(57)【要約】【課題】被検体の体内に挿入されたカテーテル等の先端部位置情報を超音波画像データに重畳して表示する際、生体組織の超音波減衰や音速の不均一性等に影響されることなく正確な先端部位置座標の検出及び先端部位置情報の表示を可能とする超音波診断装置を提供することである。【解決手段】超音波診断装置１００は、複数の超音波振動子、カテーテル信号検出手段１０、１１および位置検出手段１２を有する。複数の超音波振動子は、被検体に対して超音波を送受信するために２次元配列される。カテーテル信号検出手段１０、１１は、被検体に挿入されたカテーテル９１から発せられ、周波数変調された超音波連続波の受信信号を複数の超音波振動子の少なくとも３つからの受信信号から取得する。位置検出手段１２は、周波数変調された超音波連続波の受信信号に基づいてカテーテル９１の位置を検出する。【選択図】  図１
2008136855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して超音波を送受信するための２次元配列された複数の超音波振動子と、
前記被検体に挿入されたカテーテルから発せられ、周波数変調された超音波連続波の受信信号を前記複数の超音波振動子の少なくとも３つからの受信信号から取得するカテーテル信号検出手段と、
取得された前記周波数変調された超音波連続波の受信信号に基づいて前記カテーテルの位置を検出する位置検出手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記位置検出手段は、前記周波数変調された超音波連続波の受信信号のビート周波数を計測し、得られた前記ビート周波数に基づいて前記カテーテルの位置を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記周波数変調された超音波連続波の周波数帯域と異なる周波数帯域のパルス超音波を前記複数の超音波振動子を介して送受信する送受信手段と、
前記送受信手段によって得られた受信信号のうち、前記周波数変調された超音波連続波に起因する成分と、前記パルス超音波に起因する成分とを分別する信号分別手段と、
前記信号分別手段によって得られた前記パルス超音波に起因する成分を用いて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、をさらに備え、
前記カテーテル信号検出手段は、前記信号分別手段によって得られた前記周波数変調された超音波連続波に起因する成分を前記超音波連続波の受信信号として取得するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記超音波連続波の受信信号を取得するための前記少なくとも３つの超音波振動子を前記複数の超音波振動子から選択する振動素子群選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記超音波連続波の受信信号を取得するための少なくとも３つの超音波振動子でそれぞれ構成される複数の振動素子群を前記複数の超音波振動子から選択する振動素子群選択手段をさらに備え、
前記位置検出手段は、前記周波数変調された超音波連続波の受信信号のビート周波数を計測し、得られた前記ビート周波数に基づいて前記複数の振動素子群それぞれの３つの超音波振動子と前記カテーテルとの各距離を算出し、算出された前記各距離に基づいてそれぞれ前記複数の振動素子群ごとに得られるカテーテルの位置を平均処理するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記超音波連続波の受信信号を取得するための少なくとも３つの離散的な超音波振動子を前記複数の超音波振動子から選択する振動素子群選択手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記送受信手段は、前記周波数変調された超音波連続波の中心周波数よりも高い中心周波数で前記パルス超音波を送受信するように構成されることを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記送受信手段は、前記周波数変調された超音波連続波の中心周波数が前記パルス超音波の信号帯域外となるように前記パルス超音波を送受信するように構成されることを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記カテーテル信号検出手段は、少なくとも３つの超音波振動子でそれぞれ構成される複数の振動素子群からの受信信号から前記周波数変調された超音波連続波の受信信号を取得するように構成され、
前記位置検出手段は、前記周波数変調された超音波連続波の受信信号のビート周波数を計測するビート周波数計測手段と、
前記ビート周波数計測手段によって計測された前記ビート周波数に基づいて前記複数の振動素子群のそれぞれの３つの超音波振動子と前記カテーテルとの各距離を算出する距離算出手段と、
前記各距離に基づいて前記複数の振動素子群ごとに前記カテーテルの位置を算出する第１の位置算出手段と、
前記複数の振動素子群ごとの前記カテーテルの位置を平均処理することによって前記複数の超音波振動子を備える超音波プローブに対する前記カテーテルの相対的な位置を算出する第２の位置算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
前記位置検出手段は、前記周波数変調された超音波連続波の受信信号のビート周波数をゼロクロスカウントによって計測し、得られた前記ビート周波数に基づいて前記カテーテルの位置を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１１】
前記カテーテル信号検出手段は、前記カテーテルに設けられた複数の超音波振動子から発せられ、周波数変調された複数の超音波連続波の受信信号を取得するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項１２】
前記カテーテル信号検出手段は、前記カテーテルに設けられた複数の超音波振動子から発せられ、周波数変調された複数の超音波連続波の受信信号を取得するように構成され、
前記位置検出手段は、前記周波数変調された複数の超音波連続波の受信信号に基づいて前記カテーテルの位置を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に被検体の体内に挿入されたカテーテルや細径超音波プローブ等における先端部位置座標の検出を可能とする超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、複数の振動素子が配列された超音波プローブを用いて患者体内の複数方向に対し超音波送受信を行ない、このとき得られた反射波に基づいて生成した超音波画像データをモニタ上に表示するものであり、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で体内の２次元画像や３次元画像をリアルタイムで観測することができるため各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
【０００３】
又、リアルタイム表示される超音波画像データの観測下にて血管内や消化管内に挿入されたカテーテルや細径超音波プローブ、あるいは、生体組織内に挿入された穿刺針等（以下では、これらを総称してカテーテルと呼ぶ。）の先端部位置を確認しながら、transcatheter arterial embolization (TAE) （経カテーテル動脈塞栓術）、percutanous transluminal coronary angioplasty (PTCA) （経皮的冠動脈拡張術）、percutanous transluminal coronary recanalization (PTCR) （経皮的冠動脈内血栓溶解術）、更には、radio frequency ablation (RFA) （ラジオ波焼灼療法）等の治療や各種診断を行なうことにより検査や治療における精度と安全性を飛躍的に向上させることが可能となり、しかも超音波画像データによる方法は、同様の目的で従来から行なわれてきたＸ線画像データを用いる方法と比較しＸ線被曝の問題が無い等の利点を有している。
