(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、
前記超音波断層像の位置もしくは配向を検出する検出手段と、
前記生体に特徴点を指定する指定手段と、
参照画像データを保持する参照画像データ保持手段と、
前記指定手段が指定した特徴点と、前記参照画像データ上に設定された参照点との、解剖学上の位置を照合し、前記検出手段により検出された位置もしくは配向と、前記照合の結果とに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置もしくは配向をガイドするガイド画像を作成するガイド画像作成手段とを具備し、
前記指定手段が、前記超音波断層像作成手段が作成した超音波断層像上で前記特徴点を指定し、
前記ガイド画像作成手段が、前記指定手段が指定した前記特徴点の前記超音波断層像上での位置と、前記検出手段が検出した前記超音波断層像の位置もしくは配向とを基に前記特徴点の前記生体内での位置を算出したことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波断層像作成手段が、血流を検出する血流検出手段を備え、
前記超音波断層像作成手段が、血流が態様を変えて重畳された超音波断層像を作成し、
前記指定手段が、前記血流が重畳された超音波断層像上に前記特徴点を指定したこと、
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】
前記指定手段が、生体の体腔表面に直接接触して前記特徴点とは別の特徴点の位置を得る位置取得手段を備えたこと、
を特徴とする請求項１に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、被検体に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内に超音波を送信し、生体組織からの反射波を受信して生体の状態を画像として観察する超音波診断装置は、生体内の様子をリアルタイムで観察できるため普及している。術者は、超音波診断装置を用いる際、あらかじめ生体内の各器官、各組織の既知の解剖学的な位置関係を念頭に置きながら、現在観察している超音波断層像の解剖学上の位置を推定して超音波断層像を観察し、診断を行っている。このような診断を支援するために、超音波断層像で観察している位置を案内するガイド画像を表示する超音波診断装置が提案されている。
【０００３】
例えば特開平１０−１５１１３１号公報で開示された超音波診断装置では、外部からボリューム画像を含む複数の画像を入力する画像データ入力装置を設け、体外の探触子（超音波プローブ）から超音波を照射することで特定診断部位の超音波断層像を得て、この超音波断層像に対応する位置の２次元画像（断層像）を画像データ入力装置からの画像より得て超音波断層像に並べて若しくは重ねて、又は一定時間で交互に表示させる画像位置関係付け表示手段を設けている。画像位置関係付け表示手段は、磁場を発信する発信器、または磁場を受信する受信器を探触子の側面や内部に設けている。この発信器や受信器は探触子が被検体のどの部位に位置しているかを知るために用いられる。この超音波診断装置を用いることで、検査中の超音波断層面に対応するＸ線ＣＴ装置の断層像やＭＲＩ装置の断層像と、超音波断層像とを比較しながら検査をすることができる。
【０００４】
また、例えば特開２００４−１１３６２９号公報で開示された超音波診断装置では、超音波を送受する部位の位置を検出するための超音波走査位置検出手段と、超音波信号を基に超音波断層像を生成する超音波画像生成手段と、超音波走査位置検出手段により得られる位置に対応する被検体の部位の解剖学的な模式図を人体の模式図データを有する画像情報保持手段より取得し、この模式図をガイド画像として超音波断層像と同一の画面に表示させる制御手段と、を設けている。この特開２００４−１１３６２９  号公報では、超音波断層像を得る手段として被検体内に挿入する細長で可撓性のある超音波プローブを設けており、この超音波プローブとして、挿入軸の周囲に超音波振動子群をアレイ状に設けた電子ラジアル走査型超音波内視鏡と、挿入軸の一方に超音波振動子群を扇状に設けた電子コンベックス型超音波内視鏡と、挿入軸を中心に超音波振動子片が回転する機械走査型超音波内視鏡を設けた超音波診断装置とが開示されている。これら超音波内視鏡は、通常、その体腔内への可撓部の先端に、体腔内に照明光を照射する照明窓と、体腔内の様子を観察するための観察窓とを設けているのが通例である。
【０００５】
ところで、特開平１０−１５１１３１号公報のように検査中の超音波断層面に対応するＸ線ＣＴ装置の断層像やＭＲＩ装置の断層像と超音波断層像とを比較したり、特開２００４−１１３６２９号公報のように検査中の超音波断層像に対応した模式図と超音波断層像とを比較するためには、超音波断層像と異種の画像データとの位置関係を解剖学的に一致させる必要がある。
【０００６】
この方法について、上記公報には以下のように開示されている。
【０００７】
特開平１０−１５１１３１号公報の：「Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等で得られた立体画像  〜中略〜  上記立体画像中の画素を探触子の原点となる位置で指し示し、空間内で対応する位置として記録しておく。このキャリブレーションを同一平面上にない４点以上について行えば、探触子の位置や超音波断層像上の画素と対応する上記立体画像中の画素を探し出すことができる。」
特開２００４−１１３６２９号公報：特に明確な開示がない。
【０００８】
特開２００４−１１３６２９号公報には開示がないので以下では触れず、特開平１０−１５１１３１号公報の一致方法についてのみ以下に述べる。特開平１０−  １５１１３１号公報の記述でも立体画像中の画素を「探触子の原点」となる位置で指し示す具体的な方法は明確ではない。そのため、ひとまず、特開平１０−１５１１３１号公報の記述より、この方法を以下のように解釈する。
【０００９】
［１］術者は、予めＸ線装置やＭＲＩ装置等で得られた立体画像の体表上に該当する４点を超音波診断装置に記録させる。
【００１０】
［２］術者は、上記各４点に解剖学的に一致する被検者の実際の体表上の４点に探触子を順次接触させる。
【００１１】
［３］画像位置関係付け表示手段は、探触子の側面または内部に設けられた発信器または受信器を用い、接触した各時刻で「探触子の原点」の位置を求め、上記解剖学的にー致する４点の被検者の実際の体表上の位置とする。
【００１２】
［４］画像位置関係付け表示手段は、被検者の実際の体表上の４点の位置と、予めＸ線装置やＭＲＩ装置等で得られた立体画像の体表上に該当する４点の位置とを照合する。
【００１３】
［５］術者は、探触子の走査を開始して、超音波診断装置に被検者の超音波断層像を表示させる。
【００１４】
［６］超音波診断装置は、受信器からの出力を基にして超音波断層像の各画素の位置を求める。
【００１５】
［７］超音波診断装置は、超音波断層像の各画素位置にー致する立体画像中の各画素を順次読み出し、二次元画像（断層像）に再構築し、画像として表示する。
【特許文献１】特開平１０−１５１１３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１３６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特開平１０−１５１１３１号公報で開示されている一致方法では、異種の画像データ（特開平１０−１５１１３１号公報では立体画像）から超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが難しい、という課題があった。
【００１７】
理由は以下の通りである。
【００１８】
（１）  術者の認識による不一致
術者が解剖学的に一致させるための点に探触子を順次接触させたので、この点は被検者の体表以外、特に体内深部には取ることができない。加えて、超音波診断装置が多く用いられる腹部の体表には、解剖学的に特徴のある客観的な点が少ない。そのため、異種の画像データから記録された点と、術者が探触子を接触させた被検者の体表の点との間の解剖学的な一致度には、術者の認識による差が生じる。例えば接触点として骨盤の端を例にとってみても、術者によって、端の認識には５ｃｍ前後の差があり、探触子を接触させる点には術者による差が生じる。結局、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された骨盤の端と実際の接触点とは正確に一致しない。
【００１９】
（２）  探触子の接触の仕方による不一致
術者は「探触子の原点」の位置を探触子の外見から認識できず、また探触子も無限小の点にはならない。そのため、異種の画像データから記録された点と、術者が探触子を接触させた被検者の体表の点との間の解剖学的な一致度には、探触子の接触の仕方による差が生じる。例えば、探触子の外装のうちで探触子の原点から遠い点を、被検者の体表の点に接触させてしまった場合には、前者の点と後者の点とは、原点から接触点までの距離だけ不ー致が生じてしまう。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることができる超音波診断装置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】
【００２１】
本発明による超音波診断装置は、生体内に超音波を送受して得られる超音波信号により超音波断層像を作成する超音波断層像作成手段と、前記超音波断層像の位置もしくは配向を検出する検出手段と、前記生体に特徴点を指定する指定手段と、参照画像データを保持する参照画像データ保持手段と、前記指定手段が指定した特徴点と、前記参照画像データ上に設定された参照点との、解剖学上の位置を照合し、前記検出手段により検出された位置もしくは配向と、前記照合の結果とに基づき、前記超音波断層像の解剖学的な位置もしくは配向をガイドするガイド画像を作成するガイド画像作成手段とを具備し、前記指定手段が、前記超音波断層像作成手段が作成した超音波断層像上で前記特徴点を指定し、前記ガイド画像作成手段が、前記指定手段が指定した前記特徴点の前記超音波断層像上での位置と、前記検出手段が検出した前記超音波断層像の位置もしくは配向とを基に前記特徴点の前記生体内での位置を算出したことを特徴とする。
【００２２】
前記超音波断層像作成手段は、図１又は図２４における超音波観測装置４００，４００Ａに対応する。前記検出手段は、図１又は図２４における位置配向算出装置５００に対応する。前記指定手段は、図１又は図２４におけるキーボード７２０、マウス７１０及び位置検出プローブ５３０を含んで構成される。前記参照画像データ保持手段は、図１又は図２４における参照画像記憶部６１０に対応する。前記ガイド画像作成手段は、図１又は図２４における３次元ガイド画像作成回路６３０に対応する。  
本発明の装置によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。
【００２３】
本発明において、前記超音波断層像作成手段が、血流を検出する血流検出手段を備え、前記超音波断層像作成手段が、血流が態様を変えて重畳された超音波断層像を作成し、前記指定手段が、前記血流が重畳された超音波断層像上に前記特徴点を指定したこと、を特徴とする。
【００２４】
前記血流検出手段は、図２４におけるカラーフローマッピング回路（ＣＦＭ回路）４１０に対応する。  
本発明によれば、腹腔動脈分岐のような血管分岐を体内深部の特徴点として指定する際には、より分かりやすく、正確に指定することが可能となる。
【００２５】
本発明において、前記指定手段が、生体の体腔表面に直接接触して前記特徴点とは別の特徴点の位置を得る位置取得手段を備えたこと、を特徴とする。  
前記位置取得手段は、図１又は図２４における位置検出プローブ５３０に対応する。
【００２６】
本発明によれば、特徴点を体内深部と体腔表面とのどちらにも指定することができ、関心領域に応じて適切な種々の特徴点を指定することができる。そのため、特徴点を関心領域の近傍に取る自由度が増し、超音波内視鏡の動きに伴って関心領域が動くときにも特徴点が一緒に動くことが想定でき、より正確な３次元ガイド画像を作成することができる。さらに、特に膵臓検査や肺の検査では関心領域の近傍で特徴点を取得することができ、特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より、超音波断層像マーカの位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、特徴点を体腔内の関心領域の近傍の適切な場所に取得することでより正確な３次元ガイド画像を作成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
［第１の実施の形態］
［構成］
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示している。なお、この実施の形態により本発明は限定されないことは勿論である。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置１００は、超音波プローブとしての超音波内視鏡２００と、光学観察装置３００と、超音波観測装置４００と、位置配向算出装置５００と、送信アンテナ５１０と、姿勢検出プレート５２０と、位置検出プローブ５３０と、超音波画像処理装置６００と、マウス７１０と、キーボード７２０と、表示装置７００とからなり信号線で接続されている。
【００３０】
超音波内視鏡２００は、体腔内に挿入されて用いられるよう、先端のステンレス等の硬質な材料で構成された硬性部２１０と、硬性部２１０より後端側に可撓性のある材料で構成された長尺の可撓部２２０と、可撓部２２０より後端側に硬質な材料で構成された操作部２３０とからなる。
【００３１】
