(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟な構造の超音波プローブの各振動子の位置を別に測定して、高分解能な画像を取得する超音波診断装置を提供する。【解決手段】超音波診断装置２は、超音波プローブ２１と、超音波プローブ２１の動作を制御する制御部２０と、被検体の内部の画像を形成する画像形成部２２と、を備え、超音波プローブ２１は、被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、本体部の内部に配列され、超音波ビームを送受信する複数の振動子と、を備え、制御部２０は、断面撮像装置１からの画像を入力する入力部２０１と、入力部２０１からの画像に基づいて、超音波プローブ２１の各振動子の位置座標を演算する位置座標演算部２０２と、位置座標演算部２０２からの各振動子の位置座標に基づいて、各振動子に対する遅延時間を演算する遅延時間演算部２０３と、遅延時間演算部２０３からの遅延時間に基づいて、各振動子の動作信号を出力する出力部２０４と、を備える。【選択図】図１
2017018510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームで被検体の内部の画像を取得する超音波診断装置であって、
前記超音波診断装置は、
前記超音波ビームを前記被検体の内部に送信すると共に、前記被検体の内部から反射された反射ビームを受信する超音波プローブと、
前記超音波プローブの動作を制御する制御部と、
前記超音波プローブで受信された前記反射ビームに基づいて、前記被検体の内部の画像を形成する画像形成部と、を備え、
前記超音波プローブは、
前記被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、
前記本体部の内部に配列されると共に、前記超音波ビームを送信し、前記反射ビームを受信する複数の振動子と、を備え、
前記制御部は、
前記被検体の任意の断面の画像を取得するための３次元画像撮像装置から前記画像を入力する入力部と、
前記入力部からの前記画像に基づいて、前記被検体に付着された前記超音波プローブの前記各振動子の位置座標を演算する位置座標演算部と、
前記位置座標演算部からの前記各振動子の位置座標に基づいて、前記各振動子に対する遅延時間を演算する遅延時間演算部と、
前記遅延時間演算部からの前記遅延時間に基づいて、前記各振動子を動作するための信号を出力する出力部と、を備える
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記３次元画像撮像装置は、ＭＲＩ装置からなり、
前記超音波プローブは、非磁性材料からなる
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】
前記超音波プローブは、
前記各振動子の位置を特定するために、前記ＭＲＩ装置で観測可能なマーカー部を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記マーカー部は、
前記各振動子の一方側及び他方側で、かつ、前記各振動子と同じ高さに設けられ、
前記位置座標演算部は、
前記各振動子の一方側に設けられた前記マーカー部を含む前記画像と、前記各振動子の他方側に設けられた前記マーカー部を含む前記画像と、の中央に配置される前記画像に基づいて、前記超音波プローブの前記各振動子の位置座標を演算する
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
超音波ビームで被検体の内部の画像を取得する超音波診断装置の画像形成方法であって、
前記超音波診断装置は、
前記超音波ビームを前記被検体の内部に送信すると共に、前記被検体の内部から反射された反射ビームを受信する超音波プローブと、
前記超音波プローブの動作を制御する制御部と、
前記超音波プローブで受信された前記反射ビームに基づいて、前記被検体の内部の画像を形成する画像形成部と、を備え、
前記超音波プローブは、
前記被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、