【０００４】
しかしながら、被検体の体表面に配置された超音波プローブを用いて生体組織の情報とカテーテル先端部の情報を同時に収集する場合、超音波プローブの振動素子から放射された超音波は滑らかなカテーテル表面において正反射（鏡面反射）するためカテーテルの先端部を超音波画像データ上で常時観察することは困難であった。
【０００５】
具体的には、一般的なカテーテルの直径は2mm〜3mm程度であり、超音波画像上である程度視認できるものの十分な精度では視認できない。さらに、カテーテルにRFA用にRITA (radio frequency interstitial tissue ablation)針が取り付けられる場合には、RITA針の直径が1mm以下であることから超音波画像上では全く視認できない。
【０００６】
このような問題点を解決するために、カテーテル先端部に超音波を受信するための微小な振動素子を装着し、被検体体表面に配置された超音波プローブの振動素子から放射される超音波をカテーテル先端部の振動素子を用いて受信することによりその先端位置を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
更に、カテーテル先端部に装着された振動素子から放射される超音波を被検体体表面に配置された超音波プローブにおける離散的な３つの振動素子の各々によって受信し、得られた３つの受信信号の遅延時間に基づいてカテーテルの先端位置を検出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法によれば、超音波プローブによって収集された血管等の３次元画像データとカテーテル先端部の位置情報との重畳表示や、カテーテル先端部を視点とした内視鏡的な画像データ（所謂、フライスルー画像データ）の表示が可能となる。
【特許文献１】特開平４−１２９５４３号公報
【特許文献２】特開２００２−３１５７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１あるいは特許文献２に記載された方法によれば、カテーテルの材質や形状、更には、超音波プローブの振動素子から放射される超音波の入射角度等に依存することなくカテーテルの先端部を検出することができる。
【０００９】
しかしながらこれらの方法では、カテーテル先端部に装着された振動素子あるいは体表面に配置された超音波プローブの振動素子から放射された広帯域の超音波パルスを前記超音波プローブの振動素子あるいは前記カテーテル先端部に装着された振動素子によって受信し、得られた超音波パルスの到達時間（遅延時間）を計測することによりカテーテル先端部の位置を検出している。従って、超音波プローブとカテーテルとの間に介在する生体組織において無視できない超音波減衰が発生した場合、超音波プローブの振動素子あるいはカテーテル先端部の振動素子における超音波パルスの受信感度が劣化するのみならず、広帯域の周波数スペクトラムを有する前記超音波パルスは、その高周波成分ほど大きな減衰を受けることにより波形が著しく変形するため超音波パルスの到達時刻を正確に計測することが困難となる。
【００１０】
更に、上述の特許文献１あるいは特許文献２に記載された方法によれば、生体組織における超音波の音速が不均一な場合、超音波パルスの到達時刻は超音波プローブにおける振動素子の位置や生体組織に依存するため、上述の到達時刻が精度よく計測される場合においてもカテーテル先端部の位置を正確に検出することが困難になるという問題点を有している。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体の体内に挿入されたカテーテル等の先端部位置情報を超音波画像データに重畳して表示する際、生体組織の超音波減衰や音速の不均一性等に影響されることなく正確な先端部位置座標の検出及び先端部位置情報の表示を可能とする超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波診断装置は、請求項１に記載したように、被検体に対して超音波を送受信するための２次元配列された複数の超音波振動子と、前記被検体に挿入されたカテーテルから発せられ、周波数変調された超音波連続波の受信信号を前記複数の超音波振動子の少なくとも３つからの受信信号から取得するカテーテル信号検出手段と、取得された前記周波数変調された超音波連続波の受信信号に基づいて前記カテーテルの位置を検出する位置検出手段とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る超音波診断装置によれば、体内に挿入されたカテーテル等の先端部位置情報を超音波画像データに重畳して表示する際、生体組織の超音波減衰や音速の不均一性等に影響されることなく正確な先端部位置座標の検出と先端部位置情報の表示が可能となる。このため、カテーテル等を用いた診断／治療における精度や安全性が飛躍的に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１５】
以下に述べる本発明の実施例では、先ず、第１の周波数ｆ１を中心として所定周期Ｔｍで線形周波数変調（チャープ変調）された連続波（以下では、ＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)と呼ぶ。）を発生し、被検体の体内に挿入されたカテーテルの先端部に装着されている微小な振動素子を前記ＦＭＣＷに基づいて生成したＦＭＣＷ駆動信号によって駆動し第１の超音波を放射する。次いで、前記被検体の体表面に配置された超音波プローブにおいて２次元配列されている振動素子の中から選択された複数の振動素子によってカテーテル先端部の振動素子から放射された第１の超音波を受信し、この受信信号と上述のＦＭＣＷとの乗算処理によって差の周波数（ビート周波数）を検出する。そして、カテーテル先端部の振動素子と超音波プローブにおける複数振動素子の各々との距離を前記ビート周波数に基づいて算出し、更に、これらの距離に基づいて超音波プローブに対するカテーテル先端部の相対的な位置座標を検出する。
【００１６】
一方、超音波プローブにて２次元配列された振動素子を用いてカテーテル先端部が位置する当該被検体の３次元領域に対して第２の周波数ｆ２を中心周波数とする超音波パルス（第２の超音波）を送受信し、このとき得られたボリュームデータに基づいて３次元画像データを生成する。そして、得られた３次元画像データにカテーテル先端部の位置情報を重畳して表示部に表示する。
【００１７】
尚、以下に述べる本発明の実施例では、３次元画像データとしてＢモードデータに基づくボリュームレンダリング画像データを生成する場合について述べるが、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づくボリュームレンダリング画像データであってもよく、又、ボリュームレンダリング画像データの替わりにサーフェースレンダリング画像データ等の他の３次元画像データであっても構わない。
【００１８】
