(57)【要約】【課題】被検体への針の穿刺を伴う超音波診断において、被検体の深部に存在する針先の位置を特定し、針先を組織画像に描出する超音波装置および超音波画像生成方法を提供する。【解決手段】針情報生成部は、送信波および受信波の少なくとも一方をステアして被検体に穿刺された針の針情報を生成し、探索領域設定部は、針情報に基づいて組織画像に探索領域Ｆを設定し、針先探索部は、組織画像の輝度分布を算出して探索領域Ｆ内における最高輝度点Ｂを針先とし、針先の位置情報を出力し、針先描出部は、針先の位置情報より組織画像に所定の点画像からなる針先Ｎを描出する。【選択図】図１
2015062668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波装置であって、
前記超音波探触子から送信波を送信し、前記被検体からの受信波を受信して前記被検体の組織画像を生成する組織画像生成部と、
送信波および受信波の少なくとも一方をステアして前記被検体に穿刺された針の針情報を生成する針情報生成部と、
前記針情報生成部によって生成された前記針情報に基づいて前記組織画像において針先の探索領域を設定する探索領域設定部と、
前記探索領域設定部で設定された前記探索領域において前記針先を探索する針先探索部と、
前記針先探索部で探索された前記針先に基づいて、前記組織画像上に前記針先を描出する針先描出部を有する超音波装置。
【請求項２】
前記針情報生成部によって生成された針情報に基づいて前記針の候補線を推定する針候補線推定部をさらに有し、
前記針先探索部は、前記針候補線推定部において推定された前記針の候補線および前記探索領域から前記針先を探索する請求項１に記載の超音波装置。
【請求項３】
前記針情報生成部は、送信波および受信波の少なくとも一方をステアするステア方向を切り替えてステア方向のそれぞれ異なる複数の前記針情報を生成し、
前記針候補線推定部は、ステア方向のそれぞれ異なる複数の前記針情報に基づいて前記針の候補線を推定する請求項２に記載の超音波装置。
【請求項４】
前記針候補線推定部は、ハフ変換によって前記針の候補線を推定する請求項２または３に記載の超音波装置。
【請求項５】
前記探索領域設定部は、前記針候補線推定部によって推定された前記針の候補線の両側に所定幅でそれぞれ広がる前記探索領域を設定する請求項２〜４のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項６】
前記針情報生成部において生成される前記針情報は針画像データである請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項７】
前記針先探索部は、前記探索領域において輝度値が最大となる点を前記針先として探索する請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項８】
前記針先探索部は、前記針先の針先パターンを備え、前記探索領域において前記針先パターンとの相関が最大となる点を前記針先として探索する請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項９】
前記針先描出部は、前記針先の位置に所定サイズの点画像を描出する請求項１〜８のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項１０】
前記針先描出部は、前記針先の位置から所定範囲の枠を描出する請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項１１】
前記針先描出部は、前記枠の内側または外側の前記組織画像の輝度値または色を変更する請求項１０に記載の超音波装置。
【請求項１２】
前記針先描出部は、前記枠の内側または外側の前記組織画像に、半透明のマスクを掛ける請求項１０または１１に記載の超音波装置。
【請求項１３】
前記針先の移動に伴って一連の複数の組織画像を生成する場合において、
前記針先探索部は、前記針先の移動前の組織画像と前記針先の移動後の組織画像とを比較し、前記組織画像の変化に基づいて前記針先を探索することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の超音波装置。
【請求項１４】
超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
前記超音波探触子の超音波送受信面の法線方向に送信波を送信し、前記被検体の前記法線方向からの受信波を受信して前記被検体の組織画像を生成し、
送信波および受信波の少なくとも一方をステアして前記被検体に穿刺された針の針情報を生成し、
生成された前記針情報に基づいて前記組織画像において針先の探索領域を設定し、
設定された前記探索領域において前記針先を探索し、
探索された前記針先に基づいて、前記組織画像上に前記針先を描出する超音波画像生成方法。
【請求項１５】
さらに、前記針情報に基づいて前記針の候補線を推定し、
前記針先を探索するステップでは、推定された前記針の候補線および前記探索領域から前記針先を探索する請求項１４に記載の画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波装置および超音波画像生成方法に係り、特に、超音波画像において被検体に穿刺された針の針先を描出することで、針先とターゲット組織との位置関係を可視化し、好ましくはさらに針の候補線とターゲット組織との位置関係をも可視化する超音波装置および超音波画像生成方法に関する。