前記本体部の内部に配列されると共に、前記超音波ビームを送信し、前記反射ビームを受信する複数の振動子と、を備え、
前記超音波診断装置の画像形成方法は、
前記被検体の任意の断面の画像を取得するための３次元画像撮像装置から前記任意の画像を入力するステップと、
前記入力部からの前記画像に基づいて、前記被検体に付着された前記超音波プローブの前記各振動子の位置座標を演算するステップと、
前記位置座標演算部からの前記各振動子の位置座標に基づいて、前記各振動子に対する遅延時間を演算するステップと、
前記遅延時間演算部からの前記遅延時間に基づいて、前記各振動子を動作するための信号を出力するステップと、を備える
ことを特徴とする超音波診断装置の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ビームで被検体の内部の画像を取得する超音波診断装置及びその画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像撮像装置であるＭＲＩ装置は、被検体の特定の原子核に共鳴する高周波パルスを照射して励起し、共鳴した原子核より放出される高周波信号（ＮＭＲ信号）を検出し、この検出結果に基づいて、被検体の断面の画像を形成する（例えば、特許文献１参照）。また、超音波診断装置は、超音波ビームを被検体の内部に送信して、被検体の内部から反射した反射ビームを受信し、この受信結果に基づいて、被検体の内部の画像を形成する（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
ＭＲＩ装置では、核磁気共鳴現象を利用することで、被検体の診断部位について解像度の高い断層像を得ることができる一方、超音波診断装置では、超音波を利用することで、被検体の診断部位についてリアルタイムな動画の断層像を得ることができる。ＭＲＩ装置及び超音波診断装置は、被検体に対して安全性の高い診断が可能であり、ＭＲＩ画像及び超音波画像の双方を取得することで、各画像の特性を生かした有用な診断を行うことができる。
【０００４】
例えば、癌の検査においては、腫瘍を確実に発見するために、ＭＲＩ装置及び超音波診断装置の双方を用いて被検体の画像を取得して、被検体の診断が行われる。ところで、乳癌の検査では、ＭＲＩ装置で被検体を撮像するときは、腫瘍が発見され易いように、被検体（人体）は検査台上にうつ伏せになる一方、超音波診断装置で被検体を撮像するときは、超音波プローブを被検体に当てるために、被検体は検査台上に仰向けになる。
【０００５】
そのため、ＭＲＩ装置での撮像時における被検体の乳房の形状と、超音波診断装置での撮像時における被検体の乳房の形状とは大きく異なる。従って、ＭＲＩ装置からの画像で発見された腫瘍の位置を計測して、その計測結果に基づいて、ＭＲＩ装置で発見された腫瘍を超音波診断装置で撮像しようとしても、ＭＲＩ装置での撮像時と超音波診断装置での撮像時との間で乳房の形状が大きく異なっているため、ＭＲＩ装置で発見された腫瘍を超音波診断装置で撮像することが難しい。
【０００６】
また、ＭＲＩ装置と超音波診断装置とで被検体を同時に撮像できるシステムがある（例えば、特許文献３参照）。このシステムでは、超音波診断装置の超音波プローブがマーカーを備えており、このマーカーに基づいて超音波プローブの方向性を特定する。しかし、このシステムでは、マーカーを備えた超音波プローブが大型になると共に、ＭＲＩ装置での撮影時と超音波診断装置での撮影時で被検体の形状が変化することは考慮されておらず、乳癌の検査等において正確な診断を行うことが難しい。さらに、別の従来のシステムでは、超音波プローブの位置及び向きを検出するための専用の装置が必要となり、機構全体の構造が複雑になり、生産性に劣り、高価であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−７０９０３号公報