（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図７を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、この超音波診断装置が備える送受信部及びボリュームデータ生成部のブロック図である。又、図４は、前記超音波診断装置が備えるビート周波数計測部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示した本実施例における超音波診断装置１００は、カテーテル９１が挿入された被検体の体内における３次元領域に対し超音波パルス（第２の超音波）を送信すると共に、生体組織にて反射した前記第２の超音波とカテーテル９１の先端部に装着された後述の振動素子９が放射する第１の超音波を受信して電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子を備えた超音波プローブ３と、前記被検体の所定方向に対して第２の超音波を放射するための駆動信号を超音波プローブ３における複数の振動素子に供給し、これらの振動素子により前記所定方向から受信された第２の超音波に基づく複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理してＢモードデータを生成し、更に、超音波の送受信方向を順次更新しながら得られる前記Ｂモードデータを送受信方向に対応させて保存しボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部４と、このボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する画像データ生成部５を備えている。
【００２０】
又、超音波診断装置１００は、所定周期で線形周波数変調されたＦＭＣＷを発生するＦＭＣＷ発生部７と、ＦＭＣＷを所定の振幅に増幅して駆動信号（ＦＭＣＷ駆動信号）を生成し、カテーテル９１の先端部に装着された振動素子９を駆動するＦＭＣＷ駆動部８と、被検体の体内に挿入されたカテーテル９１の先端部に装着されＦＭＣＷ駆動信号の駆動により第１の超音波を略無指向性に放射する振動素子９を備え、更に、振動素子９の位置座標を検出するために、超音波プローブ３における複数の振動素子の中から３つの振動素子を１つの振動素子群とした複数の振動素子群を選択する振動素子群選択部１０と、選択された各振動素子群における３つの振動素子の各々によって得られた第１の超音波に基づく受信信号とＦＭＣＷ発生部７が発生したＦＭＣＷとを乗算処理してビート周波数を計測するビート周波数計測部１１と、このビート周波数に基づき各振動素子群における３つの振動素子の各々とカテーテル先端部における振動素子９との距離を算出して振動素子群の各々に対するカテーテル先端部の位置座標を検出し、更に、これらの位置座標を平均処理することにより超音波プローブ３に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標を検出する位置検出部１２と、画像データ生成部５が生成した３次元画像データに前記位置座標に基づくカテーテル先端部の位置情報（マーカ）を重畳して表示する表示部１３と、被検体情報の入力や３次元画像データ生成条件の設定等を行なう入力部１４と、超音波診断装置１００における上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１５を備えている。
【００２１】
超音波プローブ３は、２次元配列されたＮ個の図示しない振動素子を有する先端部を被検体の体表面に接触させて体内の３次元領域に対し中心周波数ｆ２の超音波パルス（第２の超音波）の送受信を行ない、更に、カテーテル９１の先端部に装着された振動素子９から放射される中心周波数ｆ１のＦＭＣＷ超音波（第１の超音波）の受信を行なう。前記Ｎ個の振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には受信超音波を電気的な受信信号に変換する機能を有している。そして、Ｎ個の振動素子の各々は、図示しないＮチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２に接続されている。尚、超音波プローブ３には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、本実施例ではセクタ走査用の超音波プローブを用いた場合について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブであっても構わない。
【００２２】
次に、図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３におけるＮ個の振動素子に対し第２の超音波を放射するための駆動信号を供給する送信部２１と、生体組織で反射し前記振動素子によって受信された第２の超音波に基づくＮチャンネルの受信信号を整相加算する受信部２２を備えている。
【００２３】
送信部２１は、第２の超音波の送信繰り返し周期を決定するレートパルスを発生するレートパルス発生器２１１と、送信時において第２の超音波を所定の深さに集束するための遅延時間及び所定の方向に送信するための遅延時間を前記レートパルスに与える送信遅延回路２１２と、このレートパルスの遅延時間に基づいて駆動パルスを生成し超音波プローブ３に内蔵されたＮ個の振動素子を駆動する駆動回路２１３を有している。
【００２４】
受信部２２は、超音波プローブ３の振動素子から供給されたＮチャンネルの受信信号に対し中心周波数ｆ１を有した第１の超音波に基づく受信信号成分を排除し、中心周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）を有した第２の超音波に基づく受信信号成分を抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２２１と、第２の超音波に基づくＮチャンネルの受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２２と、所定の深さから受信される第２の超音波を集束するための遅延時間と前記第２の超音波に対し受信指向性を設定するための遅延時間をＡ／Ｄ変換された前記受信信号の各々に与える受信遅延回路２２３と、受信遅延回路２２３から出力された受信信号を加算合成する加算器２２４を有し、受信遅延回路２２３と加算器２２４により、被検体の所定方向から得られた第２の超音波に基づくＮチャンネルの受信信号は整相加算される。
【００２５】
一方、ボリュームデータ生成部４は、送受信部２の受信部２２から出力された整相加算後の第２の超音波に基づく受信信号を信号処理してＢモードデータを生成する受信信号処理部４１と、このＢモードデータを超音波の送受信方向に対応させて順次保存し被検体の３次元領域におけるボリュームデータを生成するデータ記憶部４２を備え、前記受信信号処理部４１は、受信部２２の加算器２２４から供給された前記受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１１と、包絡線検波された受信信号の振幅を対数変換してＢモードデータを生成する対数変換器４１２を備えている。但し、包絡線検波器４１１と対数変換器４１２は順序を入れ替えて構成しても構わない。
【００２６】
次に、画像データ生成部５は、ボリュームデータ生成部４によって生成されたボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する機能を有し、例えば、図示しない不透明度・色調設定部とレンダリング処理部を備えている。前記不透明度・色調設定部は、ボリュームデータ生成部４のデータ記憶部４２から読み出したボリュームデータのボクセル値に基づいて不透明度や色調をボクセル単位で設定し、前記レンダリング処理部は、前記不透明度・色調設定部が設定した不透明度や色調の情報に基づき上述のボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する。尚、レンダリング処理の具体的な方法については上述の特許文献２に記載されているため詳細な説明は省略する。
