(57)【要約】【課題】  従来の超音波キャリブレーション装置では、３次元データ取得が困難であった。この発明では、超音波画像における患部位置の測定精度を向上し、超音波画像データの座標系と位置センサ等の座標系を較正する超音波キャリブレーション装置を提供する。【解決手段】  超音波画像を用いた位置・姿勢のキャリブレーションにおいて使用されるファントムであって、筐体と、この筐体内に固定された複数個のターゲット６６と、上記筐体内に充填された組織等価剤６４とを備えたことを特徴とするものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断において使用されるファントムであって、筐体と、この筐体内に固定された複数個のターゲットと、上記筐体内に充填された組織等価剤とを備えたことを特徴とする３次元超音波ファントム。
【請求項２】
上記複数個のターゲットは、それぞれ径の異なる球形であり、かつ、ターゲット相互の距離が異なるように上記筐体内に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元超音波ファントム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波画像における患部位置の測定精度向上に係る技術であり、超音波画像データの座標系と位置センサ等の座標系を較正する超音波キャリブレーション装置、特にこのキャリブレーションで使用される治具である３次元超音波ファントムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波キャリブレーション装置では、超音波診断装置から３次元データが取得できないため、例えば非特許文献１のＦｉｇ．２に示されるように、超音波ファントム内に２本のラインターゲットを張り、その交点（参照点）が２次元超音波画像内に映るように２次元超音波プローブを操作している。また、その時のプローブの位置・姿勢を記録する。交点を複数の方向から撮影し、上記データを取得することで、キャリブレーション計算を正確に行っている。従来、本発明で提案するような３次元超音波ファントムは存在しなかった。
【０００３】
【非特許文献１】Ａｌｅｘａｎｄｅｒ  Ｈａｒｔｏｖｅ  ｅｔ  ａｌ，Ｅｒｒｏｒ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  ａ  ｆｒｅｅ−ｈａｎｄ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｎｅｕｒｏｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，Ｎｅｕｒｏｓｕｒｇｉｃａｌ  Ｆｏｃｕｓ，ｖｏｌ．６，Ｎｏ．３，ａｒｔｉｃｌｅ５，１９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来の超音波キャリブレーション装置では、ラインターゲットの交点（参照点）が２次元超音波画像内に映るようにプローブを操作することは困難である。また、複数の参照点の３次元座標データを、上記の困難なプローブ操作をして２次元画像を取得し、プローブの位置・姿勢データと合成して求めることは、計算誤差を生むという問題点があった。
【０００５】
この発明に係る超音波キャリブレーション装置では、３次元超音波ファントムを提案する。この３次元超音波ファントムには、球ターゲットを所定の位置に取り付けるようにしたため、３次元超音波診断装置から得られる３次元データには複数の球ターゲットを映り込ませることができ、キャリブレーション計算に必要な複数の参照点データを困難なプローブ操作をせずに取得することができる。また、３次元超音波ファントム内の複数の球ターゲットは異なる径にし、また、球ターゲット間の距離も異なるようにしたため、プローブの位置・姿勢による影響を受けずに、得られた３次元超音波画像から、各々の球ターゲットの同定を容易にした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の請求項１に記載の発明である３次元超音波ファントムは、超音波画像を用いた位置・姿勢のキャリブレーションにおいて使用されるものであって、筐体と、この筐体内に固定された複数個のターゲットと、上記筐体内に充填された組織等価剤とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この発明の請求項２に記載の発明である３次元超音波ファントムは、請求項１に記載のものであって、複数個のターゲットが、それぞれ径の異なる球形であり、かつ、ターゲット相互の距離が異なるように筐体内に固定されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、複数の球ターゲットを埋め込んだ３次元超音波ファントムと、３次元超音波診断装置を用いたことにより、キャリブレーション計算に必要な参照点データが一度に複数取得できるようにした。また、プローブ位置・姿勢の計測を一度しか行わないため、計測誤差を減らすことを可能にした。また、径の異なる球ターゲット、および、球ターゲット間距離を異なるようにしたため、３次元超音波画像における各球ターゲットの同定を容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態