なお、本発明において、「針の候補線」とは、針画像のＢモード画像上において、穿刺点から被検体内に穿刺された針の存在を示すものと推定される針の候補となる点を通る直線、即ち穿刺針の針先の存在する方向や深さや位置を示す直線を言う。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、超音波探触子を内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
被検体に穿刺された針を超音波画像において描出する場合、被検体の皮膚表面に対して所定角度傾けて穿刺された針は、図１６（Ａ）に示すように、超音波探触子の超音波送受信面に対して傾斜しているため、送受信開口からターゲット組織に向けて超音波ビームを送信した場合、針からの正反射波が受信開口から外れてしまうことがある。その場合、受信開口は、針による反射波を受信することができず、針画像を描出することができないことが知られている。また、針先においては完全な正反射でないため僅かな反射が受信開口に戻ってくるものの、受信する信号強度が低く、視認できる程度に描出することが困難である。
これに対して、図１６（Ｂ）に示すように、針に対して垂直となるように超音波ビーム傾けて針からの反射波を受信する対策が採られている。
しかし、超音波ビームを傾けることによって描出される深さが制限されるため、針を描画できても針先やターゲット組織を描画することができず、針先や針の存在方向とターゲット組織との位置関係が分からない。
【０００４】
特許文献１は、針先部分からの反射信号が、針先部分以外の反射信号と比較して高周波成分が少ないことに着目し、低周波帯域の画像と高周波帯域の画像とを撮像して差分をとり、さらに、実質部分に着目した差分を取った高周波帯域の画像と別の高周波帯域の画像に重畳することで針先部分の位置が簡便に視認できる超音波画像を生成している。
【０００５】
また、特許文献２は、超音波の送信方向を変えて複数回走査を行うことで穿刺針からの反射波を捉え、穿刺針の視認性の向上した超音波画像を生成し、送信方向を変えたこれら複数の超音波画像と通常の組織画像とに基づいて針画像を生成し、通常の組織画像と針画像とを合成することで、表示画像において生体組織および穿刺針双方の視認性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８３９３５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１３６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、針先部分からの反射信号と針先部分以外の反射信号との周波数の差異は僅かであり、針先部分以外にも孤立点状の反射や反射条件によって同様の周波数を呈することがあるため、針先のみを描出することは困難である。
また、特許文献２では、複数の方向でスキャンを行って複数の針画像を生成しているものの、針先を描出する点については記載されていない。
本発明の目的は、被検体への針の穿刺を伴う超音波診断において、被検体の深部に存在する針先の位置を特定し、針先を組織画像に描出する超音波装置および超音波画像生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波装置であって、超音波探触子の超音波送受信面の法線方向に送信波を送信し、被検体の法線方向からの受信波を受信して被検体の組織画像を生成する組織画像生成部と、送信波および受信波の少なくとも一方をステアして被検体に穿刺された針の針情報を生成する針情報生成部と、針情報生成部によって生成された針情報に基づいて組織画像において針先の探索領域を設定する探索領域設定部と、探索領域設定部で設定された探索領域において針先を探索する針先探索部と、針先探索部で探索された針先に基づいて、組織画像上に針先を描出する針先描出部を有する超音波装置を提供する。
【０００９】
ここで、針情報生成部によって生成された針情報に基づいて針の候補線を推定する針候補線推定部をさらに有し、針先探索部は、針候補線推定部において推定された針の候補線および探索領域から針先を探索することが好ましい。
【００１０】
また、針情報生成部は、送信波および受信波の少なくとも一方をステアするステア方向を切り替えてステア方向のそれぞれ異なる複数の針情報を生成し、針候補線推定部は、ステア方向のそれぞれ異なる複数の針情報に基づいて針の候補線を推定することが好ましい。
【００１１】
また、針候補線推定部は、ハフ変換（Ｈｏｕｇｈ変換）によって針の候補線を推定することができる。
【００１２】
また、探索領域設定部は、針候補線推定部によって推定された針の候補線の両側に所定幅でそれぞれ広がる探索領域を設定することが好ましい。
【００１３】
また、針情報生成部において生成される針情報は針画像データであることが好ましい。
また、針先探索部は、探索領域において輝度値が最大となる点を針先として探索することが好ましい。
【００１４】
また、針先探索部は、針先の針先パターンを備え、探索領域において針先パターンとの相関が最大となる点を針先として探索してもよい。
【００１５】
また、針先描出部は、針先の位置に所定サイズの点画像を描出することが好ましい。
【００１６】
また、針先描出部は、針先の位置から所定範囲の枠を描出することが好ましく、枠の内側または外側の組織画像の輝度値または色を変更してもよく、枠の内側または外側の組織画像に、半透明のマスクを掛けてもよい。
【００１７】
また、針先の移動に伴って一連の複数の組織画像を生成する場合において、針先探索部は、針先の移動前の組織画像と針先の移動後の組織画像とを比較し、組織画像の変化に基づいて針先を探索してもよい。
【００１８】