【００２７】
一方、ＦＭＣＷ発生部７は、例えば、図示しない鋸歯状波発生回路とＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)回路を備えている。そして、前記鋸歯状波発生回路は、システム制御部１５から供給される周波数変調の繰り返し周期Ｔｍ、周波数変調の周波数偏移幅Δｆ及びＦＭＣＷの中心周波数ｆ１に基づいて鋸歯状波を発生し、前記ＶＣＯ回路は、この鋸歯状波に基づいて周波数が周期Ｔｍで連続的に変化するＦＭＣＷを発生する。図３（ａ）は、前記鋸歯状波発生回路が発生した鋸歯状波Ｓｔを、又、図３（ｂ）は、この鋸歯状波Ｓｔに基づいて前記ＶＣＯ回路が発生したＦＭＣＷを示している。図３に示すように、ＦＭＣＷにおける周波数変調の繰り返し周期Ｔｍは鋸歯状波Ｓｔの周期Ｔｍｘ（Ｔｍｘ＝Ｔｍ）によって決定され、ＦＭＣＷにおける中心周波数ｆ１、最大周波数ｆ１＋Δｆ／２及び最小周波数ｆ１−Δｆ／２は鋸歯状波Ｓｔの平均振幅Ｖ１、最大振幅Ｖ１＋ΔＶ／２及び最小振幅Ｖ１−ΔＶ／２によって夫々決定される。
【００２８】
尚、上述のＦＭＣＷが有する周波数成分ｆ１−Δｆ／２乃至ｆ１＋Δｆ／２は、３次元画像データの生成に用いられる第２の超音波の周波数成分と重ならない帯域に設定され、例えば、第２の超音波の中心周波数ｆ２が２．２ＭＨｚ、バンド幅ＢＷ２が２．４ＭＨｚの場合、ＦＭＣＷの中心周波数ｆ１は０．８ＭＨｚ、バンド幅ＢＷ１（ＢＷ１≒Δｆ）は０．２ＭＨｚに設定される。
【００２９】
図１に戻って、ＦＭＣＷ駆動部８は、図示しない増幅回路を備え、ＦＭＣＷ発生部７から供給されるＦＭＣＷを所定の振幅に増幅してＦＭＣＷ駆動信号を生成し、カテーテル９１の先端部に装着された振動素子９を駆動して第１の超音波を放射する。この振動素子９は、ＦＭＣＷの中心周波数ｆ１と略等しい共振周波数を有した微小な電気音響変換素子である。そして、外径１ｍｍ程度のカテーテル９１の先端部に装着された振動素子９の口径は、０．８ＭＨｚの中心周波数を有する第１の超音波の波長より小さいため、ＦＭＣＷ駆動信号の駆動によって振動素子９から放射される第１の超音波の放射特性は略無指向性となる。
【００３０】
次に、振動素子群選択部１０は、振動素子９の位置座標（即ち、カテーテル先端部の位置座標）を検出するために、この振動素子９が放射した第１の超音波を受信する振動素子を超音波プローブ３において２次元配列された複数の振動素子の中から選択する。この場合、同一直線上に存在しない離散した３つの振動素子を１つの振動素子群として複数の振動素子群を選択する。例えば、Ｊ個の振動素子群Ｎａ１乃至ＮａＪを用いて振動素子９の位置座標を検出する場合、振動素子群選択部１０は、延べＮｘ（Ｎｘ＝３Ｊ）個の振動素子Ｑｉｊ（ｉ＝１乃至３、ｊ＝１乃至Ｊ）を超音波プローブ３において２次元配列されている振動素子の中から選択する。但し、同一の振動素子を用いて異なる複数の振動素子群を構成しても構わない。
【００３１】
振動素子９が装着されたカテーテル先端部の位置座標は、１つの振動素子群（例えば、振動素子Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１から構成される振動素子群Ｎａ１）によって検出することが可能であるが、本実施例では、複数の振動素子群Ｎａ１乃至ＮａＪを用いることによりこれら振動素子群の各々に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標を検出し、得られたＪ個の位置座標に対し平均処理あるいは統計的処理を適用することにより前記カテーテル先端部の超音波プローブ３に対する相対的な位置座標を高精度で検出する。
【００３２】
尚、振動素子群選択部１０による振動素子群Ｎａ１乃至ＮａＪの選択は、実際には、超音波プローブ３の各振動素子から送受信部２の受信部２２に供給されるＮチャンネルの受信信号の中から振動素子Ｑｉｊ（ｉ＝１乃至３、ｊ＝１乃至Ｊ）にて受信された延べＮｘ（３Ｊ）チャンネルの受信信号を選択することによって行なわれる。このとき選択される上述の受信信号には、超音波プローブ３の振動素子から放射され生体組織で反射した第２の超音波に基づく受信信号成分とカテーテル先端部の振動素子９から生体組織中を直接伝搬した第１の超音波に基づく受信信号成分とが含まれている。
【００３３】
次に、ビート周波数計測部１１の構成と動作につき図４に示したブロック図を用いて説明する。このビート周波数計測部１１は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１１とミキサ１１２と低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１３と周波数カウンタ１１４を備えている。
【００３４】
ＢＰＦ１１１は、振動素子群選択部１０によって選択された超音波プローブ３の振動素子から得られる受信信号の中から第２の超音波に基づく受信信号成分を排除し、第１の超音波に基づく受信信号成分のみを抽出する。図５は、超音波プローブ３の振動素子から得られた受信信号の周波数スペクトラムを示したものであり、この周波数スペクトラムには、第１の超音波に基づく受信信号成分Ｓ１と第２の超音波に基づく受信信号成分Ｓ２が含まれている。
【００３５】
具体的には、中心周波数ｆ１（ｆ１＝０．８ＭＨｚ）とバンド幅ＢＷ１（ＢＷ１＝０．２ＭＨｚ）を有する第１の超音波の周波数スペクトラムＳ１と中心周波数ｆ２（ｆ２＝２．２ＭＨｚ）とバンド幅ＢＷ２（ＢＷ２＝２．４ＭＨｚ）を有する第２の超音波の周波数スペクトラムＳ２によって構成されている。そして、図５の一点鎖線Ｃ１によって示したフィルタ通過特性を有するビート周波数計測部１１のＢＰＦ１１１により、振動素子群選択部１０から供給された受信信号から第１の超音波に基づく受信信号のみが抽出される。尚、図５に示した一点鎖線Ｃ２は、超音波プローブ３の振動素子から得られる受信信号の中から第１の超音波に基づく受信信号成分を排除し、第２の超音波に基づく受信信号成分のみを抽出するために受信部２２に設けられた上述のＢＰＦ２２１のフィルタ通過特性を示す。
【００３６】
次に、図４のミキサ１１２は、ＢＰＦ１１１から出力された第１の超音波に基づく受信信号とＦＭＣＷ発生部７から供給されたＦＭＣＷとを乗算処理して和の周波数をもつ受信信号と差の周波数（ビート周波数）をもつ受信信号を生成し、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１３は、ミキサ１１２が出力した受信信号をフィルタリング処理してビート周波数を有する受信信号を検出する。周波数カウンタ１１４は、例えば、ゼロクロスカウンタによって構成され、ＬＰＦ１１３から供給された受信信号のビート周波数を所定期間にて計測する。
【００３７】
図１に戻って、位置検出部１２は、周波数カウンタ１１４によって計測されたビート周波数に基づき、振動素子群選択部１０において選択された振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）の各々における３つの振動素子Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊ及びＱ３ｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）とカテーテル９１の先端部に装着された振動素子９との距離Ｒ１ｊ,Ｒ２ｊ及びＲ３ｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）を算出する距離算出部１２１と、得られた距離Ｒ１ｊ,Ｒ２ｊ及びＲ３ｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）に基づいて振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）の各々に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）を検出する位置座標算出部１２２と、振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）に対する位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）を加算平均して超音波プローブ３に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する平均値演算部１２３を備えている。