硬性部２１０は、カバーガラスでできた光学観察窓２１１と、レンズ２１２と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ２１３と、体腔内に照明光を照射する図示しない照明光照射窓とを設けている。ＣＣＤカメラ２１３は光学観察装置３００と信号線で接続している。図示しない照明光照射窓は照明光を照射し、体腔内を照明するよう構成されている。体腔表面の像は光学観察窓２１１からレンズ２１２を経由してＣＣＤカメラ２１３に結像し、ＣＣＤカメラ２１３からのＣＣＤ信号は信号線を経由して光学観察装置３００へ出力されるよう構成されている。
【００３２】
硬性部２１０は、超音波振動子２１４を設けている。操作部２３０は、モータ２３１と、モータ２３１の回転軸に接続し回転角度を検出して出力するロータリーエンコーダ２３２とを設けている。超音波内視鏡２００は、操作部２３０から可撓部２２０を経て硬性部２１０にかけて、一端をモータ２３１の回転軸にもうー端を超音波振動子２１４に固定された可撓性のあるフレキシブルシャフト２２１を設けている。モータ２３１は超音波観測装置４００とは制御線２５０で接続している。ロータリーエンコーダ２３２は超音波観測装置４００と信号線２６０で接続している。超音波振動子２１４はモータ２３１の回転により、図１のフレキシブルシャフト周囲に示した矢印方向に回転しながら超音波の送受を繰り返す、所謂ラジアル走査を実施するよう構成されている。超音波振動子２１４は、超音波内視鏡２００の挿入軸に垂直な平面（以下、ラジアル走査面）の超音波断層像に必要な超音波信号を得て、フレキシブルシャフト２２１とモータ２３１とロータリーエンコーダ２３２とを経由して超音波観測装置４００に超音波信号を出力するよう構成されている。ここで、硬性部２１０に固定した正規直交基底（各方向の単位ベクトル）Ｖ、Ｖ３、Ｖ１２を図１のように定義する。後述するように、Ｖはラジアル走査面の法線方向ベクトル、Ｖ３はラジアル走査面の３時方向ベクトル、Ｖ１２はラジアル走査面の１２時方向ベクトルである。
【００３３】
位置配向算出装置５００は、送信アンテナ５１０と、姿勢検出プレート５２０と、長尺の位置検出プローブ５３０とを信号線５４０，５５０，５６０で接続している。
【００３４】
図２に位置検出プローブ５３０を示す。位置検出プローブ５３０は、可撓性のある材料で構成された外筒５３１を設け、外筒５３１内の先端に受信コイル５３２を固定して設け、後端にコネクタ５３３を設け、外筒５３１の表面に鉗子口マーカ５３４と１２時方向マーカ５３５とを設けている。
【００３５】
受信コイル５３２は、図２に示すように位置検出プローブ５３０に固定された直交する３つの方向単位ベクトルＶａとＶｂとＶｃを巻線軸とした３個のコイルを一体にしたものである。３個のコイルは、両極にそれぞれ２本ずつの計６本の信号線を設けている。コネクタ５３３は、図示しない６個の電極を設けている。６本の信号線はこの６個の電極に別々に接続している。電極はケーブル５６０を介して、位置配向算出装置５００と接続している。
【００３６】
図１に示すように、超音波内視鏡２００は、操作部２３０から可撓部２２０を経て硬性部２１０にかけて、操作部２３０に第１の開口としての鉗子口２０１を備え、硬性部２１０に第２の開口としての突出口２０２を備えた、管状の鉗子チャンネル２０３を設けている。鉗子チャンネル２０３は位置検出プローブ５３０を鉗子口２０１から挿通し、突出口２０２から突出できるよう構成されている。突出口２０２の開口方向は、位置検出プローブ５３０が突出口２０２から突出したときに、位置検出プローブ５３０が光学観察窓２１１の光学視野範囲Ｒの内に入るよう向けられている。
【００３７】
鉗子口マーカ５３４は、術者が鉗子口２０１から位置検出プローブ５３０を挿通する際、鉗子口マーカ５３４と鉗子口２０１の開口面との位置が一致したとき、位置検出プローブ５３０の先端の位置と突出口２０２の開口面の位置とが一致し、受信コイル５３２が超音波振動子２１４のラジアル走査の回転中心のごく近傍となるような外筒５３１の表面上の位置に、設けられている。このときには位置検出プローブ５３０の先端は、突出口２０２の開口面上に有り、突出しないことになる。
【００３８】
操作部２３０は、位置検出プローブ５３０がその外筒に設けている１２時方向マーカ５３５のほかに、操作部２３０自身も鉗子口２０１の周囲に１２時方向マーカ５３６を設けている。位置検出プローブ５３０の外筒の表面に設けられた１２時方向マーカ５３５と、操作部２３０の鉗子口付近に設けられた１２時方向マーカ５３６とは、術者が鉗子口２０１から位置検出プローブ５３０を挿通する際、図２のベクトルＶｃを中心に、両１２時方向マーカ５３５と５３６との位置が一致するまで位置検出プローブ５３０を回転させると、図２のベクトルＶｃが図１のベクトルＶと、図２のベクトルＶａが図１のベクトルＶ３と、図２のベクトルＶｂが図１のベクトルＶ１２と、それぞれ一致するよう、設けられている。
【００３９】
操作部２３０は、位置検出プローブ５３０が挿入軸方向に動かないよう、また位置検出プローブ５３０が鉗子チャンネル２０３内でさらに不必要に回転しないよう、位置検出プローブ５３０を着脱可能に固定する図示しない固定治具を鉗子口２０１付近に設けている。
【００４０】
送信アンテナ５１０は巻線軸の配向の異なる複数の図示しない送信コイルを円筒形の筐体の中に一体に納めている。複数の送信コイルはそれぞれ位置配向算出装置５００に接続している。
【００４１】
図３に姿勢検出プレート５２０を示す。  
姿勢検出プレート５２０は、巻線軸が単軸のコイルからなるプレートコイル５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの３個を内蔵している。ここで、姿勢検出プレート５２０に固定した直交座標軸Ｏ”−ｘ”ｙ”ｚ”とその正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）ｉ”、ｊ”、ｋ”を図３のように定義する。３個のプレートコイルのうち２個はその巻線軸がｉ”方向、１個はその巻線軸がｊ”方向を向けられて固定されている。ここで、姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌを３個のプレートコイルの重心に定義する。姿勢検出プレート５２０は基準位置Ｌが被検者の肋骨の剣状突起の位置に重なるよう、付属のベルトを用いて、図３の体表接触面ＢＳで被検者に接触して固定される。
【００４２】
超音波画像処理装置６００は、参照画像記憶部６１０と、抽出回路６２０と、３次元ガイド画像作成回路６３０と、ボリュームメモリ６４０と、混合回路６５０と、表示回路６６０と、制御回路６７０とを設けている。
【００４３】
表示回路６６０はその入力を切り替えるスイッチ６６１を設けている。スイッチ６６１は、入力端子αと、入力端子βと、入力端子γと、入力端子δと、１個の出力端子ｄを設けている。入力端子αは、光学観察装置３００の図示しない出力端子と接続している。入力端子βは、参照画像記憶部６１０と接続している。入力端子γは、超音波観測装置４００の図示しない出力端子と接続している。入力端子δは、混合回路６５０と接続している。出力端子ｄは表示装置７００と接続している。
【００４４】
制御回路６７０は超音波画像処理装置６００内の各部、回路に指令を出力できるよう、各部、回路とは図示しない信号線で接続されている。制御回路６７０は超音波観測装置４００、マウス７１０、キーボード７２０と制御線ａ，ｂ，ｃで直接接続している。
【００４５】
参照画像記憶部６１０は、大容量のデータを保存できるハードディスクドライブ等からなる。参照画像記憶部６１０は、解剖学的な画像情報として、複数の参照画像データＲＤを記憶している。図４に示すように、参照画像データＲＤは、被検者以外の凍結人体を１ｍｍピッチで平行にスライスして撮った一辺６０ｃｍの正方形の写真データを、さらに画素ごとに器官別に分類後、色分けで属性を変えて得た画像データである。写真データの一辺を６０ｃｍにしたのは、頭部から足にかけての体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさだからである。図４の参照画像記憶部６１０内の参照画像データＲＤには説明の都合上、１番からＮ番までの番号が付されている。ここで、複数の参照画像データＲＤに対して固定した直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’とその正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）ｉ’、ｊ’、ｋ’と、原点Ｏ’とを図４のように１番の参照画像データの最も左下に定義する。
【００４６】
ボリュームメモリ６４０は大容量のデータを格納することができるよう構成されている。ボリュームメモリ６４０の一部の記憶領域にはボクセル空間ＶＸＳが割り当てられている。図５に示すように、ボクセル空間ＶＸＳは、直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’に対応したアドレスを持つメモリセル（以下、ボクセル）ＶＸからなっている。
【００４７】
キーボード７２０は、関心器官指定キー７２１と、参照点指定キー７２２と、体腔表面特徴点指定キー７２３と、体内深部特徴点指定キー７２４と、特徴点指定中止キー７２５と、走査制御キー７２６と、表示切換キー７２７としての、表示切換キーαと、表示切換キーβと、表示切換キーγと、表示切換キーδとを設けている。表示切換キーαもしくはβもしくはγもしくはδが押されると、制御回路６７０は表示回路６６０へスイッチ６６１を入力端子αもしくはβもしくはγもしくはδへ切り換えるよう指令を出力する。スイッチ６６１は、表示切換キーαが押されたときには入力端子αへ、表示切換キーβが押されたときには入力端子βへ、表示切換キーγが押されたときには入力端子γへ、表示切換キーδが押されたときには入力端子δへ切り換える。
【００４８】
［作用］
図１の各矢印線は以下の通りの信号、データの流れを示す。  
第１：点線は光学像に関わる信号・データの流れ、
第２：破線は超音波断層像に関わる信号・データの流れ、
第３：実線は位置に関わる信号・データの流れ、
第４：一点鎖線は参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れ、
第５：太線は３次元ガイド画像データ（後述）と超音波断層像データ（後述）とを合成した最終的な表示画面に関わる信号・データの流れ、
第６：曲線はそれ以外の制御に関わる信号・データの流れ。
【００４９】
第１の光学像に関わる信号・データの流れに沿って、本第１の実施の形態の作用を説明する。
【００５０】
硬性部２１０の図示しない照明光照射窓は光学視野範囲Ｒに照明光を照射する。ＣＣＤカメラ２１３は光学視野範囲Ｒの物体を撮像し、ＣＣＤ信号を出力する。光学観察装置３００はＣＣＤ信号を基にして光学視野範囲Ｒの画像のデータを作成し、このデータを光学像データとして超音波画像処理装置６００内の表示回路６６０のスイッチ６６１の入力端子αへ出力する。
【００５１】
第２の超音波断層像に関わる信号・データの流れに沿って、本第１の実施の形態の作用を説明する。  
術者が走査制御キー７２６を押すと、制御回路６７０はラジアル走査のオン／オフ制御を指令するための走査制御信号を超音波観測装置４００へ出力する。超音波観測装置４００は走査制御信号を受けてモータ２３１に回転のオン／オフを制御する回転制御信号を出力する。モータ２３１は回転制御信号を受けて超音波振動子２１４を回転させる。超音波振動子２１４は、体腔内で回転しながら、超音波の送信と反射波の受信とを繰り返して、各反射波を電気的な超音波信号に変換する。すなわち、超音波振動子２１４は可撓部２２０、硬性部２１０の挿入軸とは垂直な平面内で放射状に超音波の送受信を行う、所謂ラジアル走査を実施する。ロータリーエンコーダ２３２はモータ２３１の回転軸の角度を回転角度信号として超音波観測装置４００へ出力する。
【００５２】
この際、超音波観測装置４００は超音波振動子２１４を駆動するとともに、超音波振動子２１４により反射波から変換された超音波信号と、ロータリーエンコーダ２３２からの回転角度信号とから、超音波振動子２１４の１回転のラジアル走査に対し、可撓部２２０の挿入軸に垂直な１枚のデジタル化した超音波断層像データを作成し、超音波画像処理装置６００内の混合回路６５０と表示回路６６０のスイッチ６６１の入力端子γとへ出力する。超音波観測装置４００が超音波断層像データの１２時方向を超音波内視鏡２００に対してどの方向に向けて超音波断層像データを作成するかは、このロータリーエンコーダ２３２からの回転角度信号が決定することになる。この回転角度信号により、ラジアル走査面の法線方向ベクトルＶ、３時方向ベクトルＶ３、１２時方向ベクトルＶ１２が定義される。
【００５３】
第３の位置に関わる信号・データの流れに沿って、本第１の実施の形態の作用を説明する。  
位置配向算出装置５００は、送信アンテナ５１０の図示しない送信コイルを時分割で複数回励磁する。送信アンテナ５１０は、受信コイル５３２を構成する巻線軸の異なる３個のコイル、姿勢検出プレート５２０の３個のプレートコイル、のために計６回に分けて、空間に交番磁場を張る。受信コイル５３２を構成する巻線軸の異なる３個のコイル、３個のプレートコイルは、交番磁場を検出し、検出した磁場を位置電気信号に変換して位置配向算出装置５００へ出力する。
【００５４】
位置配向算出装置５００は、時分割に入力する各位置電気信号を基にして、受信コイル５３２の巻線軸が直交する３個のコイル位置と巻線軸の方向とを算出し、これら算出値から受信コイル５３２の位置と配向とを算出する。受信コイル５３２の位置と配向についての算出値の詳細は後述する。
【００５５】
位置配向算出装置５００は、時分割に入力する各位置電気信号を基にして、姿勢検出プレート５２０の３個のプレートコイルの位置と巻線軸の方向とを算出する。そして、位置配向算出装置５００は、３個のプレートコイルの位置の算出値から３個のプレートコイルの重心、すなわち姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌを算出する。さらに、位置配向算出装置５００は、３個のプレートコイルの巻線軸の方向の算出値から姿勢検出プレート５２０の配向を算出する。姿勢検出プレート５２０の基準位置と配向についての算出値の詳細は後述する。