また、本発明は、超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、超音波探触子の超音波送受信面の法線方向に送信波を送信し、被検体の法線方向からの受信波を受信して被検体の組織画像を生成し、送信波および受信波の少なくとも一方をステアして被検体に穿刺された針の針情報を生成し、生成された針情報に基づいて組織画像において針先の探索領域を設定し、設定された探索領域において針先を探索し、探索された針先に基づいて、組織画像上に針先を描出する超音波画像生成方法を提供する。
さらに、針情報に基づいて針の候補線を推定し、針先を探索するステップでは、推定された針の候補線および探索領域から針先を探索することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、穿刺の際に、被検体の深部に存在する針先の位置を特定し、針先を組織画像に描出することで、組織画像において針先とターゲット組織との位置関係を可視化することができる。
また、本発明の好ましい態様によれば、さらに針の候補線とターゲット組織との位置関係をも可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の超音波装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】（Ａ）は、図１の超音波装置における法線方向の走査線Ｖ_ｉとステア方向の走査線Ｈ_ｉとを説明する説明図であり、（Ｂ）は、法線方向の走査線Ｖ_ｉに対応する組織画像の説明図であり、（Ｃ）は、ステア方向の走査線Ｈ_ｉに対応する針画像の説明図である。
【図４】図１の超音波装置において生成された、針画像から推定された針の候補線Ｌを描出した組織画像の一例である。
【図５】図４に示す組織画像において針の候補線Ｌに基づいて設定された探索領域Ｆを描出した組織画像の一例である。
【図６】図５に示す領域Ｗの抽出拡大画像である。
【図７】図６において点画像である針先Ｎを描出した場合の一例である。
【図８】図１の超音波装置において生成された組織画像に針先Ｎ、針先領域ＮＦ、針本体ＮＢ、および探査領域Ｆを描出した場合の一例である。
【図９】図８の組織画像において針先領域ＮＦの内側または外側の輝度値を変更した場合の一例である。
【図１０】図８の組織画像において針先領域ＮＦの内側または外側に半透明のマスクを掛けた場合の一例である。
【図１１】図１の超音波装置において法線方向に送信フォーカス処理し、針の存在方向に受信フォーカス処理した場合の説明図である。
【図１２】ステア方向の異なる複数の針画像から針の候補線を推定するための針画像を選択する場合の説明図である。
【図１３】針先パターンの一例を示す模式図である。
【図１４】針先パターンに基づいて針先を探索する場合の説明図である。
【図１５】（Ａ）は、針先の移動に伴って複数の組織画像を撮像した場合における針先の移動前に撮像された組織画像の一例であり、（Ｂ）は、針先の移動後に撮像された組織画像の一例である。
【図１６】（Ａ）は、針の穿刺された被検体において法線方向の超音波ビームによる針の正反射が受信開口から外れることを示す図であり、（Ｂ）は、針の穿刺された被検体において超音波ビームを針の存在方向にステアして送信することで針による反射に基づく超音波エコーを受信できることを示す図である。
【図１７】３次元画像データ中の穿刺針部分の検出で一例として用いるＨｏｕｇｈ変換を説明するための説明図であり、(Ａ)は、Ｈｏｕｇｈ変換前のｘｙ座標を、(Ｂ)は、Ｈｏｕｇｈ変換後のρ−θ座標を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る超音波装置および超音波画像生成方法を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波装置の全体構成を示すブロック図である。
超音波装置は、超音波探触子１を有し、この超音波探触子１に送信回路２および受信回路３が接続されている。受信回路３には、組織画像生成部４と針画像生成部５が並列に接続され、組織画像生成部４に針先描出部９が接続され、さらに、針先描出部９に表示制御部１０を介して表示部１１が接続されている。また、針画像生成部５に針候補線推定部６が接続されると共に、この針候補線推定部６に探索領域設定部７を介して針先探索部８が接続され、針先探索部８が針先描出部９に接続されている。さらに、探索領域設定部７が組織画像生成部４に接続されている。
送信回路２、受信回路３、組織画像生成部４、針画像生成部５、針先描出部９、針候補線推定部６、探索領域設定部７、針先探索部８および表示制御部１０に制御部１２が接続され、制御部１２に操作部１３と格納部１４がそれぞれ接続されている。
【００２３】
また、組織画像生成部４は、超音波探触子１から送信波である超音波ビームを送信し、被検体からの受信波である超音波エコーを受信して被検体の組織画像を生成するもので、受信回路３から順次接続される整相加算部１５Ａ、検波処理部１６Ａ、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７Ａ、および画像処理部１８Ａと、ＤＳＣ１７Ａに接続される画像メモリ１９Ａとをそれぞれ備える。
【００２４】
針画像生成部５は、超音波探触子１からの送信波および受信波の少なくとも一方をステアして被検体に穿刺された針の針情報である針画像を生成する針情報生成部であって、組織画像生成部４と同様に、受信回路３から順次接続される整相加算部１５Ｂ、検波処理部１６Ｂ、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７Ｂ、および画像処理部１８Ｂと、ＤＳＣ１７Ｂに接続される画像メモリ１９Ｂとをそれぞれ備える。
【００２５】