【００３８】
次に、上述のビート周波数計測部１１によるビート周波数の計測方法につき図６を用いて更に詳しく説明する。図６は、ビート周波数計測部１１の動作を説明するための図であり、図６（ａ）の実線Ｄａは、ＦＭＣＷ発生部７からビート周波数計測部１１のミキサ１１２に入力されるＦＭＣＷの周波数を、又、図６（ａ）の破線Ｄｂは、カテーテル先端部から後述の距離Ｒだけ離れた振動素子において受信され、ビート周波数計測部１１のＢＰＦ１１１を介して前記ミキサ１１２に入力される第１の超音波に基づく受信信号の周波数を示している。一方、図６（ｂ）は、このときミキサ１１２から出力される受信信号のビート周波数を示している。
【００３９】
この場合、カテーテル先端部の振動素子９から放射された第１の超音波が超音波プローブ３の振動素子によって受信されるまでに要する時間Δτは、カテーテル先端部の振動素子９から超音波プローブ３の振動素子までの距離をＲ、生体内音速をＣとした場合Δτ＝Ｒ／Ｃによって示される。即ち、図６（ａ）に示すように、ＢＰＦ１１１を介してミキサ１１２に入力される上述の受信信号はＦＭＣＷ発生部７から入力されるＦＭＣＷに対してΔτだけ遅延し、このΔτの間に変化するＦＭＣＷの周波数ｆｒは次式（１）によって示すことができる。
【数１】
2008136855.tif 000003
【００４０】
従って、ミキサ１１２における前記受信信号とＦＭＣＷとの乗算処理により、図６（ｂ）の期間Ｔｍｏにおいて両者の差の周波数（ビート周波数）ｆｒを有する受信信号が和の周波数を有する受信信号と共に生成される。そして、ＬＰＦ１１３は、ミキサ１１２から出力された受信信号に対しフィルタリング処理を行なってビート周波数ｆｒを有する受信信号のみを抽出し、周波数カウンタ１１４は、例えば、ゼロクロス法によって前記受信信号のビート周波数ｆｒを計測する。
【００４１】
次いで、位置検出部１２の距離算出部１２１は、ビート周波数計測部１１において計測されたビート周波数ｆｒを上述の式（１）を変形して得られる次式（２）に代入することによりカテーテル先端部の振動素子９から超音波プローブ３の振動素子までの距離Ｒを算出する。
【数２】
2008136855.tif 000004
【００４２】
次に、位置検出部１２の位置座標算出部１２２によるカテーテル先端部位置座標の算出方法につき図７を用いて説明する。但し、図７は、超音波プローブ３にて２次元配列されている振動素子の中から振動素子群選択部１０により任意に選択された振動素子群Ｎａｊを用い、この振動素子群Ｎａｊに対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）を検出する場合について示しており、振動素子群Ｎａｊは、離散的かつ同一直線上に存在しない３つの振動素子Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊ及びＱ３ｊによって構成されている。そして、振動素子９が装着されたカテーテル先端部の位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）は、上述の式（２）を用いて算出された振動素子Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊ及びＱ３ｊの各々とカテーテル先端部との距離Ｒ１ｊ、Ｒ２ｊ及びＲ３ｊに基づいて算出される。
【００４３】
以下、振動素子群Ｎａｊに対するカテーテル先端部の位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）の算出方法につき式（３）乃至式（５）を用いて示す。振動素子群Ｎａｊを構成する３つの振動素子Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊ及びＱ３ｊの位置座標を夫々（ｘ１ｊ、ｙ１ｊ、ｚ１ｊ）、（ｘ２ｊ、ｙ２ｊ、ｚ２ｊ）、（ｘ３ｊ、ｙ３ｊ、ｚ３ｊ）とすれば、距離Ｒ１ｊ、Ｒ２ｊ及びＲ３ｊは、次式（３）によって求められる。
【数３】
2008136855.tif 000005
【００４４】
そして、式（３）を変形することにより位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）についての連立方程式（４）が得られる。
【数４】
2008136855.tif 000006
【００４５】
即ち、振動素子群Ｎａｊに対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）は、次式（５）の行列を用いて算出することができる。但し、〔Ａ〕−１は〔Ａ〕の逆行列を示す。
【数５】
2008136855.tif 000007
【００４６】
ここで、振動素子群Ｎａｊを用いて得られた振動素子９の位置座標（ｘｏ、ｙｏ、ｚｏ）を（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））とすれば、超音波プローブ３に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）に対する位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）を次式（６）に基づいて平均処理することにより求めることができる。
【数６】
2008136855.tif 000008
【００４７】
図１に戻って、表示部１３は、図示しない表示データ生成回路と変換回路とモニタを備えている。前記表示データ生成回路は、位置検出部１２によって検出されたカテーテル先端部の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）に基づき、画像データ生成部５において生成された３次元画像データに対しカテーテル先端部を示す位置情報（マーカ）を重畳し、更に、被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。そして、前記変換回路は、前記表示データ生成回路が生成した表示データに対しＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なって前記モニタにリアルタイム表示する。
【００４８】
入力部１４は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス等の入力デバイスを備え、被検体情報の入力、ＦＭＣＷの発生における周波数変調の繰り返し周期Ｔｍ、周波数変調の周波数偏移幅Δｆ及び中心周波数ｆ１の設定、ＢＰＦ１１１に対する中心周波数ｆ１及びバンド幅ＢＷ１の設定、ＢＰＦ２２１に対する中心周波数ｆ２及びバンド幅ＢＷ２の設定、画像データ収集モードの選択、画像データの収集条件や表示条件の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう。
【００４９】