【００５６】
位置配向算出装置５００は、上記算出した、受信コイル５３２の位置と配向、姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌと配向を位置・配向データとして超音波画像処理装置６００の３次元ガイド画像作成回路６３０へ出力する。  
ここで、本第１の実施の形態では、原点Ｏを送信アンテナ５１０上に定義して、術者が被検者を検査する実際の空間上に直交座標軸Ｏ−ｘｙｚとその正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）ｉ、ｊ、ｋを図６のように定義する。そして、位置・配向データの内容を時間ｔの関数として以下に定義する。位置・配向データを時間ｔの関数として定義したのは、受信コイル５３２、姿勢検出プレート５２０は空間上を動くため、その位置と配向の内容も時間ｔにより変化するからである。なお、位置配向算出装置５００はＶｃ（ｔ）とＶｂ（ｔ）の長さをあらかじめ単位長に規格化して出力する。
【００５７】
受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔ）の位置ベクトルＯＣ（ｔ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第１の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルＶｃ（ｔ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第２の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルＶｂ（ｔ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ）の位置ベクトルＯＬ（ｔ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の配向を示す３×３の回転行列Ｔ（ｔ）
ここで、Ｔ（ｔ）は図６の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚに対する姿勢検出プレート５２０の配向を示す回転行列である。
【００５８】
厳密には、３×３の回転行列Ｔ（ｔ）の（ｍ，ｎ）成分ｔｍｎ（ｔ）は、下式で定義される。ｉ”、ｊ”、ｋ”は図３に示す姿勢検出プレート５２０に固定された直交座標軸Ｏ”−ｘ”ｙ”ｚ”の正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）である。原点Ｏ”は姿勢検出プレート５２０と位置関係が固定されていればどこに取っても良いが、本第１の実施の形態では姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ）に取る。ただし、図３では説明の都合上、分かりやすいように直交座標軸Ｏ”−ｘ”ｙ”ｚ”とその正規直交基底ｉ”、ｊ”、ｋ”は姿勢検出プレート５２０とは離して描いている。下式では「・」は内積を意味する。
【００５９】
［数１］
0004700434.tif 000002
このようにＴ（ｔ）を定義すると、下式が成り立つ。
【００６０】
［数２］
0004700434.tif 000003
また、一般に、Ｔ（ｔ）は所謂オイラー角θ、φ、ψを用い、ｚ軸め周りの角度ψの回転、ｙ軸の周りの角度φの回転、ｘ軸の周りの角度θの回転をこの順序で、直交座標軸Ｏ−ｘｙｚに対して施したとき、姿勢検出プレート５２０上に仮想的に固定された直交座標軸Ｏ”−ｘ”ｙ”ｚ”と一致することを想定した行列であり下式でも表現される。被検者は時間とともに体位を変えるため、θ、φ、ψはいずれも時間ｔの関数である。
【００６１】
［数３］
0004700434.tif 000004
第４の参照画像データやそれを加工して作成されたデータの流れについては、超音波画像処理装置６００の詳細の作用とともに後述する。
【００６２】
第５の超音波断層像データと３次元ガイド画像データ（後述）とを合成した最終的な表示両面に関わる信号・データの流れに沿って、本第１の実施の形態の作用を説明する。
【００６３】
混合回路６５０は超音波観測装置４００からの超音波断層像データと３次元ガイド画像作成回路６３０（後述）からの３次元ガイド画像データとを並べて表示用の混合データを作成する。
【００６４】
表示回路６６０はこの混合データをアナログビデオ信号に変換する。
【００６５】
表示装置７００はこのアナログビデオ信号を基に超音波断層像と３次元ガイド画像とを並べて表示する。表示例を図２３に示す。
【００６６】
第６に制御に関わる信号・データの流れに沿って、本第１の実施の形態の作用を説明する。  
超音波画像処理装置６００内の３次元ガイド画像作成回路６３０、混合回路６５０、参照画像記憶部６１０、表示回路６６０は制御回路６７０からの指令により制御される。制御の詳細は超音波画像処理装置６００の詳細な作用とともに後述する。
【００６７】
図７は本第１の実施の形態の超音波画像処理装置６００、キーボード７２０、マウス７１０、表示装置７００の作用の全体を説明するフローチャートである。
【００６８】
図７に示すように、本第１の実施の形態のフローは、（Ｓ−１）関心器官抽出処理、（Ｓ−２）参照点指定処理、（Ｓ−３）体腔表面特徴点指定処理、（Ｓ−４）体内深部特徴点指定処理、（Ｓ−５）３次元ガイド画像作成・表示処理からなる。図８、図１１、図１３、図１５、図１８はその各々のフローチャートである。本第１の実施の形態ではこれらの処理がこの順番で実行される。以下、これらの処理の詳細を説明する。
【００６９】
（Ｓ−１）関心器官抽出処理の説明
図８を参照して、関心器官抽出処理の詳細を説明する。本第１の実施の形態では関心器官として、膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸を抽出する処理を例にあげて説明する。
【００７０】
（Ｓ−１−１）
術者は表示切換キーβを押す。表示回路６６０のスイッチ６６１は入力端子βに切り換わる。  
（Ｓ−１−２）
制御回路６７０は表示回路６６０に参照画像記憶部６１０から参照画像データを読み出させる。制御回路６７０は初回は１番の参照画像データを読み出させる。
【００７１】
（Ｓ−１−３）
表示回路６６０は参照画像データをアナログビデオ信号に変換し、アナログビデオ信号を表示装置７００に出力する。表示装置７００は参照画像を表示する。
【００７２】
（Ｓ−１−４）  
術者は表示装置７００の表示画面上で参照画像に関心器官が写っているかどうかを確認する。ここで、関心器官が写っていれば処理は（Ｓ−１−６）へ、写っていなければ処理は（Ｓ−１−５）ヘジャンプする。
【００７３】
（Ｓ−１−５）
術者はキーボード７２０上の所定のキーを押すか画面上のメニューをマウス７１０でクリックし、表示するべき参照画像データを他の参照画像データに選択し直す。本第１の実施の形態では、例えば術者は次の番号の参照画像データを選択するよう指示する。この後、制御回路６７０は処理を（Ｓ−１−２）ヘジャンプさせ、処理を繰り返す。
【００７４】
（Ｓ−１−６）
術者は表示装置７００の表示画面上に写っている関心器官を指定する。この様子を図９に示す。図９ではｎ番の参照画像データに対応する参照画像が表示されている。表示画面上には、参照画像が体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさで、画素ごとに器官別に色分けされて表示されている。図９では膵臓は水色、大動脈は赤、上腸間膜静脈は紫、十二指腸は黄で表示されている。また、表示画面上には、マウス７１０で動かすことのできるカーソルが表示されている。術者は、関心のある膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸の上に、順次カーソルを移動させ、それぞれの上で関心器官指定キー７２１を押す。
【００７５】
（Ｓ−１−７）
抽出回路６２０は１番からＮ番までの全ての参照画像データにわたり、指定された関心器官に対応する画素を抽出する。例えば、（Ｓ−１−６）で膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸が関心器官として指定されていれば、全ての参照画像データにわたり水色、赤、紫、黄の画素が抽出される。  
（Ｓ−１−８）
抽出回路６２０は、ボクセル空間ＶＸＳの全てのボクセルＶＸにデータを割り当てるよう、参照画像データごとに抽出されたデータを補間する。この補間された画素のデータをまとめて、抽出データと呼ぶ。
【００７６】
（Ｓ−１−９）
抽出回路６２０は、抽出データをボリュームメモリ６４０内のボクセル空間ＶＸＳへ書き出す。この際、抽出回路６２０は、抽出データを各々の画素の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’上の座標に対応したアドレスを持つボクセル空間ＶＸＳのボクセルＶＸヘ書き出す。ここで、抽出回路６２０は（Ｓ−１−７）で抽出した画素に対応するボクセルＶＸにはその画素の着色されたデータを、（Ｓ−１−７）で抽出した画素の間に相当するボクセルＶＸにはその画素を補間したデータを、それ以外のボクセルＶＸには０（透明）を割り当て、ボクセル空間ＶＸＳの全てのボクセルＶＸにデータを割り当てて稠密なデータを構築する。
【００７７】
ボクセル空間ＶＸＳへ書き出された抽出データを図１０に示す。図１０は関心器官として膵臓、大動脈、上腸間膜静脈、十二指腸が関心器官として指定された場合の図である。図１０では関心器官の形状が分かりやすいよう十二指腸は省略してある。
【００７８】
（Ｓ−２）参照点指定処理の説明
図１１を参照して、参照点指定処理の詳細を説明する。本第１の実施の形態では参照点として、剣状突起、十二指腸乳頭（総胆管の十二指腸への出口）、噴門（胃の入口）、幽門（胃の出口）、血管分岐を指定する処理を例にあげて説明する。血管分岐は、以下、本第１の実施の形態では腹腔動脈が総肝動脈と脾動脈とに分かれる分岐点（以下、腹腔動脈分岐）を例にとる。この腹腔動脈分岐に相当する領域は、被検者によらず「骨盤右端」などより小さい。さらに、短い腹腔動脈が大動脈とすぐつながっているため、被検者の体位によらず比較的動かない一定の位置に存在する。この分岐点は膵臓の背面すぐの体内深部に存在し、胃、十二指腸などの消化管には露出していない。
【００７９】
（Ｓ−２−１）〜（Ｓ−２−３）
図８の（Ｓ−１−１）〜（Ｓ−１−３）と同じである。  
（Ｓ−２−４）
術者は表示装置７００の表示画面上で参照画像に参照点が写っているかどうかを確認する。ここで、参照点が写っていれば処理は（Ｓ−２−６）へ、写っていなければ処理は（Ｓ−２−５）ヘジャンプする。  
（Ｓ−２−５）
図８の（Ｓ−１−５）と同じである。
【００８０】
（Ｓ−２−６）
術者は表示装置７００の表示画面上に写っている参照点を指定する。この様子を図１２に示す。図１２ではｍ番の参照画像データに対応する参照画像が表示されている。表示画面上には、参照画像が体軸に垂直な人体の横断面全体がほぼ入る大きさで、画素ごとに器官別に色分けされて表示されている。図１２では剣状突起が表示されている。また、表示画面上には、マウス７１０で動かすことのできるカーソルが表示されている。術者は、参照点として関心のある点（剣状突起）の上にカーソルを移動させ、その上で参照点指定キー７２２を押す。
【００８１】
（Ｓ−２−７）
抽出回路６２０は指定された参照点の位置ベクトルの直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における方向成分をボリュームメモリ６４０に書き出す。  
（Ｓ−２−８）
制御回路６７０は、５つの参照点の指定が終了している場合には参照点指定処理を終了させ、それ以外の場合には処理を（Ｓ−２−２）ヘジャンプさせ、処理を繰り返す。
【００８２】
このようにして術者が指定した５参照点を、指定した順番に参照点Ｌ’、Ｐ０’、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’とする。本第１の実施の形態では、以下、この参照点Ｌ’は剣状突起、Ｐ０’は十二指腸乳頭、Ｐ１’は噴門、Ｐ２’は幽門、Ｐ３’は腹腔動脈分岐として説明する。
【００８３】
抽出回路６２０は、参照点が指定される順に、位置ベクトルＯ’Ｌ’の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分（ｘＬ’、ｙＬ’、ｚＬ’）と、位置ベクトルＯ’Ｐ０’の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分（ｘｐ０’、ｙｐ０’、ｚｐ０’）と、位置ベクトルＯ’Ｐ１’の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分（ｘｐ１’、ｙｐ１’、ｚｐ１’）と、位置ベクトルＯ’Ｐ２’の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分（ｘｐ２’、ｙｐ２’、ｚｐ２’）と、位置ベクトルＯ’Ｐ３’の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分（ｘｐ３’、ｙｐ３’、ｚｐ３’）とをボリュームメモリ６４０に書き出す。各参照画像データは一辺６０ｃｍで一定の大きさであり、一定の１ｍｍピッチで平行であるため、抽出回路６２０は各方向成分を演算できる。  
直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分が上記の通り定義できたため、下式が成り立つ。
【００８４】
［数４］
0004700434.tif 000005
（Ｓ−３）体腔表面特徴点指定処理の説明
図１３を参照して、体腔表面特徴点指定処理の詳細を説明する。以下に説明する「特徴点」Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、「参照点」Ｐ０’、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’に解剖学的に対応する、被検者の体腔表面上もしくは体内深部の実際の点である。本第１の実施の形態では特徴点として、参照点のうち剣状突起を除く十二指腸乳頭、噴門、幽門、腹腔動脈分岐を指定する処理を例にあげて説明する。
