数のアームからなるアーム列の始点に相当する。ｘｙｚ空間内で、原点Ｐeから長さＬ1の第１アームを介して特定されるのが点Ｐ1である。また、その点Ｐ1から長さＬ2の長さをもった第２アームを介して特定されるのが点Ｐ2である。実際にはより多くのアームが存在しているが、ここでの計算においては２つのアームを対象とする。ちなみに、原点Ｐeと点Ｐ1を両端とする第１アームは、ｚ軸を中心として回転可能である。その回転角度をθ1と定義する。点Ｐ1と点Ｐ2を両端とする第２アームについては、θ1＝０の場合にｘｚ平面上で回転する。その回転角度をθ2とする。
【００５０】
点Ｐ1の座標は上記条件から次の通りである。
【００５１】
Ｐ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）＝Ｐ1（０，０，Ｌ1）    ・・・（１）
【００５２】
次に、Ｐ2の座標であるＰ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を求める。ｘｚ平面への長さＬ2の写像をＬ2’とすると、ｘ2，ｚ2の値は以下のように導かれる。
【００５３】
ｘ2＝ｘ1＋Ｌ2’ｓｉｎθ2                   ・・・（２）
【００５４】
ｚ2＝ｚ1＋Ｌ2’ｃｏｓθ2                   ・・・（３）
【００５５】
ここで、
Ｌ2’＝Ｌ2ｃｏｓθ1                        ・・・（４）
であるので、ｘ1＝０、ｚ1＝Ｌ1より、以下となる。
【００５６】
ｘ2＝Ｌ2ｃｏｓθ1ｓｉｎθ2                 ・・・（５）
【００５７】
ｚ2＝Ｌ1＋Ｌ2ｃｏｓθ1ｃｏｓθ2            ・・・（６）
【００５８】
ｘｙ平面へのＬ2の写像をＬ2”とすると、ｙ2は以下のように導かれる。
【００５９】
ｙ2＝ｙ1＋Ｌ2”ｓｉｎθ1                   ・・・（７）
【００６０】
ここで、
Ｌ2”＝Ｌ2ｓｉｎθ2                        ・・・（８）
であるので、ｙ1＝０より、以下のようになる。
【００６１】
ｙ2＝Ｌ2ｓｉｎθ1ｓｉｎθ2                 ・・・（９）
【００６２】
以上をまとめると、Ｐ２の座標は次の通りである。
【００６３】
Ｐ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）＝
Ｐ2（Ｌ2ｃｏｓθ1ｓｉｎθ2，
Ｌ2ｓｉｎθ1ｓｉｎθ2，
Ｌ1＋Ｌ2ｃｏｓθ1ｃｏｓθ2）          ・・・（１０）
【００６４】
よって、各アームについてアーム長さと角度を順次利用して、各アームの端点（原点から遠い方の端点）の座標を演算できる。これにより、３つ以上のアームが連結されていても、最後のアームの端点Ｐnの座標を容易に求めることができる。その端点Ｐnは、プローブあるいは走査面を定義する際の原点あるいは基準点となる。
【００６５】
さて、図７の（Ｂ）において、直交する２つの軸２３４，２３６はｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の内で２つ軸に相当する。それらの軸２３４，２３６の交差点が上記のプローブ原点Ｐnである。ここで、軸２３４周りのプローブの回転角度をαとする。軸２３６’は、軸２３６がαだけ回転したものである。その軸２３６’周りのプローブの回転角度をβとする。上記αによって定義される点をＰaとし、上記βによって定義される点をＰdとする。
【００６６】
各点は、以下のように各軸上の成分を有する。
【００６７】
Ｐn（ｘn，ｙn，ｚn）
Ｐa（ｘa，ｙa，ｚa）
Ｐd（ｘd，ｙd、ｚd）
【００６８】
走査面は上記の三点を通過する平面として定義できるので、以下のように置き換えが可能である。
【００６９】
ａｘn×ｂｙn×ｃｚn＋Ｄ＝０                ・・・（１１）
【００７０】
ａｘa×ｂｙa×ｃｚa＋Ｄ＝０                ・・・（１２）
【００７１】
ａｘd×ｂｙd×ｃｚd＋Ｄ＝０                ・・・（１３）
【００７２】
Ｐn，Ｐa，Ｐdが与えられると、未知数ａ，ｂ，ｃ，Ｄに対して、数式が３つであるので、未知数ａ，ｂ，ｃはそれぞれＤを用いて以下のように表すことができる。
【００７３】
ａ＝ｔ1Ｄ                                  ・・・（１４）
【００７４】
ｂ＝ｔ2Ｄ                                  ・・・（１５）
【００７５】
ｃ＝ｔ3Ｄ                                  ・・・（１６）
【００７６】
上記を用いて、走査面を定義する式は以下の通りとなる。
【００７７】
ｔ1ｘ＋ｔ2ｙ＋ｔ3ｚ＋１＝０                ・・・（１７）
【００７８】
以上のように、プローブ原点と走査面の定義に基づいて、三次元空間内において、走査面の座標、つまりボリュームデータに対する切断面の座標を演算することが可能である。
【００７９】