システム制御部１５は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、入力部１４から供給された入力／設定／選択情報は前記記憶回路に保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの情報に基づいて上記各ユニットを統括的に制御しカテーテル先端部の位置情報が重畳された３次元画像データの表示を行なう。特に、図２に示した送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２３における遅延時間を制御し、当該患者に対し超音波による３次元走査を行なう。
【００５０】
（カテーテル先端部位置情報の表示手順）
次に、本実施例におけるカテーテル先端部位置情報の表示手順につき図８のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
当該被検体に対する３次元画像データの収集に先立ち、超音波診断装置１００の操作者は、入力部１４において被検体氏名や被検体ＩＤ等の被検体情報を入力し、更に、ボリュームデータ生成モードや３次元画像データ生成モードの選択、ボリュームデータや３次元画像データに対する収集条件の設定等を行なう。更に、操作者は、ＦＭＣＷの発生における周波数変調の繰り返し周期Ｔｍ、周波数変調の周波数偏移幅Δｆ及び中心周波数ｆ１の設定、ＢＰＦ１１１に対する中心周波数ｆ１及びバンド幅ＢＷ１の設定、ＢＰＦ２２１に対する中心周波数ｆ２及びバンド幅ＢＷ２の設定等を入力部１４にて行なう。尚、本実施例では、ボリュームデータ生成モードとして「Ｂモードボリュームデータ」を選択し、３次元画像データ生成モードとして「ボリュームレンダリング画像データ」を選択する場合について述べるがこれらに限定されるものではない。そして、入力部１４における上述の入力情報、選択情報及び設定情報は、システム制御部１５の記憶回路に保存される（図８のステップＳ１）。
【００５２】
上述の初期設定が終了したならば、操作者は、その先端部に微小な振動素子９が装着されたカテーテル９１を当該被検体の体内に挿入し（図８のステップＳ２）、次いで、超音波プローブ３をその体表面に接触させた状態で入力部１４より３次元画像データの収集開始コマンドを入力する。そして、このコマンド信号がシステム制御部１５に供給されることにより中心周波数ｆ２とバンド幅ＢＷ２を有した第２の超音波の送受信による３次元画像データの生成が開始される。
【００５３】
３次元画像データの生成に際し、図２に示した送信部２１のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１５から供給される制御信号に従ってレートパルスを生成し送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、第２の超音波の送信において細いビーム幅を得るために所定の深さに第２の超音波を集束するための遅延時間と、最初の送受信方向（θ１、φ１）に前記第２の超音波を送信するための遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＮチャンネルの駆動回路２１３に供給する。次いで、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに基づき所定の遅延時間を有した駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ３にて２次元配列されているＮ個の振動素子に供給して第２の超音波を被検体内に放射する。
【００５４】
放射された第２の超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる臓器境界面や組織にて反射し、前記振動素子によって受信されてＮチャンネルの電気的な受信信号に変換される。次いで、第２の超音波に基づくＮチャンネルの受信信号は、受信部２２のＢＰＦ２２１にて帯域制限されＡ／Ｄ変換器２２２にてデジタル信号に変換された後、受信遅延回路２２３において所定の深さからの第２の超音波を収束するための遅延時間と送受信方向（θ１、φ１）からの前記第２の超音波に対し強い受信指向性を設定するための遅延時間が与えられ、加算器２２４にて整相加算される。
【００５５】
そして、整相加算後の受信信号が供給されたボリュームデータ生成部４の受信信号処理部４１における包絡線検波器４１１及び対数変換器４１２は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なってＢモードデータを生成し、データ記憶部４２に保存する。
【００５６】
送受信方向（θ１、φ１）に対するＢモードデータの生成と保存が終了したならば、φ方向にΔφずつ更新されたφｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝２乃至Ｑ）の送受信方向（θ１、φ２乃至φＱ）に対して同様の手順で超音波の送受信を行ない、このとき、システム制御部１５は、その制御信号によって送信遅延回路２１２及び受信遅延回路２２３の遅延時間を前記送受信方向に対応させて更新する。
【００５７】
上述の手順によって送受信方向（θ１、φ１乃至φＱ）に対する超音波送受信が終了したならば、送受信方向をθ方向にΔθずつ更新されたθｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝２乃至Ｐ）に設定し、送受信方向θ２乃至θＰの各々に対して上述のφ１乃至φＱの超音波送受信を繰り返すことにより当該被検体に対する３次元走査が行なわれる。そして、各々の送受信方向に対して得られたＢモードデータは前記送受信方向に対応してデータ記憶部４２に順次保存されボリュームデータが生成される（図８のステップＳ３）。
【００５８】
次に、画像データ生成部５の不透明度・色調設定部は、ボリュームデータ生成部４のデータ記憶部４２から読み出したボリュームデータのボクセル値に基づいて不透明度や色調をボクセル単位で設定し、画像データ生成部５のレンダリング処理部は、前記不透明度・色調設定部が設定した不透明度や色調の情報に基づき上述のボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する（図８のステップＳ４）。
【００５９】
一方、ＦＭＣＷ発生部７の鋸歯状波発生回路は、システム制御部１５から供給された周波数変調の繰り返し周期Ｔｍ、周波数変調の周波数偏移幅Δｆ及びＦＭＣＷの中心周波数ｆ１に基づいて鋸歯状波を発生し、ＶＣＯ回路は、この鋸歯状波に基づいて周波数が周期Ｔｍで連続的に変化するＦＭＣＷを発生する（図８のステップＳ５）。そして、ＦＭＣＷ駆動部８は、ＦＭＣＷ発生部７から供給されたＦＭＣＷを所定の振幅に増幅してＦＭＣＷ駆動信号を生成し、カテーテル９１の先端部に装着された振動素子９を駆動して第１の超音波を放射する（図８のステップＳ６）。
【００６０】
次に、振動素子群選択部１０は、振動素子９が放射した第１の超音波を受信する振動素子群Ｎａ１を超音波プローブ３にて２次元配列されている複数の振動素子の中から選択し、振動素子群Ｎａ１における３つの振動素子Ｑ１１、Ｑ２１及びＱ３１の各々によって受信された第１の超音波に基づく受信信号は、同時に受信された上述の第２の超音波に基づく受信信号と共にビート周波数計測部１１に供給される（図８のステップＳ７）。
【００６１】
一方、ビート周波数計測部１１のＢＰＦ１１１は、振動素子群Ｎａ１から得られた受信信号の中から第１の超音波に基づく受信信号成分を抽出し、ミキサ１１２は、ＢＰＦ１１１から出力された第１の超音波に基づく受信信号とＦＭＣＷ発生部７から供給されたＦＭＣＷとを乗算処理して和の周波数をもつ受信信号と差の周波数（ビート周波数）ｆｒをもつ受信信号を生成する。そして、ＬＰＦ１１３は、ミキサ１１２が出力した受信信号をフィルタリング処理してビート周波数ｆｒを有する受信信号を抽出し、周波数カウンタ１１４は、ＬＰＦ１１３から供給された受信信号のビート周波数ｆｒを所定期間にて計測する（図８のステップＳ８）。