【００８５】
参照点Ｐ０’と特徴点Ｐ０は十二指腸乳頭、参照点Ｐ１’と特徴点Ｐ１は噴門、参照点Ｐ２’と特徴点Ｐ２は幽門、参照点Ｐ３’と特徴点Ｐ３は腹腔動脈分岐であるから、特徴点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２は被検者の体腔表面上の点、特徴点Ｐ３は被検者の体内深部の点である。  
従って、以下で説明する（Ｓ−３）体腔表面特徴点指定処理のフローの中では、被検者の体腔表面上の特徴点Ｐ０の十二指腸乳頭、特徴点Ｐ１の噴門、特徴点Ｐ２の幽門を指定する処理のみ説明する。
【００８６】
（Ｓ−３−１）
術者は表示切換キーαを押す。表示回路６６０のスイッチ６６１は入力端子αに切り換わる。  
（Ｓ−３−２）
表示回路６６０は光学観察装置３００からの光学像データをアナログビデオ信号に変換し、アナログビデオ信号を表示装置７００に出力する。表示装置７００は光学像を表示する。
【００８７】
（Ｓ−３−３）  
術者は硬性部２１０と可撓部２２０を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部２１０を特徴点（十二指腸乳頭）近傍へ移動する。
【００８８】
（Ｓ−３−４）
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ５３０を鉗子口２０１から挿入し、突出口２０２から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ５３０の先端を特徴点（十二指腸乳頭）に接触させる。  
この様子を図１４に示す。図１４は光学像の表示画面を示している。図１４では表示画面に光学像が表示されている。光学像には十二指腸乳頭と位置検出プローブ５３０とが写っている。術者は光学像を見ながら、位置検出プローブ５３０の先端を十二指腸乳頭に接触させる。
【００８９】
（Ｓ−３−５）
術者は体腔表面特徴点指定キー７２３を押す。この時刻をｔ０と定義する。  
（Ｓ−３−６）
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から位置・配向データを取り込む。  
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置・配向データより位置検出プローブ５３０先端の受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔ０）の位置ベクトルＯＣ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。
【００９０】
十二指腸乳頭の位置Ｐ０の位置ベクトルＯＰ０（ｔ０）とその直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ０（ｔ０）、ｙｐ０（ｔ０）、ｚｐ０（ｔ０）は、ＯＰ０（ｔ０）がＯＣ（ｔ０）と同じであるから下式で表現できる。
【００９１】
［数５］
0004700434.tif 000006
このとき、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に再び姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ０）の位置ベクトルＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。  
さらに、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に姿勢検出プレート５２０の基準点Ｌ（ｔ０）の配向を示す回転行列Ｔ（ｔ０）とを取得する。  
位置ベクトルＯＬ（ｔ０）と回転行列Ｔ（ｔ０）とは被検者の体位の変化による、特徴点Ｐ０の位置の変化を補正するときに用いる。
【００９２】
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ０でのＯＰ０（ｔ０）、ＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ０）とを取得できたことになる。
【００９３】
（Ｓ−３−７）
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ０でのＯＰ０（ｔ０）、ＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ０）とをボリュームメモリ６４０に書き出す。  
（Ｓ−３−８）
制御回路６７０は、このステップまでに術者からの特徴点指定中止キー７２５ヘの入力がある場合には体腔表面特徴点指定処理を終了させる。それ以外の場合には処理を（Ｓ−３−３）ヘジャンプさせ、（Ｓ−３−３）〜（Ｓ−３−７）までの処理を繰り返す。
【００９４】
上記した（Ｓ−３−３）〜（Ｓ−３−７）では体腔表面の特徴点を十二指腸乳頭として説明したが、本第１の実施の形態ではさらに（Ｓ−３−３）〜（Ｓ−３−７）までの処理を繰り返す過程で、噴門、幽門の順で同様の作用を実施する。この作用を噴門での作用では（Ｓ−３−３）’〜（Ｓ−３−７）’、幽門での作用では（Ｓ−３−３）”〜（Ｓ−３−７）”として以下に示す。図１３からは省略する。
【００９５】
術者は十二指腸乳頭、噴門、幽門の３つの体腔表面特徴点を入力した後、特徴点指定中止キー７２５を押す。図１３からは省略する。  
繰り返しの２目目では以下の通りである。
【００９６】
（Ｓ−３−３）’
術者は硬性部２１０と可撓部２２０を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部２１０を特徴点（噴門）近傍へ移動する。  
（Ｓ−３−４）’
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ５３０を鉗子口２０１から挿入し、突出口２０２から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ５３０の先端を特徴点（噴門）に接触させる。  
（Ｓ−３−５）’
術者は体腔表面特徴点指定キー７２３を押す。この時刻をｔ１と定義する。
【００９７】
（Ｓ−３−６）’
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から位置・配向データを取り込む。  
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置・配向データより位置検出プローブ５３０先端の受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔ１）の位置ベクトルＯＣ（ｔ１）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。  
十二指腸乳頭の位置Ｐ１の位置ベクトルＯＰ１（ｔ１）とその直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ１（ｔ１）、ｙｐ１（ｔ１）、ｚｐ１（ｔ１）は、ＯＰ１（ｔ１）がＯＣ（ｔ１）と同じであるから下式で表現できる。
【００９８】
［数６］
0004700434.tif 000007
このとき、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に再び姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ１）の位置ベクトＯＬ（ｔ１）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。  
さらに、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に姿勢検出プレート５２０の基準点Ｌ（ｔ１）の配向を示す回転行列Ｔ（ｔ１）とを取得する。  
位置ベクトルＯＬ（ｔ１）と回転行列Ｔ（ｔ１）とは被検者の体位の変化による、特徴点Ｐ１の位置の変化を補正するときに用いる。
【００９９】
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ１でのＯＰ１（ｔ１）、ＯＬ（ｔ１）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ１）とを取得できたことになる。  
（Ｓ−３−７）’
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ１でのＯＰ１（ｔ１）、ＯＬ（ｔ１）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ１）とをボリュームメモリ６４０に書き出す。  
繰り返しの３回目では以下の通りである。
【０１００】
（Ｓ−３−３）”
術者は硬性部２１０と可撓部２２０を被検者の体腔へ挿入し、光学像を観察しながら特徴点を探し、硬性部２１０を特徴点（幽門）近傍へ移動する。  
（Ｓ−３−４）”
術者は光学像を観察しながら、位置検出プローブ５３０を鉗子口２０１から挿入し、突出口２０２から突出させる。そして、術者は、光学像視野下で位置検出プローブ５３０の先端を特徴点（幽門）に接触させる。  
（Ｓ−３−５）”
術者は体腔表面特徴点指定キー７２３を押す。この時刻をｔ２と定義する。
【０１０１】
（Ｓ−３−６）”
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から位置・配向データを取り込む。  
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置・配向データより位置検出プローブ５３０先端の受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔ２）の位置ベクトルＯＣ（ｔ２）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。  
十二指腸乳頭の位置Ｐ２の位置ベクトルＯＰ２（ｔ２）とその直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ２（ｔ２）、ｙｐ２（ｔ２）、ｚｐ２（ｔ２）は、ＯＰ２（ｔ２）がＯＣ（ｔ２）と同じであるから下式で表現できる。
【０１０２】
［数７］
0004700434.tif 000008
このとき、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に再び姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ２）の位置ベクトルＯＬ（ｔ２）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分を取得する。  
さらに、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から同時に姿勢検出プレート５２０の基準点Ｌ（ｔ２）の配向を示す回転行列Ｔ（ｔ２）とを取得する。  
位置ベクトルＯＬ（ｔ２）と回転行列Ｔ（ｔ２）とは被検者の体位の変化による、特徴点Ｐ２の位置の変化を補正するときに用いる。
【０１０３】
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ２でのＯＰ２（ｔ２）、ＯＬ（ｔ２）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ２）とを取得できたことになる。  
（Ｓ−３−７）”
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ２でのＯＰ２（ｔ２）、ＯＬ（ｔ２）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ２）とをボリュームメモリ６４０に書き出す。
【０１０４】
（Ｓ−４）体内深部特徴点指定処理の説明
図１５を参照して、体内深部特徴点指定処理の詳細を説明する。参照点Ｐ３’と特徴点Ｐ３は腹腔動脈分岐であるから、特徴点Ｐ３は被検者の体内深部の点である。    
（Ｓ−４−１）
術者は位置検出プローブ５３０の鉗子口マーカ５３４と鉗子口２０１の開口面との位置を一致させる。このとき、位置検出プローブ５３０の先端の位置と突出口２０２の開口面の位置とがー致し、受信コイル５３２が超音波振動子２１４のラジアル走査の回転中心のごく近傍となる。  
さらに術者は位置検出プローブ５３０の１２時方向マーカ５３５と操作部２３０の鉗子口２０１周囲に設けられた１２時方向マーカ５３６との位置が一致するまで位置検出プローブ５３０を回転させる。このとき、図２のベクトルＶｃが図１のベクトルＶと、図２のベクトルＶａが図１のベクトルＶ３と、図２のベクトルＶｂが図１のベクトルＶ１２と、それぞれ一致する。
【０１０５】
そして、術者は位置検出プローブ５３０が鉗子チャンネル２０３で動かないよう固定する。  
このように固定することで、位置・配向データの内容は以下のように解釈される。
【０１０６】
受信コイル５３２は超音波振動子２１４の近傍に固定されるため、受信コイル５３２のＯＣ（ｔ）は超音波振動子２１４の回転中心位置の位置ベクトルと考えて実使用上差し支えない。  
受信コイル５３２の第１の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルＶｃが図１のベクトルＶと一致するため、Ｖｃ（ｔ）は超音波振動子２１４のラジアル走査面の法線方向、すなわち超音波断層像データの法線方向を示すベクトルＶと考えて実使用上差し支えない。
【０１０７】
受信コイル５３２の第２の巻線軸方向を示す方向単位ベクトルＶｂ（ｔ）が図１のベクトルＶ１２と一致するため、Ｖｂ（ｔ）は超音波振動子２１４のラジアル走査面の１２時方向を示すベクトルＶ１２と考えて実使用上差し支えない。  
以下、ＶとＶ１２とを時間の関数Ｖ（ｔ）、Ｖ１２（ｔ）とし、Ｖｃ（ｔ）をＶ（ｔ）に、Ｖｂ（ｔ）をＶ１２（ｔ）に置き換えて説明する。
【０１０８】
（Ｓ−４−２）