図８には三次元のボリュームデータ２００が示されている。そのボリュームデータはデータ記憶空間に相当する。ボリュームデータは図示の例では生体３６の全体あるいは主要部をカバーしているが、生体の一部分についてボリュームデータを取得してもよい。上記のように、切断面の座標が演算されると、図９に示されるように、上記の３点で特定される平面として切断面が特定され、その切断面上のデータ（面データ）を読み出すことによって核医学画像を形成できる。すなわち、任意断層画像を構成できる。なお、切断面の座標演算手法については上記に限られずに各種の手法を用いることができる。
【００８０】
次に、キャリブレーションについて説明する。
【００８１】
核医学診断時における生体の位置及び姿勢がそのまま維持されて超音波診断が行われる場合（「生体不変の場合」）であっても、核医学診断における第１座標系と超音波診断における第２座標系との関係が既知あるいは固定でなければ、ボリュームデータに対する切断面の座標を正確に特定することはできなくなる。そこで、図１０に示すように、核医学診断装置１０とロボット９０とを連結機構２４０によって連結し、両者が所定の位置関係となるようにしてもよい。ここでは、連結機構２４０は核医学診断装置１０側に設けられた係合部２４０Ａと、ロボット９０側に設けられた係合部２４０Ｂとで構成されている。また図１１に示すように、核医学診断装置１０とロボット９０とを共通ベース２４２上に搭載し、両者が物理的に一体化されてもよい。この構成によれば、２つの座標系あるいは原点を空間的に関連付けあるいは常に一致させることができる。
【００８２】
一方、生体位置等が変動する場合（「生体変動の場合」）においては、例えば、核医学診断と超音波診断とを別室でそれぞれ遂行するような場合、あるいは、核医学診断の後に患者がベッドから一旦離れてから再びベッドに横たわって超音波診断するような場合においては、生体自体の位置及び姿勢が維持されていないので、切断面の座標を特定できず、あるいは、本来表示すべき部位の核医学画像とは別の部位の核医学画像が表示されてしまうという問題がある。
【００８３】
そこで、図１２に示すようなキャリブレーション装置３２を用いれば上記の問題に対処できる。図１２において、生体３６としての患者はベッド２４６上に載置されている。ベッド２４６は、ここでは超音波診断時に用いられるものを示したが、核医学診断時において用いられるベッド３５にも同様の機構が搭載される。ベッド２４６には、水平面上に二次元配列された複数の検出要素２５０ａからなる検出部２５０が設けられている。一方、患者においては、１又は複数の所定箇所に位置マーカー２５２ａ〜２５２ｄが取り付けられている。例えば、頭頂部、手首、大腿部、足首などに位置マーカーが設けられる。この場合、核医学診断及び超音波診断において支障が生じないような位置に位置マーカーを取り付けるのが望ましい。例えば、腹部診断の場合には頸部と足首などに設け、頸部を診断する場合には腹部と足首などに設けるのが望ましい。
【００８４】
各位置マーカー２５２ａ〜２５２ｄは、コイル及びコンデンサからなる共振回路を有する。各位置マーカーごとに共振周波数を異ならせて、それぞれを識別できるように構成するのが望ましい。一方、各検出要素２５０ａは、交流磁界を生成するコイルを含む。検出部２５０には、切替器２５６を介して発振回路２５４及び整流回路２５８が接続され、検出要素２５０が１つずつ選択されて、その選択された検出要素２５０ａに発振信号が供給され、またそこからの出力信号が整流回路２５８へ送られる。整流された信号は信号処理回路２６２へ入力される。その信号処理回路は、各検出要素２５０ａごとの検出値の大きさを比較して、もっとも大きな検出値を得た特定の検出要素の座標に基づいて、探索対象となった特定の共振周波数を有する位置マーカーの水平座標を特定する。制御回路２６０は、切替器２５６の動作及び発振周波数の制御を行っており、また外部装置との間で通信を行う。更に、核医学診断時における患者位置と超音波診断時における患者位置とが不一致であることを判定して座標補正量（キャリブレーションデータ）の演算を行う。もちろん、患者を基準として第１座標系及び第２座標系をそれぞれ個別的にキャリブレーションするようにしてもよい。
【００８５】
図１２に示す構成の動作を説明すると、ある周波数をもった発振信号が複数の検出要素２５０ａに順次供給され、各検出要素２５０ａごとに検出値が求められる。具体的には、発振信号が供給された検出要素において交流磁界が発生し、位置マーカーにおける共振回路中に誘導エネルギーが誘起されて電磁エネルギーが蓄積される。そして、共振回路を流れる共振電流によって発生する磁界によって、検出要素のコイルに誘起した誘起電圧が整流回路にて整流され、信号処理回路へ送られる。信号処理回路２６２により、各検出要素の検出値の大きさから、当該周波数を共振周波数としている位置マーカーの水平座標が特定される。この過程が周波数を切り換えつつ繰り返し実行されると、最終的に、各位置マーカーの水平座標を特定できる。つまり、患者の位置を特定でき、また患者の姿勢に関する情報を取得できる。
【００８６】
制御回路２６０は、核医学診断時における位置マーカーの座標情報と、超音波診断時における位置マーカーの座標情報とをつき合わせて、切断面の位置が走査面の位置に位置的に合致するためのキャリブレーションデータの演算を行う。そのキャリブレーションデータは切断面の座標演算に用いられるものである。例えば、キャリブレーションデータが水平方向のオフセット量を表す場合、それを補正値として用いて切断面の正確な位置が特定される。また、制御回路２６０は、核医学診断時における生体の姿勢と超音波診断時における生体の姿勢との不一致を判定してアラームを出力する機能を有する。つまり、姿勢が許容できない程度変化している場合、キャリブレーションデータの信頼性が低下してしまうおそれがあるため、そのような場合にユーザーに警告を発生させるものである。そのようなアラームを契機として、患者の姿勢を核医学診断時と同様のものに修正することを促すことができる。