【００６２】
次に、位置検出部１２の距離算出部１２１は、周波数カウンタ１１４によって計測されたビート周波数ｆｒを式（２）に代入することにより振動素子群Ｎａ１の振動素子Ｑ１１，Ｑ２１及びＱ３１の各々と振動素子９との距離Ｒ１１、Ｒ２１及びＲ３１を算出し（図８のステップＳ９）、位置座標算出部１２２は、距離Ｒ１１、Ｒ２１及びＲ３１に基づいて振動素子群Ｎａ１に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘｏ（１）、ｙｏ（１）、ｚｏ（１））を算出する（図８のステップＳ１０）。
【００６３】
振動素子群Ｎａ１を用いたカテーテル先端部位置座標（ｘｏ（１）、ｙｏ（１）、ｚｏ（１））の計測が終了したならば、振動素子群選択部１０は、振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝２乃至Ｊ）を構成する振動素子Ｑ１ｊ、Ｑ２ｊ及びＱ３ｊ（ｊ＝２乃至Ｊ）を順次選択し、ビート周波数計測部１１は、このとき得られた第１の超音波に基づく受信信号のビート周波数ｆｒを計測する。そして、位置検出部１２は、計測されたビート周波数ｆｒを式（２）へ代入して距離Ｒｉｊ（ｉ＝１乃至３、ｊ＝２乃至Ｊ）を算出し、更に、振動素子群Ｎａ１を選択した場合と同様の手順により振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝２乃至Ｊ）に対するカテーテル先端部の位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝２乃至Ｊ）を算出する（図８のステップＳ７乃至Ｓ１０）。
【００６４】
次いで、位置検出部１２の平均値演算部１２３は、算出された位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）を式（６）に基づいて加算平均し、超音波プローブ３に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する（図８のステップＳ１１）。
【００６５】
そして、表示部１３は、上述の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）に基づいて生成したカテーテル先端部を示す位置情報（マーカ）を画像データ生成部５が生成したリアルタイムの３次元画像データに重畳し、更に、被検体情報等の付帯情報を付加して生成した表示データを表示部１３に表示する（図８のステップＳ１２）。
【００６６】
以上述べた本発明の実施例によれば、第１の超音波に基づく受信信号とＦＭＣＷとのビート周波数を計測することによりカテーテル先端部の振動素子と超音波プローブの振動素子との距離計測を行なっているため、生体組織の超音波減衰に起因する波形劣化や送信用振動素子の指向特性に起因する波形変化の影響をあまり受けることなく正確な距離計測を行なうことが可能となる。
【００６７】
又、ＦＭＣＷによる第１の超音波の中心周波数ｆ１は、３次元画像データの生成に用いられる第２の超音波の中心周波数ｆ２より低く設定することが可能なため生体組織における超音波減衰の影響を低く抑えることができ、更に、ＦＭＣＷに基づく第１の超音波のバンド幅は、第２の超音波のバンド幅と比較して狭帯域に設定することができるためノイズの影響を小さくすることができる。
【００６８】
一方、上述の実施例によれば、超音波プローブにおいて２次元配列された複数の振動素子の中から複数の振動素子群を選択し、これらの振動素子群の各々を用いて得られたカテーテル先端部の位置座標を平均処理することにより超音波プローブに対する前記カテーテル先端部の位置座標を算出しているため、生体組織における不均一な超音波減衰や音速の影響を相殺することができ、従って、カテーテル先端部の位置座標を正確かつ安定して計測することが可能となる。
【００６９】
又、本実施例では、上述の第１の超音波の周波数成分と第２の超音波の周波数成分は分離可能なように各々の中心周波数とバンド幅が設定されているため、カテーテル先端部の位置座標計測と３次元画像データの生成は同時に行なうことができる。このため、３次元画像データの表示におけるフレーム周波数（単位時間当たりに表示可能な画像データ枚数）を低減させることなくカテーテル先端部の位置座標計測を継続して行なうことが可能となる。
【００７０】
以上述べた理由により、本実施例によれば、当該被検体の体内に挿入されたカテーテルの先端部を３次元画像データ上で正確かつ安定してモニタリングすることができるため、カテーテルを用いた診断／治療における安全性が確保されるのみならず診断／治療の効率が大幅に向上する。
【００７１】
以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、超音波プローブ３において離散的に配置されている３個の振動素子を用いて１つの振動素子群を構成する場合について述べたが、４個以上の振動素子を用いて前記振動素子群を構成してもよい。
【００７２】
又、上述の実施例における位置検出部１２では、複数の振動素子群Ｎａｊ（ｊ＝１乃至Ｊ）によって算出されたＪ個の位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）を加算平均することによって超音波プローブ３に対するカテーテル先端部の相対的な位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する場合について述べたが、前記位置座標（ｘｏ（ｊ）、ｙｏ（ｊ）、ｚｏ（ｊ））（ｊ＝１乃至Ｊ）に基づくヒストグラムの中央値あるいは重心値を算出することにより前記位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることも可能である。
【００７３】
更に、既に述べたように、上述の実施例では、３次元画像データとしてＢモードデータに基づくボリュームレンダリング画像データを生成する場合について述べたが、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づくボリュームレンダリング画像データであってもよく、又、ボリュームレンダリング画像データの替わりにサーフェースレンダリング画像データ等の他の３次元画像データであっても構わない。
【００７４】
又、上述の実施例では、振動素子が２次元配列された超音波プローブ３を用いて生成した３次元画像データにカテーテル先端部の３次元的な位置情報を重畳して表示する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、振動素子が１次元配列された超音波プローブを用いて生成した２次元画像データに対しカテーテル先端部の２次元的な位置情報を重畳して表示してもよい。
【００７５】
さらに、上述の実施例では、カテーテル９１の先端部に単一の振動素子９を設け、振動素子９の位置をカテーテル９１の先端部の位置とみなすことによってカテーテル９１の先端部の位置を求めたが、カテーテル９１の先端部に複数の振動素子９を設けることもできる。複数の振動素子９をカテーテル９１の先端部に設ければ、振動素子９間の幾何学的な位置関係を利用して、より正確にカテーテル９１の先端部の位置を求めることが可能となる。
【００７６】
図９は、カテーテル９１の先端部に複数の振動素子９を設けた例を示す図であり、図１０は、カテーテル９１の先端部に複数の振動素子９を設けた場合における位置検出部１２の構成例を示すブロック図である。
【００７７】