術者は表示切換キーγを押す。表示回路６６０のスイッチ６６１は入力端子γに切り換わる。  
（Ｓ−４−３）
術者は走査制御キー７２６を押す。超音波振動子２１４はラジアル走査を開始する。  
（Ｓ−４−４）
表示回路６６０は超音波観測装置４００からの超音波断層像データをアナログビデオ信号に変換し、超音波断層像を表示装置７００に出力する。表示装置７００は超音波断層像を表示する。
【０１０９】
（Ｓ−４−５）
術者は超音波断層像を観察しながら可撓部２２０、硬性部２１０を動かし、向きを変えて特徴点（腹腔動脈分岐）を探し、特徴点を超音波断層像上に描出する。  
この様子を図１６に示す。図１６は超音波断層像の表示画面を示している。図１６では表示画面に超音波断層像がカーソルを重畳されて表示されている。超音波断層像には大動脈、腹腔動脈、総肝動脈、脾動脈が写っている。腹腔動脈分岐は腹腔動脈が総肝動脈と脾動脈とへ枝分かれする部分である。図１６では説明の都合上、腹腔動脈分岐は点線の仮想円で示されている。腹腔動脈分岐は実際の被検者の体内では直径１〜２ｃｍ程度の円内に収まる領域である。
【０１１０】
（Ｓ−４−６）
術者はマウス７１０を用いて、図１６の点線矢印で示すようにカーソルを動かし、腹腔動脈分岐の部分を指し示す。  
図１７に、このときの超音波断層像の表示画面を示している。術者がカーソルで指し示した画面中心からのアドレスを（−Ｑ１，−Ｑ２）で示している。アドレスは、縦は１２時方向、横は３時方向が正である。  
そして、術者は体内深部特徴点指定キー７２４を押す。この時刻をｔ３と定義する。  
（Ｓ−４−７）
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００から位置・配向データを取り込む。具体的には以下のデータである。
【０１１１】
受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔ３）の位置ベクトルＯＣ（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第１の巻線軸方向を示す方向ベクトルＶ（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第２の巻線軸方向を示す方向ベクトルＶ１２（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔ３）の位置ベクトルＯＬ（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の配向を示す３×３の回転行列Ｔ（ｔ３）
ＯＣ（ｔ３）、Ｖ（ｔ３）、Ｖ１２（ｔ３）を取り込むのは、後述する通り、特徴点Ｐ３の位置ベクトルＯＰ３（ｔ３）とその直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ３（ｔ３）、ｙｐ３（ｔ３）、ｚｐ３（ｔ３）を計算するためである。
【０１１２】
ＯＬ（ｔ３）とＴ（ｔ３）を取り込むのは、後述する通り、３次元ガイド画像作成回路６３０が常に被検者の体位変化により移動する特徴点Ｐ３の現在位置を正しく補正するためである。  
（Ｓ−４−８）
３次元ガイド画像作成回路６３０はアドレス（−Ｑ１，−Ｑ２）を用いて、この時刻ｔ３での特徴点Ｐ３の位置ベクトルＯＰ３（ｔ３）を算出する。  
超音波振動子２１４の回転中心位置、すなわち超音波断層像の中心は点Ｃ（ｔ３）で、その位置ベクトルはＯＣ（ｔ３）である。
【０１１３】
超音波断層像の法線方向を示す方向単位ベクトルはＶ（ｔ３）、ラジアル走査面の１２時方向を示す方向単位ベクトルはＶ１２（ｔ３）であるから、超音波断層像の３時方向を示す方向単位ベクトルはＶ１２（ｔ３）×Ｖ（ｔ３）と書ける。これら３つのベクトルＶ（ｔ３）、Ｖ１２（ｔ３）、Ｖ１２（ｔ３）×Ｖ（ｔ３）と超音波断層像との位置関係は図１７に示されている。ここで、Ｖ１２（ｔ３）×Ｖ（ｔ３）はＶ１２（ｔ３）とＶ（ｔ３）との外積である。  
特徴点Ｐ３の位置ベクトルＯＰ３（ｔ３）は図１７より下式で求められる。
【０１１４】
［数８］
0004700434.tif 000009
ＯＣ（ｔ３）、Ｖ（ｔ３）、Ｖ１２（ｔ３）はいずれも直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分で表現できるので、腹腔動脈分岐の位置Ｐ３の位置ベクトルＯＰ３（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ３（ｔ３）、ｙｐ３（ｔ３）、ｚｐ３（ｔ３）は上式から求めることができる。ＯＰ３（ｔ３）とその直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ３（ｔ３）、ｙｐ３（ｔ３）、ｚｐ３（ｔ３）とは以下の関係がある。
【０１１５】
［数９］
0004700434.tif 000010
（Ｓ−４−９）
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの時刻ｔ３でのＯＰ３（ｔ３）、ＯＬ（ｔ３）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ３）とをボリュームメモリ６４０に書き出す。  
（Ｓ−４−１０）
制御回路６７０は、このステップまでに術者からの特徴点指定中止キー７２５ヘの入力がある場合には体内深部特徴点指定処理を終了させる。それ以外の場合には処理を（Ｓ−４−５）ヘジャンプさせ、（Ｓ−４−５）〜（Ｓ−４−９）までの処理を繰り返す。
【０１１６】
本第１の実施の形態では、体内深部の特徴点をこの腹腔動脈分岐１点として説明し、術者が腹腔動脈分岐を入力した後、特徴点指定中止キー７２５を押し、繰り返さない例として説明する。何故なら、特徴点は参照点と同じく４点必要であるが、既に十二指腸乳頭、噴門、幽門の３特徴点は体腔表面特徴点指定処理で指定済みであり、体内深部特徴点として残り１点があれば、特徴点として４点揃うからである。
【０１１７】
（Ｓ−５）３次元ガイド画像作成・表示処理の説明
図１８を参照して、３次元ガイド画像作成・表示処理の詳細を説明する。  
（Ｓ−５−１）
（Ｓ−４−１）と同じである。  
（Ｓ−５−２）、
術者は表示切換キーδを押す。表示回路６６０のスイッチ６６１は入力端子δに切り換わる。
【０１１８】
（Ｓ−５−３）
３次元ガイド画像作成回路６３０はボリュームメモリ６４０から５つの参照点Ｌ’、Ｐ０’、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’の位置ベクトルの直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分を読み出す。そして、３次元ガイド画像作成回路６３０はボリュームメモリ６４０から４つの特徴点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置ベクトルの直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列とを読み出す。  
（Ｓ−５−４）
術者は走査制御キー７２６を押す。超音波振動子２１４はラジアル走査を開始する。ラジアル走査に応じて、混合回路６５０には超音波観測装置４００から逐次超音波断層像データが入力する。
【０１１９】
（Ｓ−５−５）
超音波振動子２１４が１回のラジアル走査をして超音波観測装置４００が超音波断層像データを作成し、超音波断層像データが超音波観測装置４００から混合回路６５０に入力するたびに、制御回路６７０は３次元ガイド画像作成回路６３０に指令を出す。  
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの指令により位置配向算出装置５００から位置・配向データを取り込む。この時刻をｔｓと定義する。
【０１２０】
３次元ガイド画像作成回路６３０は位置・配向データより以下のデータを取得する。
【０１２１】
受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔｓ）の位置ベクトルＯＣ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第１の巻線軸方向を示す方向ベクトルＶ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
受信コイル５３２の第２の巻線軸方向を示す方向ベクトルＶ１２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の基準位置Ｌ（ｔｓ）の位置ベクトルＯＬ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分
姿勢検出プレート５２０の配向を示す３×３の回転行列Ｔ（ｔｓ）
ＯＣ（ｔｓ）、Ｖ（ｔｓ）、Ｖ１２（ｔｓ）を取得するのは、後述する通り、３次元ガイド画像作成回路６３０が常にラジアル走査面の位置と方向を正しく補正するためである。
【０１２２】
ＯＬ（ｔｓ）とＴ（ｔｓ）を取得するのは、後述する通り、３次元ガイド画像作成回路６３０が常に被検者の体位変化により移動する特徴点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の現在位置を正しく補正するためである。  
（Ｓ−５−６）
３次元ガイド画像作成回路６３０は時刻ｔｓにおける特徴点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を、被検者の体位変化を考慮して正しく補正し算出する。このとき、被検者の体は伸縮したり歪んだりすることがなく、Ｌ（剣状突起）、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の互いの位置関係は時間的に不変と仮定する。  
以下、時刻ｔｓにおける特徴点Ｐ０の位置の算出方法を例にとり具体的に説明する。
【０１２３】
姿勢検出プレート５２０の、基準位置Ｌの位置ベクトルＯＬ（ｔ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、配向を示す回転行列Ｔ（ｔ）とは、被検者の体位変化に応じて逐次変化する。
【０１２４】
（Ｓ−３−７）において、時刻ｔ０でのＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ０）とは同時にボリュームメモリ６４０に書き出され、記憶されている。  
（Ｓ−５−５）において、時刻ｔｓでのＯＬ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔｓ）とは同時に３次元画像作成回路により取得されている。  
従って、時刻ｔ０からｔｓまでの被検者の体位変化は、ＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分とＯＬ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分との変化、及び、回転行列Ｔ（ｔ０）と回転行列Ｔ（ｔｓ）との変化とから算出することができる。
【０１２５】
（Ｓ−３−７）において、時刻ｔ０での特徴点Ｐ０の位置ベクトルＯＰ０（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ０（ｔ０）、ｙｐ０（ｔ０）、ｚｐ０（ｔ０）はボリュームメモリ６４０に書き出され、記憶されている。
【０１２６】
従って、時刻ｔｓでの特徴点Ｐ０の位置ベクトルＯＰ０（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ０（ｔｓ）、ｙｐ０（ｔｓ）、ｚｐ０（ｔｓ）は、ＯＬ（ｔ０）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔ０）と、ＯＬ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分と、回転行列Ｔ（ｔｓ）とを用い、ｘｐ０（ｔ０）、ｙｐ０（ｔ０）、ｚｐ０（ｔ０）から求めることができる。
【０１２７】
すなわち、時刻ｔｓにおける特徴点Ｐ０の位置は、（Ｓ−３−７）で既にボリュームメモリ６４０に記憶された値と、（Ｓ−５−５）で３次元ガイド画像作成回路６３０が取り込んだ位置・配向データとから、被検者の体位変化を考慮して正しく補正され算出される。  
時刻ｔｓにおける特徴点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置の算出方法も同様である。結局、以下の値が被検者の体位変化を考慮して正しく補正され算出される。
【０１２８】
ＯＰ０（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ０（ｔｓ）、ｙｐ０（ｔｓ）、ｚｐ０（ｔｓ）
ＯＰ１（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ１（ｔｓ）、ｙｐ１（ｔｓ）、ｚｐ１（ｔｓ）
ＯＰ２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ２（ｔｓ）、ｙｐ２（ｔｓ）、ｚｐ２（ｔｓ）
ＯＰ３（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分ｘｐ３（ｔｓ）、ｙｐ３（ｔｓ）、ｚｐ３（ｔｓ）
（Ｓ−５−７）
以下、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は特徴点とラジアル走査面６３１を示している。図２０は参照点と超音波断層像マーカ６３２を示している。
【０１２９】
３次元ガイド画像作成回路６３０は、抽出データとともにボクセル空間ＶＸＳの中で超音波断層像を示すべき指標（以下、超音波断層像マーカ）６３２の位置と配向とを算出する。図２１に超音波断層像マーカ６３２を示す。超音波断層像マーカ６３２は、ボクセル空間ＶＸＳの中で超音波振動子２１４の１回転のラジアル走査に対して超音波観測装置４００が出力する超音波断層像データと解剖学的に位置と配向とが一致する模式図である。
【０１３０】