【特許文献２】特開平６−８８８１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２９３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、３次元画像撮像装置での撮像時における被検体の形状で、超音波診断装置で高分解能な被検体の内部の画像を取得できるように、柔軟な構造の超音波プローブの各振動子の位置を別に測定して、高分解能な画像を取得する超音波診断装置及びその画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る超音波診断装置は、
超音波ビームで被検体の内部の画像を取得する超音波診断装置であって、
超音波診断装置は、
超音波ビームを被検体の内部に送信すると共に、被検体の内部から反射された反射ビームを受信する超音波プローブと、
超音波プローブの動作を制御する制御部と、
超音波プローブで受信された反射ビームに基づいて、被検体の内部の画像を形成する画像形成部と、を備え、
超音波プローブは、
被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、
本体部の内部に配列されると共に、超音波ビームを送信し、反射ビームを受信する複数の振動子と、を備え、
制御部は、
被検体の任意の断面の画像を取得するための３次元画像撮像装置から画像を入力する入力部と、
入力部からの画像に基づいて、被検体に付着された超音波プローブの各振動子の位置座標を演算する位置座標演算部と、
位置座標演算部からの各振動子の位置座標に基づいて、各振動子に対する遅延時間を演算する遅延時間演算部と、
遅延時間演算部からの遅延時間に基づいて、各振動子を動作するための信号を出力する出力部と、を備える。
【００１０】
好ましくは、
３次元画像撮像装置は、ＭＲＩ装置からなり、
超音波プローブは、非磁性材料からなる。
【００１１】
好ましくは、
超音波プローブは、
各振動子の位置を特定するために、ＭＲＩ装置で観測可能なマーカー部を備える。
【００１２】
好ましくは、
マーカー部は、
各振動子の一方側及び他方側で、かつ、各振動子と同じ高さに設けられ、
位置座標演算部は、
各振動子の一方側に設けられたマーカー部を含む画像と、各振動子の他方側に設けられたマーカー部を含む画像と、の中央に配置される画像に基づいて、超音波プローブの各振動子の位置座標を演算する。
【００１３】
さらに、本発明に係る超音波診断装置の画像形成方法は、
超音波ビームで被検体の内部の画像を取得する超音波診断装置の画像形成方法であって、
超音波診断装置は、
超音波ビームを被検体の内部に送信すると共に、被検体の内部から反射された反射ビームを受信する超音波プローブと、
超音波プローブの動作を制御する制御部と、
超音波プローブで受信された反射ビームに基づいて、被検体の内部の画像を形成する画像形成部と、を備え、
超音波プローブは、
被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、
本体部の内部に配列されると共に、超音波ビームを送信し、反射ビームを受信する複数の振動子と、を備え、
超音波診断装置の画像形成方法は、
被検体の任意の断面の画像を取得するための３次元画像撮像装置から任意の画像を入力するステップと、
入力部からの画像に基づいて、被検体に付着された超音波プローブの各振動子の位置座標を演算するステップと、
位置座標演算部からの各振動子の位置座標に基づいて、各振動子に対する遅延時間を演算するステップと、
遅延時間演算部からの遅延時間に基づいて、各振動子を動作するための信号を出力するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法では、超音波診断装置の超音波プローブは、被検体の形状に沿って可撓可能な本体部と、本体部の内部に配列されると共に、超音波ビームを送信及び受信する複数の振動子と、を備える。従って、例えば乳癌の検査において、被検体（人体）は、超音波プローブを付着したままうつ伏せで、３次元画像撮像装置及び超音波診断装置からの画像を取得できる。
【００１５】
さらに、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法では、超音波診断装置は、位置座標演算部及び遅延時間演算部を備える。位置座標演算部は、３次元画像撮像装置からの画像に基づいて、被検体に付着された超音波プローブの各振動子の位置座標を演算する。遅延時間演算部は、位置座標演算部からの各振動子の位置座標に基づいて、各振動子に対する遅延時間を演算する。従って、超音波診断装置は、被検体に付着された超音波プローブの形状に応じて、被検体の診断部位に関する高分解能な画像を取得できる。