図９に示すようにカテーテル９１の先端部に複数の振動素子９を設けることができる。図９の例では、９つの振動素子９がカテーテル９１の先端部に設けられている。すなわち、カテーテル９１の先端から距離d1の位置の外周上に３つの振動素子９が概ね等間隔で設けられる。また、これら３つの振動素子９からカテーテル９１の長さ方向に距離d2だけ離れた位置の外周上に３つの振動素子９が概ね等間隔で設けられる。さらに、これら３つの振動素子９からカテーテル９１の長さ方向に距離d3だけ離れた位置の外周上に３つの振動素子９が概ね等間隔で設けられる。カテーテル９１の長さ方向の３つの振動素子９の位置は任意に決定することが可能であるが、図９の例では同一直線上に配置されている。
【００７８】
このようにカテーテル９１上の異なる位置に複数の振動素子９を設ければ、各振動素子９からそれぞれ発信される第１の超音波を超音波プローブ３で受信し、位置検出部１２において、上述した方法で各振動素子９のそれぞれの位置座標を求めることができる。
【００７９】
この場合、第１の超音波がどの振動子９から発信されたものであるのかを識別できるように中心周波数を変えることが望ましい。図９の例では、カテーテル９１の先端から距離d1の位置に配置された３つの振動素子９から中心周波数f11で第１の超音波が、距離d1+d2の位置に配置された３つの振動素子９から中心周波数f12で第１の超音波が、距離d1+d2+d3の位置に配置された３つの振動素子９から中心周波数f13で第１の超音波が、それぞれ送信される。
【００８０】
各中心周波数f11, f12, f13の第１の超音波の帯域は、いずれも上述したように第２の超音波の周波数帯域とオーバーラップしないように設定される。さらに、中心周波数f11の第１の超音波、中心周波数f12の第１の超音波および中心周波数f13の第１の超音波の帯域が互いにオーバーラップしないように設定すれば、第１の超音波がどの振動子９から発信されたものであるのかをより良好に識別することができる。尚、カテーテル９１の長さ方向のみならず、或いは長さ方向に代えて、外周方向に位置が異なる複数の振動素子９からそれぞれ互に異なる中心周波数で第１の超音波を送信するようにしてもよい。
【００８１】
そうすると、各振動素子９間における相対的な位置関係は既知であるから、カテーテル９１の長さ方向に位置が異なる少なくとも２つの振動素子９の各座標位置から幾何学的にカテーテル９１の先端の座標位置を計算によって求めることができる。一方、カテーテル９１の直径は既知であるから、カテーテル９１の外周方向に位置が異なる少なくとも２つの振動素子９の各座標位置から幾何学的に中心軸の座標位置を計算によって求めることができる。ただし、カテーテル９１の中心軸の座標位置を計算によって求める場合には、３つ以上の振動素子９をカテーテル９１の外周方向の異なる位置に設けることが精度上望ましい。
【００８２】
さらに、カテーテル９１の長さ方向或いは外周方向に異なる位置に配置する振動素子９の数を増やして、平均化処理を伴ってカテーテル９１の先端および中心軸の座標位置を求めるようにすれば、計算精度を向上させることが可能となる。このため、距離d1, d2, d3はより長く設定することが精度上有利であるが、超音波プローブ３により第１の超音波を受信できる位置に各振動素子９を配置する必要がある。そこで、具体例としては、d1=d2=d3=1mm程度に決定することができる。このような複数の振動素子９の各座標位置に基づくカテーテル９１の先端および中心軸の座標位置の計算によれば、数１０μm程度の精度での計算が実現可能である。
【００８３】
そして、上述した複数の振動素子９の各座標位置に基づくカテーテル９１の先端および中心軸の座標位置の幾何学的な計算並びに平均化処理を行う機能を有する先端部位置算出部１２４が平均値演算部１２３の後段に設けられる。すなわち、先端部位置算出部１２４は、平均値演算部１２３から取得した各振動素子９の座標位置を用いてカテーテル９１の先端および中心軸の座標位置を算出し、算出結果を表示部１３に与える。これにより、表示部１３は、３次元超音波画像データとカテーテル９１の先端部を示す位置情報とを重畳表示させることが可能となる。
【００８４】
尚、各振動素子９の口径は、第１の超音波が十分に無指向性の球面波とみなせる状態で超音波プローブ３において受信できるようなサイズに決定される。具体的には上述したように、各振動素子９の口径は、０．８ＭＨｚの中心周波数を有する第１の超音波の波長より小さいサイズとされる。
【００８５】
各振動素子９からそれぞれ送信される第１の超音波は指向性のない球面波であるため、カテーテル９１の向きによっては超音波プローブ３側に向けて第１の超音波が送信されず、十分な精度で受信できない恐れがある。
【００８６】
このため、カテーテル９１の外周方向に異なる位置に複数の振動素子９を配置すれば、上述したようにカテーテル９１の中心軸の座標位置を計算できるのみならず、複数方向に第１の超音波を送信することができる。従って、カテーテル９１の向きに依存して一部の振動素子９からの第１の超音波を超音波プローブ３で適切に受信できない場合であっても、他の振動素子９からの第１の超音波が超音波プローブ３に向かうこととなるためカテーテル９１の向きに依らず第１の超音波を安定して受信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施例の超音波診断装置が備えた送受信部及びボリュームデータ生成部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施例のＦＭＣＷ発生部において発生するＦＭＣＷを説明するための図。
【図４】同実施例の超音波診断装置が備えたビート周波数計測部の構成を示すブロック図。
【図５】同実施例の超音波プローブによって得られる受信信号の周波数スペクトラムを示す図。
【図６】同実施例のビート周波数計測部によるビート周波数計測方法を説明するための図。
【図７】同実施例の位置座標算出部によるカテーテル先端部位置座標の算出方法を説明するための図。
【図８】同実施例におけるカテーテル先端部位置情報の表示手順を示すフローチャート。
【図９】カテーテルの先端部に複数の振動素子を設けた例を示す図。
【図１０】カテーテルの先端部に複数の振動素子を設けた場合における位置検出部の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８８】
２  送受信部
２１  送信部
２１１  レートパルス発生器
２１２  送信遅延回路
２１３  駆動回路
２２  受信部
２２１  ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）
２２２  Ａ／Ｄ変換器
２２３  受信遅延回路
２２４  加算器
３  超音波プローブ
４  ボリュームデータ生成部
４１  受信信号処理部
４１１  包絡線検波器
４１２  対数変換器
４２  データ記憶部
５  画像データ生成部
７  ＦＭＣＷ発生部
８  ＦＭＣＷ駆動部
９  振動素子
９１  カテーテル
１０  振動素子群選択部
１１  ビート周波数計測部
１１１  ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）
１１２  ミキサ
１１３  ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
１１４  周波数カウンタ
１２  位置検出部
１２１  距離算出部
１２２  位置座標算出部
１２３  平均値演算部
１２４  先端部位置算出部
１３  表示部
１４  入力部
１５  システム制御部
１００  超音波診断装置
【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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