図２０に示す通り、超音波断層像マーカ６３２の中心位置を点Ｃ’（ｔｓ）、超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルをＶ’（ｔｓ）、１２時方向ベクトルをＶ１２’（ｔｓ）と定義する。すると、３時方向ベクトルはＶ１２’（ｔｓ）×Ｖ’（ｔｓ）となるため、超音波断層像マーカ６３２は図１９が示すように位置ベクトルが下式を満足する点Ｒ’（ｔｓ）の集合となる。ここで、Ｖ１２’（ｔｓ）×Ｖ’（ｔｓ）はＶ１２’（ｔｓ）とＶ’（ｔｓ）との外積である。Ｘ’は点Ｒ’（ｔｓ）と点Ｃ’（ｔｓ）との間の３時方向の距離、Ｙ’は点Ｒ’（ｔｓ）と点Ｃ’（ｔｓ）との間の１２時方向の距離である。
【０１３１】
［数１０］
0004700434.tif 000011
以下、（１）超音波断層像データの平面上の任意点と超音波断層像マーカ６３２上の点との対応関係、（２）超音波断層像マーカ６３２の位置と配向として、その中心位置、法線方向、１２時方向の算出方法の原理について説明する。  
３次元ガイド画像作成回路６３０はこの原理の説明で最終的に得られる（３３）式と（３４）式とより中心位置Ｃ’（ｔｓ）の位置ベクトルＯ’Ｃ’（ｔｓ）とその直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分を、（４０）式もしくは、（４４）式と（４５）式とで超音波断層像マーカ６３２の１２時方向ベクトルＶ１２’（ｔｓ）とその直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分を、（５７）式と（５８）式とで超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルＶ’（ｔｓ）とその直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分を算出する。
【０１３２】
（１）超音波断層像データの平面上の任意点と超音波断層像マーカ６３２上の点との対応関係
点Ｒ（ｔｓ）を直交座標軸Ｏ−ｘｙｚ上にあるラジアル走査面６３１上の任意点とする。点Ｐ０と点Ｒ（ｔｓ）との間の位置ベクトルＰ０Ｒ（ｔｓ）は適当な実数ａ、ｂ、ｃをとって下式の通り表現することができる。なお、下式ではベクトルを全て時間の関数にして扱っている。
【０１３３】
［数１１］
0004700434.tif 000012
一方、参照画像データ上の参照点Ｐ０’、Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’は、各々特徴点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に解剖学的に同じ位置として対応づけられている。さらに、人体の解剖学的な構造が人によらず凡そ同じであると考えられる。そのため、点Ｒ（ｔｓ）が特徴点を頂点とする三角錐Ｐ０Ｐ１Ｐ２Ｐ３に対して特定の位置にあるとすると、参照画像データ上の参照点を頂点とする三角錐Ｐ０’Ｐ１’Ｐ２’Ｐ３’に対して同等の位置にある点Ｒ’（ｔｓ）は点Ｒ（ｔｓ）と解剖学的に同じ器官、もしくは同じ組織上の点に相当すると仮定することができる。この仮定の下では、（１７）式のａ、ｂ、ｃを使って下式のように同様に表現できる直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’上にある点Ｒ’（ｔｓ）こそが点Ｒ（ｔｓ）の解剖学的な対応点と言える。
【０１３４】
［数１２］
0004700434.tif 000013
ここで、点Ｒ（ｔｓ）の位置ベクトルＯＲ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘＲ（ｔｓ）、ｙＲ（ｔｓ）、ｚＲ（ｔｓ）と定義し、点Ｒ’（ｔｓ）の位置ベクトルＯ’Ｒ’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘＲ’（ｔｓ）、ｙＲ’（ｔｓ）、ｚＲ’（ｔｓ）と定義すると、下式が成り立つ。
【０１３５】
［数１３］
0004700434.tif 000014
以下では、これまでに出てきた式を基に、直交座標軸Ｏ−ｘｙｚ上にあるラジアル走査面上の任意点Ｒ（ｔｓ）の解剖学的な対応点Ｒ’（ｔｓ）の位置ベクトルＯ’Ｒ’とその直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分ｘＲ’（ｔｓ）、ｙＲ’（ｔｓ）、ｚＲ’（ｔｓ）とを求める。  
まず、（１７）式より、下式が成り立つ。
【０１３６】
［数１４］
0004700434.tif 000015
（２１）式に（１９）式と、（Ｓ−５−６）で算出したＯＰ０（ｔｓ）、ＯＰ１（ｔｓ）、ＯＰ２（ｔｓ）、ＯＰ３（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分（ｘｐ０（ｔｓ）、ｙｐ０（ｔｓ）、ｚｐ０（ｔｓ））と、（ｘｐ１（ｔｓ）、ｙｐ１（ｔｓ）、ｚｐ１（ｔｓ））と、（ｘｐ２（ｔｓ）、ｙｐ２（ｔｓ）、ｚｐ２（ｔｓ））と、（ｘｐ３（ｔｓ）、ｙｐ３（ｔｓ）、ｚｐ３（ｔｓ））とを代入して、下式が成り立つ。
【０１３７】
［数１５］
0004700434.tif 000016
ここで、以降の式を簡単に表現するために３×３行列Ｑ（ｔｓ）を下式で定義する。  
［数１６］
0004700434.tif 000017
（２３）式を（２２）式に代入して
［数１７］
0004700434.tif 000018
故に下式が成り立つ。ここでＱ（ｔｓ）−１はＱ（ｔｓ）の逆行列を意味する。
【０１３８】
［数１８］
0004700434.tif 000019
一方、（１８）式からも（２１）式と同様な式が導かれる。  
［数１９］
0004700434.tif 000020
（２１）式に（１９）式と、（Ｓ−５−６）で算出したＯＰ０（ｔｓ）、ＯＰ１（ｔｓ）、ＯＰ２（ｔｓ）、OＰ３（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分とを代入して（２２）式が導かれたのと同様に、（２６）式に（７）〜（１０）式と（２０）式とを代入して下式が成り立つ。
【０１３９】
［数２０］
0004700434.tif 000021
ここで、以降の式を簡単に表現するために３×３行列Ｑ’を下式で定義する。  
［数２１］
0004700434.tif 000022
（２８）式を（２７）式に代入して下式を得る。
【０１４０】
［数２２］
0004700434.tif 000023
（２５）式で、ａ、ｂ、ｃが求まっているから、これを（２９）式へ代入して、下式を得る。  
［数２３］
0004700434.tif 000024
故に、下式を得る
［数２４］
0004700434.tif 000025
こうして、（２０）式と（３１）式とで直交座標軸Ｏ−ｘｙｚ上にあるラジアル走査面６３１上の任意点Ｒ（ｔｓ）の解剖学的な対応点Ｒ’（ｔｓ）の位置ベクトルＯ’Ｒ’（ｔｓ）とその直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分ｘＲ’（ｔｓ）、ｙＲ’（ｔｓ）、ｚＲ’（ｔｓ）とを求めることができた。つまり、ラジアル走査面６３１上の任意点Ｒ（ｔｓ）に対し、３次元ガイド画像作成回路６３０が（Ｓ−５−３）でボリュームメモリ６４０から読み出した５つの参照点と４特徴点の位置ベクトルの方向成分と回転行列とを用い、（２０）式と（３１）式とで計算できる点Ｒ’（ｔｓ）の集合こそが超音波断層像マーカ６３２なのである。
【０１４１】
（２）超音波断層像マーカ６３２の中心位置、法線方向、１２時方向の算出方法
（３１）式で直交座標軸Ｏ−ｘｙｚ上にあるラジアル走査面６３１上の任意点Ｒ（ｔｓ）と、直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’上にある解剖学的な対応点Ｒ’（ｔｓ）との対応関係を求めることができた。  
以下、超音波断層像マーカ６３２の中心位置Ｃ’（ｔｓ）、法線方向ベクトルＶ’（ｔｓ）、１２時方向ベクトルＶ12’（ｔｓ）の算出方法について、それぞれ述べる。
【０１４２】
（２）−１：超音波断層像マーカの中心位置Ｃ’（ｔｓ）の算出
受信コイル５３２の位置Ｃ（ｔｓ）の解剖学上の対応点をＣ’（ｔｓ）とする。点Ｃ（ｔｓ）は超音波振動子２１４の回転中心であるため、結局ラジアル走査面６３１の中心である。故に、点Ｃ’（ｔｓ）は超音波断層像マーカ６３２の中心である。
【０１４３】
ＯＣ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘｃ（ｔｓ）、ｙｃ（ｔｓ）、ｚｃ（ｔｓ）とすれば下式が成り立つ。
【０１４４】
［数２５］
0004700434.tif 000026
Ｏ’Ｃ’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘｃ’（ｔｓ）、ｙｃ’（ｔｓ）、ｚｃ’（ｔｓ）とすれば下式が成り立つ。
【０１４５】
［数２６］
0004700434.tif 000027
（３１）式では点Ｒ（ｔｓ）がラジアル走査面６３１上の任意点であったため、点Ｒ（ｔｓ）を点Ｃ（ｔｓ）、点Ｒ’（ｔｓ）を点Ｃ’（ｔｓ）と考えれば、下式が成り立つ。
【０１４６】
［数２７］
0004700434.tif 000028
（３３）式、（３４）式より参照画像データ上における超音波断層像マーカ６３２の中心位置Ｃ’（ｔｓ）が求められた。
【０１４７】
（２）−２：超音波断層像マーカ６３２の１２時方向ベクトルＶ１２’（ｔｓ）の算出
ラジアル走査面６３１上で、平面の中心Ｃ（ｔｓ）から１２時方向へ単位距離にある点をＲ１２（ｔｓ）とする。点Ｒ１２（ｔｓ）は図示されていない。点Ｒ１２（ｔｓ）の解剖学上の対応点を点Ｒ１２’（ｔｓ）とする。  
ＯＲ１２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘＲ１２（ｔｓ）、ｙＲ１２（ｔｓ）、ｚＲ１２（ｔｓ）とすれば下式が成り立つ。
【０１４８】
［数２８］
0004700434.tif 000029
Ｏ’Ｒ１２’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘＲ１２’（ｔｓ）、ｙＲ１２’（ｔｓ）、ｚＲ１２’（ｔｓ）とすれば下式が成り立つ。  
［数２９］
0004700434.tif 000030
（３１）式では点Ｒ（ｔｓ）がラジアル走査面６３１上の任意点であったため、点Ｒ（ｔｓ）を点Ｒ１２（ｔｓ）、点Ｒ’（ｔｓ）を点Ｒ１２’（ｔｓ）と考えれば（３１）式より以下の式を得る。
【０１４９】
［数３０］
0004700434.tif 000031
（３６）式、（３７）式よりラジアル走査面６３１の中心Ｃ（ｔｓ）から１２時方向へ単位距離にある点Ｒ１２（ｔｓ）の解剖学上の対応点Ｒ１２’（ｔｓ）が求められた。
【０１５０】
このとき、点Ｒ１２（ｔｓ）の位置ベクトルについて、超音波断層像の１２時方向ベクトルＶ１２（ｔｓ）を用いると下式が成り立つ。  
［数３１］
0004700434.tif 000032
（３９）式より、Ｏ’Ｒ１２’（ｔｓ）−Ｏ’Ｃ’（ｔｓ）の方向が超音波断層像マーカ６３２の１２時方向ベクトルＶ１２’（ｔｓ）の方向であり、１２時方向ベクトルＶ１２’（ｔｓ）を求めるにはこれを単位長に規格化すれば良い。すなわち、下式が成り立つ。
【０１５１】
［数３２］
0004700434.tif 000033
（３３）式と（３４）式とでＯ’Ｃ’（ｔｓ）が、（３６）式と（３７）式とでＯ’Ｒ１２’（ｔｓ）が既に求められているため、（４０）式でＶ１２’（ｔｓ）が求められたことになる。  
ここで、より明快にＶ１２’（ｔｓ）を求める方法を述べておく。  
因みに、（３４）式と（３７）式とを両辺差し引くと、下式が成り立つ。この左辺はＯ’Ｒ１２’（ｔｓ）−Ｏ’Ｃ’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分である。右辺の｛  ｝の中はＯＲ１２（ｔｓ）−ＯＣ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分である。
【０１５２】
［数３３］
0004700434.tif 000034
さらに右辺の｛  ｝の中は、（３９）式よりＶ１２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分であり、３次元ガイド画像作成回路６３０は位置配向算出装置５００からこの各方向成分を（Ｓ−５−５）で取得している。Ｖ１２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘｖ１２（ｔｓ）、ｙｖ１２（ｔｓ）、ｚｖ１２（ｔｓ）とすれば、（４１）式より下式を得る。  
［数３４］
0004700434.tif 000035
結局、これを（４０）式のように規格化して、超音波断層像マーカ６３２の１２時方向ベクトルＶ１２’（ｔｓ）が求められる。なお、こでＶ１２’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘｖ１２’（ｔｓ）、ｙｖ１２’（ｔｓ）、ｚｖ１２’（ｔｓ）とする。
【０１５３】
［数３５］
0004700434.tif 000036
（２）−３：超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルＶ’（ｔｓ）の算出
超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルをＶ’（ｔｓ）とすると、Ｖ’（ｔｓ）は結局、超音波断層像マーカ６３２上の如何なるベクトルとも直交すれば良い。
【０１５４】
ところで、点Ｒ１’（ｔｓ）、点Ｒ２’（ｔｓ）を超音波断層像マーカ６３２上の任意点とする。
【０１５５】
点Ｒ１’（ｔｓ）、点Ｒ２’（ｔｓ）にはもともとラジアル走査面６３１上に解剖学上の対応点があったはずなのでそれらを点Ｒ１（ｔｓ）、点Ｒ２（ｔｓ）とする。
【０１５６】
点Ｒ１（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘＲ１（ｔｓ）、ｙＲ１（ｔｓ）、ｚＲ１（ｔｓ）、点Ｒ２（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘＲ２（ｔｓ）、ｙＲ２（ｔｓ）、ｚＲ２（ｔｓ）とする。このとき下式が成り立つ。