超音波探触子１は、１次元または２次元のアレイ状に配列された複数の素子からなり、送信回路２より供給された送信信号に基づいて超音波ビーム（送信波）を送信すると共に、被検体からの超音波エコー（受信波）を受信して受信信号を出力する。超音波探触子１を構成する素子としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状または連続波の送信信号電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００２６】
送信回路２は、例えば、複数のパルサを含んでおり、制御部１２からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて超音波探触子１の複数の素子から送信される超音波が超音波ビームを形成するように送信フォーカス処理し、それぞれの送信信号の遅延量を調節して複数の素子に供給する。また、送信回路２においてそれぞれの送信信号の遅延量を調節することで、超音波探触子１からの超音波ビームを超音波送受信面の法線方向に対して所定角度ステアすることができる。
本発明において、送信波をステアするとは、送信回路２で超音波探触子１の複数の素子の個々、またはグループの励振遅延タイミング、即ち送信信号の遅延量を変化させることによって送信超音波ビームの方向を電子的に操作することをいい、操作された送信超音波ビームの方向をステア方向という。このように送信波を所定のステア方向にステアすることにより、超音波探触子１で探触子自体を走査することなく、複数の角度での検査を行うことができるので、穿刺針の針先を探索することができる。
【００２７】
受信回路３は、超音波探触子１の複数の素子から出力されるアナログの受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換し、デジタルの受信信号として、制御部１２の指示に基づいて組織画像生成部４の整相加算部１５Ａまたは針画像生成部５の整相加算部１５Ｂ、あるいは、組織画像生成部４の整相加算部１５Ａおよび針画像生成部５の整相加算部１５Ｂの両方に出力する。
【００２８】
組織画像生成部４の整相加算部１５Ａは、制御部１２からの指示に基づいて受信回路３からのデジタルの受信信号を取得し、制御部１２からの受信遅延パターンに基づいて、各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、ターゲット組織からの超音波エコーに基づく受信データ（音線信号）が生成される。
【００２９】
検波処理部１６Ａは、受信データに対して超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００３０】
ＤＳＣ１７Ａは、検波処理部１６で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。なお、ＤＳＣ１７ＡでＢモード画像信号を変換することによって、Ｂモード画像上で実際の被検体の組織に対応した位置関係や距離を把握することができる。
【００３１】
画像処理部１８Ａは、ＤＳＣ１７Ａから入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施すことにより、組織画像のＢモード画像信号を生成する。
【００３２】
また、針画像生成部５の整相加算部１５Ｂは、制御部１２からの指示に基づいて、受信回路３からのデジタルの受信信号を取得し、制御部１２からの受信遅延パターンに基づいて、各受信信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。整相加算部１５Ｂは、それぞれの受信信号の遅延量を調節し、超音波送受信面の法線方向に対して所定角度ステアした、針からの超音波エコーに基づく受信データ（音線信号）を生成する。
本発明において、受信波をステアするとは、受信回路３で受信した超音波エコー、即ち受信信号に対し、針画像生成部５の整相加算部１５Ｂで受信フォーカス処理を行う際に、各超音波エコーの受信遅延タイミング、即ち各受信信号の遅延量を変化させることによって受信超音波エコーの方向を電子的に操作することをいい、操作された受信超音波エコーの方向をステア方向という。このように受信波をステア方向にステアすることにより、送信波をステアさせた場合であっても無くても、穿刺針の針先を探索することができる。
【００３３】
検波処理部１６Ｂは、上述との検波処理部１６Ａと同様に、受信データに対して超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施すことにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００３４】
ＤＳＣ１７Ｂは、ＤＳＣ１７Ａと同じく検波処理部１６で生成されたＢモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）する。なお、ＤＳＣ１７ＢでＢモード画像信号を変換することによって、Ｂモード画像上で実際の被検体の組織に対応した位置関係や距離を把握することができる。
【００３５】
画像処理部１８Ｂは、ＤＳＣ１７Ｂから入力されるＢモード画像信号から針画像のＢモード画像信号を生成する。
上述した例では、送信超音波ビームおよび受信超音波エコーの両方をステアさせているが、送信超音波ビームをステアさせるだけで受信超音波エコーから針画像が得られる場合には、受信超音波エコーをステアさせなくても良いし、受信超音波エコーをステアさせるだけで針画像が得られる場合には、送信超音波ビームをステアさせなくても良い。
【００３６】