図１は本発明の実施の形態による超音波キャリブレーション装置の構成図である。超音波キャリブレーション装置は、３次元超音波診断装置２と、超音波プローブ４と、３次元超音波ファントム６と、計算機８と、位置センサ１０とを備えることを特徴とする。３次元超音波ファントム６上に配置した超音波プローブ４が３次元スキャンし、３次元超音波診断装置２から３次元超音波ファントム６の３次元超音波画像を取得する。同時に、位置センサ１０からプローブ４の位置・姿勢データを取得する。計算機８は、３次元超音波画像、プローブ４の位置・姿勢データおよび３次元超音波ファントム６の設計データからキャリブレーション計算を行う。超音波プローブ４は、３次元スキャンを行うものである。位置センサ１０は、対象物の３次元位置・姿勢データを取得するものであれば、機械式や光学式等の方式にはとらわれない。
【００１０】
図２は本発明の実施の形態による３次元超音波ファントム６の構成図である。ファントムケース６２内部に、複数の球ターゲット６６を固定取り付けし、水等の組織等価剤６４でファントムケース６２を充填する。超音波プローブ４をファントムケース６２に固定し、超音波スキャンにより超音波画像を取得する。ファントムケース６２内部に複数の球ターゲット６６を固定したため、１つの３次元超音波画像に複数の球ターゲット６６の信号を含めることが可能となる。その結果、複数の球ターゲット６６の位置データ（参照点データ）を得るために困難な超音波プローブ４の操作を不要としながら、１つの３次元超音波画像から複数の参照点データが得られる効果がある。
【００１１】
また、ターゲットの形状を球にすると、任意方向のプローブから取得した３次元超音波画像の任意断面は必ず円或は楕円形となり、半径或いは長径、短径が最大値となる断面での円或は楕円の中心が、３次元超音波画像での球ターゲットの中心位置となる。これにより、３次元超音波画像での球ターゲット位置の特定を容易化できる。
【００１２】
また、超音波プローブ４の位置・姿勢データは、上記３次元超音波画像の取得（スキャン）時に一度だけ記録すればよい。その結果、キャリブレーション計算量を減らすことが可能となり、更に、プローブ４の位置・姿勢データは一度しか計測しないため、計測誤差を抑えることが可能となる。また、複数の球ターゲット６６の径を異なるようにすることで、３次元超音波画像内における各球ターゲット６６の同定を容易にすることが可能となる。また、複数の球ターゲット６６の配置において、球ターゲット６６間の距離を異なるようにすることで、３次元超音波画像内における各球ターゲット６６の同定を容易になる。
【００１３】
キャリブレーション計算では、最小２乗法等の最適化計算を行う。より安定した解を得るためには多くのデータ量が必要となるケースがある。その場合には、ターゲット数を増やすことで十分な参照点データを取得しても良い。或いは、超音波プローブ４の位置あるいは姿勢を変化させ、その時の超音波プローブ４の位置・姿勢を記録するのと同時に、スキャンした３次元超音波画像を取得し、上記超音波プローブ４の位置・姿勢データと合成して参照点データを増やしても同様の効果がある。特にターゲットが球ターゲット場合には、球ターゲット６６の径を異なるサイズにする、あるいは、球ターゲット６６間の距離を異なるようにしておけば同定が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
この発明の３次元超音波ファントムは、超音波診断装置を用い患部位置を測定する際の測定治具に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態に係る超音波キャリブレーション装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る３次元超音波ファントムの構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
２  ３次元超音波診断装置、  ４  超音波プローブ、  ６  ３次元超音波ファントム、  ８  制御用計算機、  １０  位置センサ、  ６２  ファントムケース、  ６４  水或いは水等価樹脂等の組織等価剤、  ６６  球ターゲット。
【図１】
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【図２】
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