【００１６】
さらに、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法では、３次元画像撮像装置は、ＭＲＩ装置からなり、超音波プローブは、非磁性材料からなるので、被検体（人体）に対して安全性の高い診断を行うことができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法では、超音波プローブは、各振動子の位置を特定するために、ＭＲＩ装置で観測可能なマーカー部を備える。従って、超音波診断装置は、ＭＲＩ装置からの画像に含まれるマーカー部に基づいて、超音波プローブの振動子の位置を正確かつ容易に特定できる。
【００１８】
さらに、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法では、マーカー部は、各振動子の一方側及び他方側で、かつ、各振動子と同じ高さに設けられている。位置座標演算部は、各振動子の一方側に設けられたマーカー部を含む画像と、各振動子の他方側に設けられたマーカー部を含む画像と、の中央に配置される画像に基づいて、超音波プローブの各振動子の位置座標を演算する。
【００１９】
従って、被検体に付着された超音波プローブが捻じれた場合でも、各マーカー部を含む２つの画像に基づいて、超音波プローブの各振動子の位置座標を正確かつ容易に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る超音波診断装置を備えた医療システムを示すブロック図。
【図２】超音波診断装置の超音波プローブを示し、（Ａ）は超音波プローブの斜視図、（Ｂ）は超音波プローブの内部の平面図、（Ｃ）は超音波プローブの内部の側面図。
【図３】ＭＲＩ装置からの画像を示す図。
【図４】位置座標の演算方法を説明するための説明図。
【図５】超音波プローブの振動子に対する遅延時間を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法の一実施形態を説明する。
【００２２】
図１の通り、医療システムは、被検体Ｏの任意の断面の画像を取得する３次元画像撮像装置１と、超音波ビームで被検体Ｏの内部の任意の断面の画像を取得する超音波診断装置２と、を備える。本実施形態では、３次元画像撮像装置１は、ＭＲＩ装置からなる。ＭＲＩ装置１は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を利用して、コイル系に配置された被検体Ｏの内部の３次元の画像を取得して、その３次元画像に基づいて、任意の断面の画像を取得できる。
【００２３】
超音波診断装置２は、超音波ビームを被検体Ｏの内部に送信すると共に、被検体Ｏの内部から反射された反射ビームを受信する超音波プローブ２１と、超音波プローブ２１の動作を制御する制御部２０と、超音波プローブ２１で受信された反射ビームに基づいて、被検体Ｏの内部の画像を形成する画像形成部２２と、を備える。
【００２４】
図２（Ａ）の通り、超音波プローブ２１は、被検体Ｏの形状に沿って可撓可能な本体部２１０と、本体部２１０の内部に配列されると共に、超音波ビームを送信し、反射ビームを受信する複数の振動子２１１と、を備える。超音波プローブ２１は、ＭＲＩ装置１に影響を与えないように、非磁性材料からなる。本体部２１０は、所定の厚みを有する長方形状からなる。
【００２５】
図２（Ｂ）及び（Ｃ）の通り、各振動子２１１は、本体部２１０の幅方向Ｗに延設される。各振動子２１１は、本体部２１０の長さ方向Ｌに沿って、一定間隔ｄを置いて互いに平行に配置される。超音波プローブ２１は、ＭＲＩ装置１により観測可能な物質で形成された複数のマーカー部２１２，２１３を備える。マーカー部２１２，２１３は、幅方向Ｗにおいて、各振動子２１１の一方側及び他方側に設けられる。各マーカー部２１２，２１３は、長さ方向Ｌにおいて、一定間隔ｄを置いて配置されると共に、高さ方向ｔにおいて、振動子２１１と同じ位置に配置される。