針候補線推定部６は、画像処理部１８Ｂより出力された針画像のＢモード画像信号から、被検体内において穿刺された針の存在する候補となる直線を示す針の候補線を推定し、針の候補線の位置を示す針の候補線情報を生成する。
ここで、本発明においては、被検体内において穿刺された針の存在する候補となる直線を示す「針の候補線」とは、針画像のＢモード画像上において、穿刺点から被検体内に穿刺された針の存在を示すものと推定される針の候補となる点を通る直線、即ち穿刺針の針先の存在する方向や深さを示す直線を言い、例えば、穿刺点から針、又は針先が存在するものと推定される少なくとも１つの候補点又は候補線分に向かう直線であると言うこともできる。なお、針画像のＢモード画像上においては、針の候補となる候補点は必ず存在するものと考えられるので、針候補線推定部６は、その候補点から、針先の存在する方向を示す針方向を推定するものであると言うことができ、候補点から推定された針方向に延びる直線を針の候補線として推定することができる。
【００３７】
探索領域設定部７は、針候補線推定部６から針の候補線情報を取得し、組織画像生成部４の画像処理部１８Ａから組織画像のＢモード画像信号を取得して、組織画像上に針の候補線情報に基づく針の候補線を描出し、組織画像上の針の候補線に基づいて針先を探索するための探索領域を設定する。例えば、本発明では、針の候補線の両側に所定幅でそれぞれ広がる領域を探索領域としてもよい。
【００３８】
針先探索部８は、針の候補線および探索領域が設定された組織画像において、探索領域設定部７で設定された探索領域内で針先を探索し、針先の位置情報を生成する。
【００３９】
針先描出部９は、針先探索部８からの針先の位置情報を取得し、組織画像生成部４の画像処理部１８Ａから組織画像のＢモード画像信号を取得して、組織画像上に針先を描出する。
なお、針先描出部９は、組織画像に針先を描出するだけでなく、例えば、針の候補線情報に基づいて針先から針の根元まで針の候補線を描出してもよく、探索領域の情報に基づいて探索領域を描出してもよい。
【００４０】
表示制御部１０は、針先描出部９において針先の描出された組織画像のＢモード画像信号を取得し、表示部１１に針先の描出された組織画像を表示させる。
表示部１１は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含み、表示制御部１０の制御の下で超音波画像である組織画像を表示する。
【００４１】
制御部１２は、操作者により操作部から入力された指示に基づいて各部の制御を行う。また、制御部１２は、上述のとおり、送信回路２に対する送信遅延パターンの選択、出力や、受信回路３に対する受信遅延パターンの選択、出力を行うと共に、組織画像生成部４の整相加算部１５Ａや検波処理部１６Ａ、針画像生成部５の整相加算部１５Ｂや検波処理部１６Ｂへ、受信遅延パターンや送信遅延パターンに基づく整相加算や減衰の補正を、包絡線検波処理に関する指示を出す。
操作部１３は、操作者が入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等から形成することができる。
【００４２】
また、格納部１４は、操作部１３から入力された各種の情報、上述の送信遅延パターンや受信遅延パターンに基づく情報、被検体の検査対象領域の音速、超音波ビームの焦点位置、超音波探触子１の送信開口および受信開口等に関する情報、各部の制御に必要な動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を用いることができる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る超音波装置において、ユーザの観察対象であるターゲット組織が明瞭に撮像され、穿刺された針の針先が描出された超音波画像を生成するための動作を説明する。
図２は、一実施形態の動作を示すフローチャートである。
【００４４】
まず、ステップＳ１で、図３（Ａ）に示す超音波探触子１の超音波送受信面Ｓに対して法線方向の走査線Ｖ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と、超音波送受信面Ｓの法線方向に対して針の存在方向に向けて所定角度θステアしたステア方向の走査線Ｈ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）とにおいて、ｉ＝１とする。ここで、ｉは超音波探触子１の走査線の並び順であり、超音波探触子１は、それぞれの走査線に対応する受信信号を取得する。
なお、本発明において対象とする針は、図３（Ａ）に示すように、被検体内に穿刺される穿刺針等の直線状の針状物体である。したがって、本発明は、曲線形状の針を対象とするものではない。
【００４５】
次に、ステップＳ２で、法線方向の走査線Ｖ_１に対応して、超音波探触子１において、ターゲット組織Ｔに向けて超音波送受信面Ｓの法線方向に超音波ビームを送信し、超音波送受信面Ｓの法線方向からの超音波エコーを受信して、法線方向の走査線Ｖ_１に対応した受信信号を取得し、組織画像生成部４において、図３（Ｂ）に示すような法線方向走査線Ｖ_１に対応する組織画像を生成して画像メモリ１９Ａに格納する。
【００４６】
続くステップＳ３において、ステア方向の走査線Ｈ_１に対応して、超音波探触子１において、針の存在方向に向けて超音波送受信面Ｓの法線方向に対して所定角度θステアさせたステア方向に対して超音波ビームを送信し、ステア方向から超音波エコーを受信して、ステア方向の走査線Ｈ_１に対応した受信信号を取得し、針画像生成部５において、図３（Ｃ）に示すようなステア方向走査線Ｈ_１に対応する針画像を生成して画像メモリ１９Ｂに格納する。なお、所定角度θはあらかじめ設定された固定値でもよいし、探触子の法線方向と穿刺角度がなす角度を求める器具（図示しない）から取得してもよいし、あらかじめ複数方向に送受信を行って強い信号が帰ってきた方向を所定角度としてもよい。