【０１５７】
［数３６］
0004700434.tif 000037
点Ｒ１’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘＲ１’（ｔｓ）、ｙＲ１’（ｔｓ）、ｚＲ１’（ｔｓ）、点Ｒ２’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘＲ２’（ｔｓ）、ｙＲ２’（ｔｓ）、ｚＲ２’（ｔｓ）とする。このとき下式が成り立つ。  
［数３７］
0004700434.tif 000038
（３１）式より点Ｒ１（ｔｓ）と点Ｒ１’（ｔｓ）、点Ｒ２（ｔｓ）と点Ｒ２’（ｔｓ）には下式の関係がある。
【０１５８】
［数３８］
0004700434.tif 000039
（５０）式と（５１）式とを両辺差し引くと、下式が成り立つ。
【０１５９】
［数３９］
0004700434.tif 000040
両辺に左からＱ（ｔｓ）Ｑ’−１（ｔｓ）をかけると下式が成り立つ。  
［数４０］
0004700434.tif 000041
ここでラジアル走査面６３１の法線方向ベクトルＶ（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ−ｘｙｚにおける各方向成分をｘｖ（ｔｓ）、ｙｖ（ｔｓ）、ｚｖ（ｔｓ）とすれば下式を得る。  
［数４１］
0004700434.tif 000042
ここで、Ｖ（ｔｓ）はラジアル走査面６３１の法線方向ベクトルだから、点Ｒ２（ｔｓ）を始点としＲ１（ｔｓ）を終点とするベクトルＲ２Ｒ１（ｔｓ）とは直交する。従って、下式が成り立つ。
【０１６０】
［数４２］
0004700434.tif 000043
右辺の｛  ｝の中に（５３）式を代入して、下式を得る。  
［数４３］
0004700434.tif 000044
ここで、Ｖ’（ｔｓ）の直交座標軸Ｏ’−ｘ’ｙ’ｚ’における各方向成分をｘｖ’（ｔｓ）、ｙｖ’（ｔｓ）、ｚｖ’（ｔｓ）とすれば下式を得る。  
［数４４］
0004700434.tif 000045
さらに各方向成分を以下のように定義する。
【０１６１】
［数４５］
0004700434.tif 000046
このように定義して、（５６）式に代入すると下式が得られる。  
［数４６］
0004700434.tif 000047
すなわち、下式が得られる。    
［数４７］
0004700434.tif 000048
（６０）式は結局、Ｖ’（ｔｓ）が超音波断層像マーカ６３２上の任意の２点を結ぶベクトルに常に直交するということを意味しているから、（５７）式、（５８）式で与えられるＶ’（ｔｓ）は超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルである。このようにして（５７）式と（５８）式とで超音波断層像マーカ６３２の法線方向ベクトルＶ’（ｔｓ）が求められた。
【０１６２】
（Ｓ−５−８）
３次元ガイド画像作成回路６３０は（Ｓ−５−７）で求めた超音波断層像マーカ６３２の位置と配向（中心位置、法線方向、１２時方向）とを基に、図２１に示す１２時方向マーカ６３３を付した平行四辺形の超音波断層像マーカ６３２を作成する。そして、３次元ガイド画像作成回路６３０は、超音波断層像マーカ６３２をその位置と配向とを基にして、ボリュームメモリ６４０内のボクセル空間ＶＸＳの対応するボクセルＶＸヘ書き出す。ボクセル空間ＶＸＳ内には既に抽出回路６２０が抽出して補間した抽出データが書き出されているので、超音波断層像マーカ６３２と抽出データとは合成されたデータ（以下、合成データ）となる。図２２に合成データを示す。
【０１６３】
十二指腸は図１０では省略していたが、図２２の超音波断層像マーカ６３２の中に十二指腸壁を示す指標を重畳している。  
（Ｓ−５−９）
３次元ガイド画像作成回路６３０は、ボリュームメモリ６４０内のボクセル空間ＶＸＳから合成データを読み出す。３次元ガイド画像作成回路６３０は、読み出した直後、ボクセル空間ＶＸＳから超音波断層像マーカ６３２を消去しておく。  
（Ｓ−５−１０）
３次元ガイド画像作成回路６３０は、合成データを基に、陰面消去、陰影付加、視線変換に伴う座標変換等の公知の３次元画像処理を加え、３次元ガイド画像データを作成する。そして、３次元ガイド画像作成回路６３０は、３次元ガイド画像データを混合回路６５０へ出力する。
【０１６４】
（Ｓ−５−１１）
混合回路６５０は、超音波観測装置４００から入力する超音波断層像データと、３次元ガイド画像作成回路６３０から入力する３次元ガイド画像データとを並べて、混合データとして表示回路６６０へ出力する。表示回路６６０は混合データをアナログビデオ信号に変換し、表示装置７００に出力する。図２３は３次元ガイド画像７０１と超音波断層像７０２を並べて表示した表示例を示している。表示装置７００は図２３に示すように、超音波断層像７０２と、３次元ガイド画像７０１とを並べて表示する。３次元ガイド画像７０１上で表現される各器官は、もともと参照画像データで器官別に色分けされた色で表示される。図２３の３次元ガイド画像７０１上において膵臓は水色、大動脈は赤、上腸間膜静脈は紫、十二指腸は黄で表示されている。矢印Ａは超音波断層像マーカ６３２がラジアル走査面６３１の移動に連動して移動することを表している。
【０１６５】
（Ｓ−５−１２）
制御回路６７０は、（Ｓ−５−５）から（Ｓ−５−１１）の間、術者が再び走査制御キーを押すか否かを確認している。  
術者が再び走査制御キー７２６を押した場合には、ここで上記の処理を終了させ、ラジアル走査の制御オフ（ＯＦＦ）を指令するための走査制御信号を超音波観測装置４００へ出力する。超音波観測装置４００は走査制御信号を受けてモータ２３１に回転をオフに制御する回転制御信号を出力する。モータ２３１は回転制御信号を受けて超音波振動子２１４の回転を停止させる。  
術者が術者が再び走査制御キー７２６を押していなかった場合には、処理は（Ｓ−５−５）ヘジャンプする。
【０１６６】
このようにして、（Ｓ−５−５）から（Ｓ−５−１１）で述べた処理を繰り返すことで、超音波振動子２１４が１回のラジアル走査をして超音波観測装置４００が超音波断層像データを作成し、超音波断層像データが超音波観測装置４００から混合回路６５０に入力するたびに、新たな３次元ガイド画像７０１が作成され、新たな超音波断層像７０２とともに表示装置７００の表示両面にリアルタイムに更新されつつ表示される。すなわち、術者の可撓部２２０、硬性部２１０の用手的な操作に伴うラジアル走査面６３１の移動とともに、３次元ガイド画像７０１の超音波断層像マーカ６３２が抽出データに対して移動していく。
【０１６７】
＜効果＞
本第１の実施の形態によれば、超音波観測装置４００が作成した超音波断層像７０２上で、術者がキーボード７２０とマウス７１０とを用いて腹腔動脈分岐の位置を入力し、３次元ガイド画像作成回路６３０が腹腔動脈分岐の位置を位置・配向データに基づき算出するよう構成したため、「骨盤の端」などより小さい腹腔動脈分岐を特徴点に選ぶことができ、異種の画像データから超音波診断装置１００に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを被検者によらずに解剖学的に正確に一致させることができる。さらに、腹腔動脈分岐は短い腹腔動脈が大動脈と直ぐにつながっており、被検者の体位によらず比較的動かない一定の位置に存在するため、上記一致をー層正確にすることができる。さらに、腹腔動脈分岐は超音波断層像７０２の描出が膵臓等より比較的容易で術者の習熟度によらないので、こういった体内深部の点をガイド画像を作成するための特徴点として採用することには合理性がある。
【０１６８】
また、超音波診断装置１００のうち、とくに被検者の体腔内に挿入する可撓性のある材料でつくられた超音波内視鏡２００は、術者が体腔内での走査面の位置を直視できないため、病変部を推定して超音波画像に映し出しており、これを読映するにはかなりの熟練度が要求され、超音波内視鏡２００の普及の妨げとなっていた。本第１の実施の形態によれば、被検者の体腔内に挿入する可撓性のある材料でつくられた可撓部２２０を設けた超音波内視鏡２００を用い、参照画像データ上の関心器官の配置と実際の被検者の器官の配置は同じであると仮定し、特徴点から補正した超音波断層像７０２の観察位置を、計算式により参照画像データより構築した３次元ガイド画像７０１上に超音波断層像マーカ６３２として重畳するよう構成、作用させたため、超音波断層像７０２による観察位置を、より分かりやすい３次元ガイド画像７０１で表示することができる。例えば術者は器官別に色分けされた３次元ガイド画像７０１を観察して、現在、超音波断層像７０２で解剖学的に被検者のどの位置を観察しているのかを認識しながらより正確に診断を行うことができる。このことは、被検者の体外から照射するタイプの超音波診断装置１００よりも医学的な有用性ははるかに大きく、特に検査時間の短縮と初心者の学習時間の軽減に寄与が大きい。
【０１６９】
また、本第１の実施の形態によれば、４つの特徴点、４つの参照点で生成される三角錐に対して、同じ位置関係にあれば解剖学的に対応すると仮定して３次元ガイド画像７０１を作成するよう構成、作用させたため、被検者の体位の変化や、体格の差も自動的に補正することができ、３次元ガイド画像７０１がより正確に作成される。
【０１７０】
また、本第１の実施の形態によれば、ラジアル走査中に自動で、リアルタイムで、超音波画像と３次元ガイド画像７０１を合せて観察できるよう構成、作用させたため、術者はいま見ている超音波断層像７０２が解剖学的に生体のどこに相当しているのかがわかり、術者は３次元ガイド画像７０１を見ながら超音波内視鏡２００の走査面を様々な角度に変えても３次元ガイド画像７０１を用いて関心領域を正確に観察することができる。
【０１７１】
また、本第１の実施の形態によれば、３次元ガイド画像７０１を走査面の位置だけでなく配向も検出して３次元ガイド画像７０１を作成する構成、作用にしたため、ラジアル走査の走査面の配向を変えると超音波断層像マーカ６３２の配向も変わり、３次元ガイド画像７０１がより正確に作成される。そのため、術者は３次元ガイド画像７０１を見ながら超音波内視鏡２００の走査面を関心領域の近傍で様々な角度に変えても３次元ガイド画像７０１を用いて関心領域を正確に観察することができる。
【０１７２】
また、本第１の実施の形態によれば、参照画像データとして膵臓、膵管、総胆管、門脈など器官をあらかじめ色分け等で属性を変えて得た参照画像データを用い、３次元ガイド画像７０１として器官別に色分けされた画像を表示するよう構成、作用させたため、３次元ガイド画像７０１上の指標となる器官を分かりやすい態様で観察することができ、３次元ガイド画像７０１を見ながら体腔内で超音波内視鏡２００の走査面を変更させることができる。このことは、病変等関心領域へのアプローチを早くすることにつながり、やはり検査時間の短縮に寄与する。
【０１７３】
また、本第１の実施の形態によれば、位置検出プローブ５３０を体内深部での特徴点とは別の特徴点に接触させ、この別の特徴点の位置を取得するよう構成したため、特徴点を体内深部と体腔表面とのどちらにも指定することができ、関心領域に応じて適切な種々の特徴点を指定することができる。そのため、特徴点を関心領域の近傍に取る自由度が増し、超音波内視鏡２００の動きに伴って関心領域が動くときにも特徴点が一緒に動くことが想定でき、より正確な３次元ガイド画像７０１を作成することができる。さらに、特に膵臓検査や肺の検査では関心領域の近傍で特徴点を取得することができ、特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より、超音波断層像マーカ６３２の位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、特徴点を体腔内の適切な場所に取得することで関心領域の近傍でより正確な３次元ガイド画像７０１を作成することができる。
【０１７４】
本第１の実施の形態では十二指腸乳頭、噴門、幽門、腹腔動脈分岐で参照点、特徴点を設定した。しかし、本第１の実施の形態によれば、参照点も特徴点もマウス７１０、キーボード７２０からの指示と位置配向算出装置５００の出力を通じて設定できるよう構成、作用させたため、参照点、特徴点として胆管と主膵管との分岐点を加えたり、術前に関心領域が分かっている場合には、関心領域に近い参照点、特徴点に設定することが容易である。特徴点に近いほど、また、特徴点でつくられた凸な三角錐に含まれる空間は三角錐の外側の空間より超音波断層像マーカ６３２の位置と配向の算出が正確になることが予想されるから、関心領域の近傍でより正確な３次元ガイド画像７０１を作成することができる。また、超音波断層像７０２で描出しやすい点を特徴点に変更して採用することも容易である。
【０１７５】
また、本第１の実施の形態によれば、姿勢検出プレート５２０の基準位置を剣状突起に重なるよう被検者に固定し、常に姿勢検出プレート５２０の位置と配向の変化を取得し、特徴点を補正し、３次元ガイド画像７０１を作成する構成、作用にしたため、特徴点取得中やラジアル走査中に被検者に体位の変化があっても、より正確な３次元ガイド画像７０１を作成することができる。
【０１７６】
従来の技術として述べた特開２００４−１１３６２９号公報で開示されている超音波診断装置をはじめ、これまで公知となっている超音波診断装置では外部からの画像と超音波画像とで位置や配向を照合するための特徴点の指定方法が不明瞭であった。特に超音波内視鏡のような可撓性のある超音波プローブを体腔内へ挿入する形態の超音波診断装置では、超音波プローブの操作自体で関心器官を移動させてしまう場合があり、特徴点として体表のみの点だけを参照し、参照画像との位置を照合させているとガイド画像が不正確になるという課題があった。しかし、本第１の実施の形態によれば、超音波内視鏡２００に鈴子チャンネルを設け、位置検出プローブ５３０を鉗子チャンネル２０３の鉗子口２０１から挿入し、突出口２０２から突出させ、光学像視野下で位置検出プローブ５３０の先端を特徴点に接触させることで体腔表面の特徴点を指定するよう構成したので、光学像視野下で正確に体腔表面の特徴点を指定し、正確なガイド画像を作成することができる。