【００２６】
図１の通り、制御部２０は、ＭＲＩ装置１からの画像を入力する入力部２０１と、入力部２０１からの画像に基づいて、被検体Ｏに付着された超音波プローブ２１の各振動子２１１の位置座標を演算する位置座標演算部２０２と、超音波プローブ２１からの超音波ビームの波面が円弧状になって集束するように、位置座標演算部２０２からの各振動子２１１の位置座標に基づいて、各振動子２１１からの超音波ビームに対する遅延時間を演算する遅延時間演算部２０３と、遅延時間演算部２０３からの遅延時間に基づいて、各振動子２１１を動作するための信号を出力する出力部２０４と、を備える。
【００２７】
図３（Ａ）の通り、入力部２０１は、ＭＲＩ装置１からの２つの画像Ｉ１，Ｉ２を入力する。画像Ｉ１，Ｉ２は、被検体Ｏの断面と、被検体Ｏに付着された超音波プローブ２１のマーカー部２１２，２１３の断面と、を含む。画像Ｉ１は、振動子２１１の一端側に配置されたマーカー部２１２の列を含み、画像Ｉ２は、振動子２１１の他方側に配置されたマーカー部２１３の列を含む。
【００２８】
図３（Ｂ）の通り、入力部２０１は、さらに、ＭＲＩ装置１から、２つの画像Ｉ１，Ｉ２の中央に配置される画像Ｉを入力する。画像Ｉは、各振動子２１１に対応するマーカー部２１２とマーカー部２１３とを結ぶ線の中央に配置される。各振動子２１１は、各マーカー部２１２，２１３の中央に配置されるので、画像Ｉは、振動子２１１の列を含むと推定できる。従って、ＭＲＩ装置１からの画像Ｉの断面の方向は、超音波振動装置２の超音波プローブ２１で取得される画像の断面の方向と一致すると推定できる。
【００２９】
図４の通り、さらに、位置座標演算部２０２は、入力部２０１からの画像Ｉ１及びＩ２に基づいて、被検体Ｏに付着された超音波プローブ２１の各振動子２１１の位置座標を演算する。
【００３０】
図４（Ａ）の通り、画像Ｉ１上に、ｘ−ｙ座標を設定する。ｘ−ｙ座標上に、被検体Ｏの診断部位となる点Ｐｕ（ｘｕ，ｙｕ）の位置座標を特定する。さらに、ｘ−ｙ座標上に、基準となるマーカー部２１２となる点Ｐ0（ｘ0，ｙ0）の位置座標を特定する。さらに、ｘ−ｙ座標上に、ｉ番目のマーカー部２１２となる点Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ）の位置座標を特定する。
【００３１】
図４（Ｂ）の通り、点Ｐ0（ｘ0，ｙ0）を原点とし、点Ｐ0（ｘ0，ｙ0）と点Ｐｕ（ｘｕ，ｙｕ）とを結ぶ線をｙ’軸とするｘ’−ｙ’座標を設定する。
ｘ’−ｙ’座標において、点Ｐｕ（０，ｌｕ）の位置座標は、下記数１で演算される。
【００３２】
【数１】
2017018510.tif 000003
【００３３】
ｘ’−ｙ’座標において、点Ｐｉ（ｘｉ’，ｙｉ’）の位置座標は、下記数２で演算される。下記数２に基づいて、所定のマーカー部２１２の位置座標を演算する。
【００３４】
【数２】
2017018510.tif 000004
【００３５】
同様にして、画像Ｉ２上に、ｘ−ｙ座標及びｘ’−ｙ’座標を設定して、所定のマーカー部２１３の位置座標を演算する。そして、２つのマーカー部２１２，２１３の位置座標を演算して、マーカー部２１２，２１３の位置座標の平均値を振動子２１１の位置座標（ｘｉ’，ｙｉ’）とする。
【００３６】
図５の通り、さらに、遅延時間演算部２０３は、超音波プローブ２１からの超音波ビームの波面Ｍが円弧状になって焦点位置（診断部）Ｃ（点Ｐｕ）で集束するように、位置座標演算部２０２からの各振動子２１１の位置座標に基づいて、各振動子２１１からの超音波ビームの遅延時間τｉを演算する（いわゆる「多段フォーカス」という）。
【００３７】
ｉ番目の振動子２１１の遅延時間τｉは、下記数３で演算される。遅延時間演算部２０３は、下記数３に基づいて、所定の振動子２１１の遅延時間を演算する。下記数３で、ｃは音速である。
【００３８】
【数３】
2017018510.tif 000005
【００３９】
そして、出力部２０４は、各振動子２１１を動作するための信号を出力する。各振動子２１１は、遅延時間演算部２０３からの遅延時間に基づいて、超音波ビームを送信する。各振動子２１１は、超音波ビームを被検体Ｏの内部に送信すると共に、被検体Ｏの内部から反射された反射ビームを受信して、受信信号を画像形成部２２に送り、断面画像が形成される。