【００４７】
このようにして、第１番目の法線方向走査線Ｖ_１に対応する組織画像のＢモード画像信号および第１番目のステア方向走査線Ｈ_１に対応する針画像のＢモード画像信号が、それぞれ画像メモリ１９Ａおよび１９Ｂに格納されると、ステップＳ４で、ｉ＝ｎか否か、つまり、超音波探触子１の全ての走査線において組織画像および針画像のＢモード画像信号を生成したか否かを判定する。
このとき、ｉの値がまだ１であるので、ステップＳ５に進み、ｉを１増やして、つまり第２番目の走査線に移動して、ステップＳ２〜ステップＳ４を再度繰り返して対応する組織画像および針画像のＢモード画像信号を生成する。同様にして、ｉ＝ｎになるまで、ｉの値を順次１だけ増加させてステップＳ２〜Ｓ３が繰り返される。
このようにして、ｎ本の全ての走査線Ｖ_１〜Ｖ_ｎに対する組織画像のＢモード画像信号および全ての走査線Ｈ_１〜Ｈ_ｎに対する針画像のＢモード画像信号を生成すると、ステップＳ４からステップＳ６に移行する。
【００４８】
ステップＳ６では、針候補線推定部６は、画像メモリ１９Ｂに格納された針画像をスキャンコンバートして画像処理を施したＢモード画像信号に基づいて針の候補線Ｌを推定する。針の候補線の推定は、例えば、針画像の全体または針が含まれると想定される所定領域の輝度分布を算出し、Ｈｏｕｇｈ変換（ハフ変換）などにより針画像全体または所定領域において直線を検出して針の候補線とし、その針の候補線の位置情報を針の候補線情報とすることで行われる。Ｈｏｕｇｈ変換により直線検出する場合、各画素をθρ座標系における曲線に変換して重ねる際に輝度値を重み係数として乗じてもよい。この方法により針のような高輝度な直線が検出され易くなる。針候補線推定部６において推定された針の候補線Ｌの針の候補線情報は、探索領域設定部７に出力される。
【００４９】
なお、本発明に用いられるＨｏｕｇｈ変換（ハフ変換）としては、特開２００７−２２６号公報に記載されているものを挙げることができる。
先ず、同公報に記載されているように、簡単のために２次元空間でのＨｏｕｇｈ変換を説明する。
図１７（Ａ）に示すように、直交座標上に直線が存在するものとする。その直線に対し原点から垂線を下ろす。垂線と直線との交点の座標を（ｘｊ，ｙｊ）、原点から交点までの距離をρ、垂線とＸ軸のとのなす角度をθとすれば、下記式（１）によってこの直線を表現することができる。
ρ＝ｘｊｃｏｓθ＋ｙｊｓｉｎθ                            …（１）
なお、ρとθを変更すると（ｘｊ，ｙｊ）を通る別の直線が定義できることになる。Ｈｏｕｇｈ変換とは、直交座標の点を距離−角度空間（ρ−θ空間）に変換することであり、直交座標上の１点は、ρ−θ空間では１本の曲線となる（図１７（Ｂ）参照）。また、直線上の複数の点をＨｏｕｇｈ変換するとρ−θ空間で曲線は１点で交わる。そして、この交点の（ρ，θ）座標を前述の直線の式に代入することによって直線の式を求めることができる。
【００５０】
具体的には、ラベル付けされた全ての領域の全てのボクセルについて、θの値を少しずつ変更しながらρを計算し、距離−角度空間（ρ−θ空間）の（ρ，θ）座標に１を加えるという処理を行う。距離−角度空間（ρ−θ空間）全ての（ρ，θ）座標の初期値は０（ゼロ）にしておく。
距離−角度空間（ρ−θ空間）の全ての（ρ，θ）座標の値のうちで最大値を有する（ρ，θ）座標を選択する。これは、ラベル付けされた領域のうちで最も直線らしい領域に対応するのがこの（ρ，θ）座標であるとみなせるからである。そして、この選択された（ρ，θ）を上記式（１）に代入することにより、直線らしい領域を表す直線の式が得られる。
【００５１】
但し、この段階ではラベル付けされた領域のどれがこの直線に対応するのか特定されていない。そこで、ラベル付けされた各領域について、領域内のボクセルから直線までの距離の二乗和を計算し、ボクセルの個数で除算して平均値を求める。直線に対応する領域の場合には、領域内のボクセルは直線近くに分布しているから平均値は小さな値となるので、各領域について得られた平均値のうち、最小の値の領域を穿刺針領域として選択する。
そして、選択された穿刺針領域内の各ボクセルの座標と穿刺針位置データとして得られた直線の式とを穿刺針ずれ量算出手段２３に送出する。
【００５２】
また、Ｈｏｕｇｈ変換について簡単のため２次元空間を例に説明したが、３次元空間の場合には、垂線と直線との交点の座標を（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）、原点から交点までの距離をρ、垂線とｘｙ平面のなす角度をΦ、垂線をｘｙ平面に投影した線分とｘ軸とのなす角度をθとすれば、下記式（２）で直線を表現できるので、（ｘ，ｙ，ｚ）空間の座標を変換して（ρ，Φ，θ）空間にマッピングすればよい。
ρ＝（ｘｊｃｏｓθ＋ｙｊｓｉｎθ）ｃｏｓΦ＋ｚｊｓｉｎΦ    …（２）
【００５３】
ステップＳ７では、図４に示すように探索領域設定部７は、画像メモリ１９Ｂに格納された組織画像をスキャンコンバートして画像処理を施したＢモード画像信号に、針候補線推定部６から出力された針の候補線情報に基づいて針の候補線Ｌの信号を重ね合わせ、図５に示すように組織画像の針の候補線Ｌからその両側に所定幅ｒで広がる探索領域Ｆを設定する。針の候補線Ｌおよび探索領域Ｆが設定された組織画像のＢモード画像信号は、針先探索部８へ出力される。なお、所定幅ｒは、例えば、生体に穿刺された針の幅に基づいて、針の幅の３〜５倍等と設定されてもよい。
【００５４】