【００８７】
上記で説明した構成においては、核医学診断時におけるベッド高さと超音波診断時におけるベッド高さとが同一である前提条件の下で、生体についての水平方向の座標が特定されていたが、更に垂直方向についても生体についての座標を得るようにしてもよい。
【００８８】
図１３には、キャリブレーションの方法が概念的に示されている。符号２７０は生体に基づく基準座標系を表している。すなわち、この基準座標系は生体自体によって定義されるものであり、生体が移動しても不変である。その一方において、放射線計測時における第１の座標系２７２と超音波計測時における第２の座標系２７４とが存在する。そのような第１の座標系２７２と第２の座標系２７４とが完全に一致しているのであれば切断面の特定２８４は正確となるが、それらの座標系２７２，２７４が独立して構成されている場合にはキャリブレーションが必要となる。すなわち、第２の座標系２７４上において定義される走査面の位置２８２から符号２８４で示されるように切断面を特定する場合においてその切断面をより正確に特定するためにはＣ３あるいはＣ４で示されるようなキャリブレーションを行うのが望ましい。ちなみに符号２８０は第１の座標系２７２において取得されたボリュームデータを表しており、そのボリュームデータ２８０上における切断面の特定２８４によって面データが取得される。一方、走査面に関してはその走査面上のエコーデータが取得される。
【００８９】
図１２に示したようなキャリブレーション装置を用いれば、生体を基準としてその生体と第１の座標系との間における第１の空間的な関係２７６を特定することができる。そして、そのような第１の空間的な関係２７６を用いてＣ１で示されるように第１の座標系２７２を補正するようにしてもよいし、Ｃ３で示されるように切断面の特定２８４に当たってのリファレンスデータとしてもよい。これは第２の座標系２７４についても同様であり、生体を基準として生体と第２の座標系２７４と間における第２の空間的関係２７８を特定し、それをＣ２で示されるように第２の座標系２７４の補正データとし、あるいはＣ４で示されるように切断面の特定２８４にあたって利用するようにしてもよい。
【００９０】
図１３に示すような手法によれば、患者が移動した場合などにおいてもその患者自身を基準として各座標系が定義されるため、走査面の実際の位置に完全に一致した切断面を演算して正確な面データを取得できるという利点がある。なお図４に示した画像合成処理についてはネットワーク上に存在するコンピュータなどに行わせるようにしてもよい。図２に示したデータ記憶装置３１は核医学診断装置１０内に設けるようにしてもよいし、超音波診断装置１２内に設けるようにしてもよい。いずれにしても超音波画像を表示した場合においてその超音波画像と共にあるいはその上に同一位置関係にある核医学画像が表示されるように構成するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る医療診断システムの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る医療診断システムの全体構成を示すブロック図である。
【図３】ロボットの機構を説明するための斜視図である。
【図４】表示処理内容について説明するための図である。
【図５】機能画像と形態画像とを重合させた表示を説明するための図である。
【図６】機能画像と形態画像とを並べて表示した場合を示す図である。
【図７】走査面の位置を演算するための座標系を示す図である。
【図８】ボリュームデータを示す図である。
【図９】ボリュームデータ上に設定される切断面を示す図である。
【図１０】連結機構による装置間接続を説明する図である。
【図１１】各装置を共通ベース上に設置した場合を示す図である。
【図１２】キャリブレーション装置の構成例を概念的に示す図である。
【図１３】キャリブレーション処理の内容を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０  核医学診断装置、１２  超音波診断装置、３１  データ記憶装置、３２  キャリブレーション装置、６０  表示処理部、６４  面データ取得部、９０  ロボット（プローブ位置決め機構）。
【図１】
2006025958.tif 000003
【図２】
2006025958.tif 000004
【図３】
2006025958.tif 000005
【図４】
2006025958.tif 000006
【図５】
2006025958.tif 000007
【図６】
2006025958.tif 000008
【図７】
2006025958.tif 000009
【図８】
2006025958.tif 000010
【図９】
2006025958.tif 000011
【図１０】
2006025958.tif 000012
【図１１】
2006025958.tif 000013
【図１２】
2006025958.tif 000014
【図１３】
2006025958.tif 000015