【０１７７】
＜変形例＞
本第１の実施の形態では、体腔表面の参照点、特徴点として十二指腸乳頭、噴門、幽門の３点を、体内深部の参照点、特徴点として腹腔動脈分岐の１点を例にとったが、参照点と特徴点との例はこれに限らない。例えば、体腔表面の参照点、特徴点として十二指腸乳頭と幽門との２点と、体内深部の参照点、特徴点として腹腔動脈分岐と他の脈管分岐（例えば胆管と主膵管との合流部）との２点との計４点を指定しても良い。このときには、体腔表面特徴点指定処理の（Ｓ−３−３）〜（Ｓ−３−７）の処理を２回、体内深部特徴点指定処理の（Ｓ−４−５）〜（Ｓ−４−９）の処理を２回繰り返すことになる。
【０１７８】
また、本第１の実施の形態では、鉗子チャンネル２０３を備えた超音波内視鏡２００と、鉗子チャンネル２０３に挿通する位置検出プローブ５３０を設けて構成したが、構成はこれに限らない。鉗子チャンネル２０３を設けずに硬性部２１０に受信コイル５３２を内蔵した専用の超音波内視鏡を設けた構成にしても良い。  
また、本第１の実施の形態では、術者が参照点をマウス７１０、キーボード７２０からの指示を通じて設定できるよう構成、作用させたが、あらかじめ検査の関心領域やプロトコールが決まっていれば、工場出荷時等に数種類の参照点のセットをデフォルトで参照画像記憶部に記憶させておき、マウス７１０、キーボード７２０から制御回路を介した術者からの指示により特徴点取得前に参照画像記憶部６１０から適切なセットを読み出すよう構成、作用させても良い。
【０１７９】
また、本第１の実施の形態では、参照点を設定する際に、術者が、順次、キーボード７２０上の所定のキーを押すか画面上のメニューをマウス７１０でクリックしていき、参照画像データが１番から番号の少ない順に２番、３番、４番・・・・と表示装置７００の画面上に表示されるよう構成、作用させたが、これは一度に複数の参照画像データを読み込み、表示装置７００に一度に並べてー覧表示させるよう構成、作用させても良い。  
また、本第１の実施の形態では、超音波断層像マーカ６３２をその中心位置、法線方向、１２時方向を求めて、それを基に超音波断層像マーカ６３２を求めるよう構成、作用させた。しかし、超音波断層像データの４隅の点をそれぞれ変換式（３１）で解剖学的に対応させた４つの対応点を求め、それを基に超音波断層像マーカ６３２を求めるよう構成、作用させても良い。また、３次元ガイド画像７０１の大きさを、超音波断層像データの４隅の点から決めるのではなく、３次元ガイド画像７０１の大きさを、表示サイズおよび表示倍率を勘定にいれて、予め術者がキーボード７２０から大きさを数値で入力するか、マウス７１０で画面上の大きさメニューを選択することで指定しても良い。
【０１８０】
また、本第１の実施の形態では、位置検出手段として送信アンテナ５１０と受信コイル５３２とを用い、磁場で位置と配向とを検出するよう構成、作用させたが、送受は逆でも良く、また、磁場ではなく加速度や他の手段で位置と配向とを検出するよう構成、作用させても良い。  
また、本第１の実施の形態では、原点Ｏを受信コイル５３２の特定の位置に設定するよう構成したが、受信コイル５３２と位置関係の変わらない他の場所に設定するよう構成しても良い。
【０１８１】
また、本第１の実施の形態では、超音波内視鏡２００としてラジアル走査型の超音波内視鏡を設けて構成したが、ラジアル走査型の超音波内視鏡の代わりに、従来技術として述べた特開２００４−１１３６２９号公報で開示されているような、挿入軸の一方に超音波振動子群を扇状に設けた電子コンベックス型超音波内視鏡を設けても良く、超音波の走査方式には限定されない。  
また、本第１の実施の形態では、参照画像データを画素ごとに器官別に分類後、色分けで属性を変えて得た画像データとしたが、属性として色に限らず、輝度値や他の態様でも良い。  
また、本第１の実施の形態では、３次元ガイド画像７０１上の各器官を、器官別に色分けして表示されるよう構成したが、色分けの態様に限らず、輝度、明度、彩度等、他の態様でも良い。
【０１８２】
［第２の実施の形態］
＜構成＞
図２４は本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図である。  
本第２の実施形態の超音波診断装置１００Ａでは、図１に示す第１の実施の形態の超音波診断装置１００とは以下の点が異なる。  
第１の実施の形態では、超音波内視鏡２００の可撓部２２０にフレキシブルシャフト２２１、操作部２３０にモータ２３１、ロータリーエンコーダ２３２とを設けたが、本第２の実施形態ではそれらを設けずに超音波内視鏡２００Ａとして電子ラジアル走査型の超音波内視鏡を用いている。図２４に示す通り、本第２の実施形態の超音波内視鏡２００Ａの硬性部２１０Ａには超音波振動子を短冊状に細かく切断し、挿入軸の周囲に環状のアレイとして配列させている（以下、超音波振動子アレイ２１５）。超音波振動子アレイ２１５を構成する各超音波振動子はそれぞれ信号線を介して操作部２３０Ａ経由で超音波観測装置４００Ａと接続している。
【０１８３】
本第２の実施形態の超音波観測装置４００Ａは、血流検出手段としてのカラーフローマッピング回路（以下、ＣＦＭ回路）４１０を搭載している。  
その他の構成は第１の実施の形態と同じである。
【０１８４】
＜作用＞
本第２の実施形態は第１の実施の形態とは超音波断層像７０２を取得する作用、特にラジアル走査と血流検出との作用が異なる。以下、異なる個所のみ説明する。
【０１８５】
超音波振動子アレイ２１５を構成する超音波振動子のうち、一部かつ複数の超音波振動子は、超音波観測装置４００Ａからのパルス電圧状の励起信号を受け取って媒体の疎密波である超音波に変換する。この際、各励起信号が各超音波振動子に到着する時刻が異なるよう、超音波観測装置４００Ａが各励起信号に遅延をかけている。この遅延は、各超音波振動子が励起する超音波が被検者内で重ね合わせられたときに一本の超音波ビームを形成するようにかけられる。超音波ビームは超音波内視鏡２００Ａ外部へと照射され、被検者内からの反射波が超音波ビームとは逆の経路を辿って各超音波振動子へ戻る。各超音波振動子は反射波を電気的なエコー信号に変換して励起信号とは逆の経路で超音波観測装置４００Ａへ伝達する。
【０１８６】
超音波観測装置４００Ａは、超音波ビームが可撓部２２０Ａに垂直な平面（以下、ラジアル走査面６３１）内を第１の実施の形態と同様の方向へ旋回するラジアル走査をするよう、超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直し、再び励起信号を送信する。このようにして超音波ビームの送信角度が変わっていく。これを反復的に繰り返すことにより、いわゆる電子ラジアル走査が実現する。  
第１の実施の形態では、超音波観測装置４００Ａが超音波断層像データの１２時方向を超音波内視鏡に対してどの方向に向けて超音波断層像データを作成するかは、ロータリーエンコーダ２３２からの回転角度信号により決定していたが、本第２の実施形態では、超音波観測装置４００Ａが超音波ビームの形成に関与する複数の超音波振動子を選択し直し、再び励起信号を送信するため、超音波観測装置４００Ａが１２時方向としてどの超音波振動子を選択するかで決定することになる。
【０１８７】
さらに、超音波観測装置４００ＡのＣＦＭ回路４１０は、エコー信号にドップラー効果を応用した公知の処理を施し、移動体、特に赤血球の移動を検出することで、血流を検出し、血流の速度に応じた例えば赤の色相の着色データを作成する。  
超音波観測装置４００Ａは、超音波振動子アレイ２１５の１回の電子ラジアル走査に対し、可撓部２２０Ａの挿入軸に垂直な１枚のデジタルの超音波断層像データを作成する。この際、超音波観測装置４００Ａは、超音波断層像データの血流部分に着色データを重畳する。超音波観測装置４００Ａは、この超音波断層像データを、超音波画像処理装置６００内の混合回路６５０と表示回路６６０のスイッチ６６１の入力端子γとへ出力する。
【０１８８】
本第２の実施形態では、第１の実施の形態の（Ｓ−４−６）で説明した腹腔動脈分岐を体内深部の特徴点に指定する処理の際、大動脈、腹腔動脈、総肝動脈、牌動脈が着色される。この様子を図２５に示す。図２５は超音波断層像の表示画面を示している。図２５のハッチングされた部分が超音波観測装置４００Ａにより血流として着色された血管である。  
その他の作用は第１の実施の形態と同じである。
【０１８９】
＜効果＞
本第２の実施形態では、ＣＦＭ回路４１０が血流を検出し、超音波観測装置４００Ａが超音波断層像データの血流部分に着色データを重畳し、術者がキーボード７２０とマウス７１０とを用いて血管が着色された超音波断層像７０２上で腹腔動脈分岐の位置を入力し、３次元ガイド画像作成回路６３０が腹腔動脈分岐の位置を位置・配向データに基づき算出するよう構成したため、腹腔動脈分岐のような血管分岐を体内深部の特徴点として指定する際にはよりわかりやすく、正確に指定することができる。
【０１９０】
また、第１の実施の形態では、超音波振動子を回転させる機械式ラジアル走査を採用しているため、フレキシブルシャフト２２１のねじれが生じる可能性がある。そして、フレキシブルシャフト２２１のねじれに起因して、ロータリーエンコーダ２３２の角度出力と実際の超音波振動子との間に角度ずれが生じる可能性があり、これが元になって超音波断層像７０２と３次元ガイド画像７０１の１２時方向が互いにずれる可能性がある。しかし、本第２の実施形態によれば、超音波内視鏡２００Ａとして電子ラジアル走査を行う超音波内視鏡を採用し、超音波断層像７０２の１２時方向は超音波観測装置４００Ａが１２時方向としてどの超音波振動子を選択するかで決定する構成にしたため、この１２時方向のずれが生じることを防ぐことができ、表示装置７００の表示画面に表示される３次元ガイド画像７０１の超音波断層像マーカ６３２やその１２時方向マーカと、超音波断層像との間で１２時方向にずれが少なく、正確な３次元ガイド画像７０１を構築することができる。
【０１９１】
その他の効果は第１の実施の形態と同じである。
【０１９２】
＜変形例＞
本第２の実施形態では、超音波内視鏡２００Ａの可撓部２２０Ａ先端において超音波振動子を短冊状に細かく切断し、可撓部２２０Ａの周囲に環状のアレイとして配列させたが、超音波振動子アレイ２１５は３６０°全周に設けても、それより欠けても良い。例えば２７０°や１８０°のように可撓部２２０Ａの周囲の一部に設けても良い。  
その他の変形例は第１の実施の形態と同じである。
【０１９３】
以上述べた述べた本発明の超音波診断装置によれば、異種の画像データから超音波診断装置に予め記録された点と、この点に解剖学的に一致すると考えられる被検者の点とを解剖学的に正確に一致させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１９４】
本発明は、超音波診断装置に広く応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図。
【図２】図１の位置検出プローブの構成を示す斜視図。
【図３】図１の姿勢検出プレートの構成を示す斜視図。
【図４】図１の参照画像記憶部の構成を説明する斜視図。
【図５】ボクセル空間及びボクセルを示す図。
【図６】原点Ｏを受信コイル上に、術者が被検者を検査する実際の空間上に直交座標軸Ｏ−ｘｙｚとその正規直交基底（各軸方向の単位ベクトル）ｉ、ｊ、ｋを定義する場合の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の超音波画像処理装置、キーボード、マウス、表示装置の作用を説明するフローチャート。
【図８】図７における関心器官抽出処理の詳細を説明するフローチャート。
【図９】参照画像記憶部におけるｎ番の参照画像データに対応する参照画像が表示された状態を示す図。
【図１０】ボクセル空間へ書き出された抽出データを示す図。
【図１１】図７における参照点推定処理の詳細を説明するフローチャート。
【図１２】参照画像記憶部におけるｍ番の参照画像データに対応する参照画像が表示された状態を示す図。
【図１３】図７における体腔表面特徴点指定処理の詳細を説明するフローチャート。
【図１４】光学像の表示画面を示す図。
【図１５】図７における体内深部特徴点指定処理の詳細を説明するフローチャート。
【図１６】超音波断層像の表示画面を示す図。
【図１７】超音波断層像の表示画面を示す図。
【図１８】図７における３次元ガイド画像作成・表示処理の詳細を説明するフローチャート。
【図１９】特徴点とラジアル走査面を示す図。
【図２０】参照点と超音波断層像マーカを示す図。
【図２１】超音波断層像マーカをに示す図。
【図２２】超音波断層像マーカと抽出データとが合成されたデータを示す図。
【図２３】超音波断層像と３次元ガイド画像とを並べて表示した表示例を示す図。
【図２４】本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の構成を示す図。
【図２５】血流が検出された超音波断層像の表示画面を示す図。
【符号の説明】
【０１９６】
１００，１００Ａ…超音波診断装置
２００，２００Ａ…超音波内視鏡
２１４…超音波振動子
２１５…超音波振動子アレイ
４００，４００Ａ…超音波観測装置（超音波断層像作成手段）
４１０…ＣＦＭ回路（血流検出手段）
５００…位置配向算出装置（検出手段）
５２０…姿勢検出プレート
５３０…位置検出プローブ（位置取得手段）
６１０…参照画像記憶部（参照画像データ保持手段）
６３０…３次元ガイド画像作成回路（ガイド画像作成手段）
６６０…表示回路
７００…表示装置
７１０…マウス（指定手段）
７２０…キーボード（指定手段）
７２３…体腔表面特徴点指定キー
７２４…体内深部特徴点指定キー
【図１】
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【図２】
0004700434.tif 000050
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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