ステップＳ８では、針先探索部８において組織画像の輝度分布を算出し、図５の領域Ｗを拡大抽出した図６に示すように、探索領域Ｆ内において最高輝度点Ｂを針先とする。または、針先探索部８は、針先の画像等の針先パターンを予め備え、探索領域Ｆ内の組織画像において針先パターンとの相関を取り、相関が最大となる点を針先としてもよい。針先探索部８で探索された針先の位置情報は、針先描出部９へ出力される。なお、針先探索部８は、針先の位置情報と共に針の候補線情報や探索領域の情報を出力してもよい。
【００５５】
ステップＳ９では、図７に示すように、針先描出部９において、針先探索部８において探索された針先の位置情報より組織画像に所定サイズの点画像からなる針先Ｎを描出する。針先の描出された組織画像のＢモード画像信号は、表示制御部１０に出力され、表示部１１で針先の描出された組織画像として表示される。
組織画像に針先Ｎを描出することで、組織画像において針先とターゲット組織との位置関係を明確に把握することができる。
【００５６】
なお、針先描出部９は、組織画像において針先Ｎを描出するだけでなく、組織画像において針先が明瞭となるような各種の表示方法を採用することができる。例えば、図８に示すように、針先の位置から所定半径広がった針先領域ＮＦを示す円形の枠を表示してもよく、上述の探索領域の情報に基づいて探索領域Ｆを表示してもよく、針の候補線Ｌに基づいて、針先Ｎから針の候補線Ｌを描出した、または、針先Ｎと針の候補線Ｌの根元部分、例えば穿刺点とを直線で繋いだ、針本体ＮＢを描出してもよい。
また、針先描出部８は、図９に示すように、円形の枠で囲まれた針先領域ＮＦの内側または外側の組織画像の輝度値や色を変更してもよく、また、図１０に示すように、円形の枠で囲まれた針先領域ＮＦの内側または外側の組織画像に半透明のマスクを掛けてもよい。
また、上述の円形の枠の代わりに、例えば、針先の位置を中心とする矩形の枠や菱形の枠など、所定の形状の枠を表示してもよい。
【００５７】
上述のとおり組織画像において針先を描出し、針先を強調することで、組織画像において針先を容易に視認することができ、針の候補線とターゲット組織との位置関係および針先とターゲット組織等との位置関係を明確に把握することができる。
【００５８】
変形例１
上述の一実施形態に係る超音波装置では、針画像を生成する際に、超音波ビームを針の存在方向に向けて所定角度ステアして送信フォーカス処理し、また、超音波エコーを針の存在方向に向けて所定角度θステアして受信フォーカス処理することで針画像を生成していたが、例えば、図１１に示すように、超音波受信面の法線方向における所定の焦点に向けて超音波を送信フォーカス処理し、ターゲット組織からの超音波エコーを超音波送受信面の法線方向に受信フォーカス処理して組織画像を生成すると共に、針からの超音波エコーに対して、点線矢印で示すＲ方向に受信フォーカス処理することで針画像を生成することもできる。
変形例１の受信フォーカス処理によれば、上述の一実施形態の効果に加えて、１度の超音波の送信によって、組織画像と針画像とを同時に生成することができ、表示画像のリフレッシュレートを改善することができる。
【００５９】
変形例２
また、上述の一実施形態に係る超音波装置では、１枚の針画像に基づいて針の候補線を推定していたが、例えば、超音波ビームの送信方向である送信フォーカス処理の方向および超音波エコーの受信フォーカス処理の方向の少なくとも一方をステアするステア方向を切り替えて、ステア方向のそれぞれ異なる複数の針画像を生成し、複数の針画像のうち、最も鮮明な針画像を選択して、選択された最も鮮明な針画像に基づいて上述の針の候補線を推定してもよい。
針候補線推定部６は、針画像生成部５からステア方向の異なる複数の針画像を取得し、図１２に示すように、最も針描出のよい針画像を選択する。最も針描出のよい針画像の選択は、針画像ごとに全体または針が含まれると想定される所定領域の輝度分布を算出し、例えば、最も高輝度値の点を含む針画像を選択してもよく、平均輝度値が最大となる針画像を選択してもよい。上述のように、最も針描出のよい針画像を選択することで、針の候補線を推定することができる。つまり、最も針描出のよいステア方向に垂直な方向が針の候補線が存在する方向であると推定できる。
【００６０】
また、例えば、ステア方向の異なる複数の針画像において、針画像の全体または針が含まれると想定される所定領域の輝度分布を算出し、Ｈｏｕｇｈ変換などにより直線を検出し、その直線の平均輝度値が最大となる針画像を選択してもよく、その直線上の最高輝度値の点が他の針画像における直線上の最高輝度値の点と比較して最も高くなる針画像を選択してもよい。
針が含まれると想定される所定領域は、例えば、穿刺のおおよその角度から想定される。
針候補線推定部６は、選択した針画像に基づいて針の候補線を推定する。または、針候補線推定部６はステア方向の異なる複数の針画像の全てを使用して、針画像の全体または針が含まれると想定される所定領域の輝度分布を算出し、Ｈｏｕｇｈ変換などにより全ての針画像の全体または所定領域の輝度分布に基づいて直線を検出して検出された直線を針の候補線としてもよい。
【００６１】
変形例３
上述の一実施形態に係る超音波装置では、図６および図７に示すように、針先探索部８は、探索領域Ｆにおける最高輝度点Ｂを針先としていたが、針先探索部８は、針先パターンを予め備え、針先パターンに基づいて針先を探索してもよい。針先パターンとしては、例えば、図１３に示すように、針先と針の切断面の端部とを結んだ所定長さｄからなる線分であって、その線分の両端部に高輝度点があるような画像である。