【００４０】
上記の通り、超音波プローブ２１の形状に応じて、振動子２１１の遅延時間が設定されるので、被検体Ｏの診断部位Ｃ（点Ｐｕ）において、分解能の高い画像を形成することができる。
【００４１】
上記の通り、超音波診断装置２の画像形成方法は、次のステップを備える。
先ず、３次元画像撮像装置（ＭＲＩ装置）１で被検体Ｏの任意の断面の画像を取得する。そして、超音波撮像装置２は、３次元画像撮像装置１から画像Ｉ１，Ｉ２を入力する。超音波撮像装置２は、入力した画像Ｉ１，Ｉ２に基づいて、被検体Ｏに付着された超音波プローブ２１の各振動子２１１の位置座標（ｘｉ’，ｙｉ’）を演算する。その後、超音波撮像装置２は、各振動子２１１の位置座標（ｘｉ’，ｙｉ’）に基づいて、各振動子２１１に対する遅延時間τｉを演算する。超音波撮像装置２は、遅延時間τｉに基づいて、各振動子２１１を動作するための信号を出力する。超音波撮像装置２は、各振動子２１１は、遅延時間τｉに基づいて、超音波ビームを送信する。その後、超音波撮像装置２は、各振動子２１１は、超音波ビームを被検体Ｏの内部に送信すると共に、被検体Ｏの内部から反射された反射ビームを受信して、断面画像を形成する。
【００４２】
［他の実施形態］
次に、本発明に係る超音波診断装置及びその画像形成方法の他の実施形態を説明する。
例えば、３次元画像撮像装置１は、Ｘ線ＣＴ装置等からなっていてもよい。また、マーカー部２１２は、各振動子２１１の上部に設けられていてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、位置座標演算部２０２は、２つの画像Ｉ１及びＩ２に基づいて、振動子２１１の位置座標を演算した。しかし、位置座標演算部２０２は、１つの画像Ｉ１又はＩ２に基づいて、１つのマーカー部２１２又は２１３の位置座標を演算して、その位置座標を振動子２１１の位置座標と推定してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、遅延時間演算部２０３は、超音波プローブ２１からの超音波ビームの遅延時間τｉを演算する。しかし、遅延時間演算部２０３は、超音波プローブ２１で受信される反射ビームが所定の位置（診断部）Ｃ（点Ｐｕ）で集束するように、位置座標演算部２０２からの各振動子２１１の位置座標に基づいて、各振動子２１１の受信信号に対する遅延時間τｉ（ｔ）を演算してもよい（いわゆる「ダイナミックフォーカス」という）。
【００４５】
即ち、振動子２１１で受信した信号に対して、遅延時間τｉ（ｔ）を遅らせてから加算することによって、所定の位置（診断部）Ｃからの散乱波の振幅を増大し、それ以外の位置からの散乱波の振幅を減少させることで、分解能の高い画像を形成してもよい。
【００４６】
ｉ番目の振動子２１１の遅延時間τｉ（ｔ）は、下記数４で演算される。遅延時間演算部２０３は、下記数４に基づいて、所定の振動子２１１の遅延時間τｉ（ｔ）を演算する。下記数４で、ｃは音速である。
【００４７】
【数４】
2017018510.tif 000006
【００４８】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の構成はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４９】
１  ３次元画像撮像装置（ＭＲＩ装置）
２  超音波診断装置
２０  制御部
２０１  入力部
２０２  位置座標演算部
２０３  遅延時間演算部
２０４  出力部
２１  超音波プローブ
２１０  本体部
２１１  振動子
２１２，２１３  マーカー部
２２  画像形成部
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ  画像
【図１】
2017018510.tif 000007
【図２】
2017018510.tif 000008
【図３】
2017018510.tif 000009
【図４】
2017018510.tif 000010
【図５】
2017018510.tif 000011