針の先端や針の切断面の端部等の反射角度が変わる部分は、組織画像において高輝度となり易い。そのため、例えば、針先探索部８は、上述の針先パターンを備え、図１４に示すように、探索領域Ｆ内において針先パターンと最も相関が高いと考えられる高輝度点Ｂ１と高輝度点Ｂ２とを探索し、高輝度点Ｂ１と高輝度点Ｂ２とにおいて、被検体の深部にある高輝度点Ｂ１を針先としてもよい。
【００６２】
変形例４
また、上述の一実施形態に係る超音波装置において、被検体内を針が移動する際に、少なくとも移動の前後において複数の組織画像を撮像する場合、または針の移動に伴って、動画として複数フレームの組織画像を撮像する場合、針先探索部８は、移動前の組織画像と移動後の組織画像とを比較することで針先を探索してもよい。
針先探索部８は、例えば、移動前の組織画像と移動後の組織画像とにおいて、それぞれの組織画像の輝度分布を算出し、輝度値の変化に基づいて針先を探索してもよい。移動前の組織画像である図１５（Ａ）と移動後の組織画像である図１５（Ｂ）とを比較して、図１５（Ｂ）の輝度値が急に大きくなった点Ｐ２を針先としてもよく、輝度値が急に小さくなった点Ｐ１の先を針先としてもよく、また、輝度値が急に大きくなった点Ｐ２と輝度値が急に小さくなった点Ｐ１とが隣り合うことに基づいて点Ｐ２を針先としてもよい。輝度値が急に大きくなった点Ｐ２と輝度値が急に小さくなった点Ｐ１を含む輝度変化の針先パターン画像を予め備え、移動前の組織画像と移動後の組織画像の輝度変化の画像において探索領域Ｆ内において針先パターンと最も相関が高いと考えられる点を探索し、針先としてもよい。
【００６３】
なお、針先探索部８は、上述の輝度値の変化だけでなく、例えば、移動前の組織画像と移動後の組織画像とを比較し、２次元相関演算等により針先を含む所定領域内の各点において、画像間での移動量、移動方向を求めて、移動量の大きい点、または移動量や移動方向の空間変化の大きい点を針先としてもよい。
また、例えば、移動前の組織画像と移動後の組織画像とを比較し、２次元相関演算等により針先を含む所定領域内の各点付近の画像パターンの移動前後での変化を求めて、画像パターン変化の大きい点、または画像パターン変化の空間変化の大きい点を針先としてもよい。
【００６４】
変形例５
また、上述の一実施形態に係る超音波装置は、針画像生成部５において針画像を生成し、針候補線推定部６において針画像に基づいて針の候補線を推定しているが、針画像を生成しなくとも針の候補線を推定することができる。例えば、超音波探触子１の各素子からの受信信号に基づいて針の候補線を推定してもよく、また、整相加算後の受信データ（音線信号）に基づいて針の候補線を推定してもよい。
【００６５】
変形例２から変形例５においても、上述の一実施形態と同様に組織画像において針先を描出することができ、組織画像において針先を容易に視認することができ、針の候補線とターゲット組織との位置関係および針先とターゲット組織等との位置関係を明確に把握することができる。
【００６６】
上述した種々の例では、いずれも、被検体内に刺入された穿刺針の針先を描出しているが、本発明において先端を描出するものは、上述のような穿刺針に限定されず、被検体内に挿入される直線状の針状物体等であればいかなるものであっても良いことは、上述した通りであり、また、被検体内に挿入されるものであれば、直線状のデバイスであっても良い。なお、本発明において対象とされる直線状のデバイスとしては、例えば、内部にラジオ波焼灼術（ＲＦＡ：radiofrequency ablation）に用いられる電極を収容するラジオ波焼灼用針、血管内に挿入されるカテーテル、血管内に挿入されるカテーテルのガイドワイヤ、および、レーザ治療用の光ファイバなどの直線状体を挙げることができる。
【００６７】
すなわち、本発明の超音波装置は、超音波探触子から被検体に向けて超音波を送信し、得られた受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波装置であって、超音波探触子から送信波を送信し、被検体からの受信波を受信して被検体の組織画像を生成する組織画像生成部と、送信波および受信波の少なくとも一方をステアして被検体に挿入された直線状体の直線状体情報を生成する直線状体情報生成部と、直線状体情報生成部によって生成された直線状体情報に基づいて組織画像において直線状体の先端の探索領域を設定する探索領域設定部と、探索領域設定部で設定された探索領域において直線状体の先端を探索する先端探索部と、先端探索部で探索された先端に基づいて、組織画像上に直線状体の先端を描出する先端描出部を有するものであっても良い。
【００６８】
以上、本発明の超音波装置および超音波画像生成方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１  超音波探触子、  ２  送信回路、  ３  受信回路、  ４  組織画像生成部、  ５  針画像生成部、  ６  針候補線推定部、  ７  探索領域設定部、  ８  針先探索部、  ９  針先描出部、  １０  表示制御部、  １１  表示部、  １２  制御部、  １３  操作部、  １４  格納部、  １５Ａ、１５Ｂ  整相加算部、  １６Ａ、１６Ｂ  検波処理部、  １７Ａ、１７Ｂ  ＤＳＣ、  １８Ａ、１８Ｂ  画像処理部、  １９Ａ、１９Ｂ  画像メモリ、Ｖ_ｉ  法線方向走査線、  Ｈ_ｉ  ステア方向走査線、  Ｌ  針の候補線、  ｒ  所定幅、  Ｆ  探索領域、  Ｗ  領域、  Ｂ  最高輝度点、  Ｎ  針先、  ＮＦ  針先領域、  ＮＢ  針本体、  ｄ  所定長さ、  Ｂ１、Ｂ２  高輝度点、  θ  ステア角度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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