(57)【要約】【課題】穿刺状況の正確なモニタリングを可能とする穿刺支援データの生成。【解決手段】視野角度設定部１４３は、穿刺対象臓器が含まれた３次元領域に対する予備撮影モードの３次元走査により得られたボリュームデータから生成されるＭＰＲ画像データに基づいてフライスルー画像データの視野角度を設定する。次いで、穿刺針１５０を前記穿刺対象臓器に向けて刺入させながら行なわれる本撮影モードの３次元走査により得られたボリュームデータに基づいて、ＭＰＲ画像データ生成部６は、穿刺針１５０の刺入方向や先端部を含む複数のＭＰＲ画像データを生成し、フライスルー画像データ生成部７は、穿刺針１５０の先端部及び刺入方向を視点及び視線方向とし前記視野角度を有するフライスルー画像データを生成する。そして、穿刺支援データ生成部８は、ＭＰＲ画像データとフライスルー画像データを合成して穿刺支援データを生成する。【選択図】図１
2009061076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対する３次元走査によって収集したボリュームデータに基づき、穿刺針を用いた検査あるいは治療に対する穿刺支援データを生成する超音波診断装置において、
前記穿刺針の先端部位置及び刺入方向の情報に基づいて視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、
前記視点を基準としたフライスルー画像データの視野角度を設定する視野角度設定手段と、
前記視点及び視線方向と前記視野角度に基づいて決定されるフライスルー画像データの生成領域におけるボリュームデータを処理して前記フライスルー画像データを生成するフライスルー画像データ生成手段と、
前記フライスルー画像データを用いて前記穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成手段と、
前記穿刺支援データを表示する表示手段とを
備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記穿刺針の傾斜角度を設定する穿刺アダプタと、前記穿刺アダプタに設けられたニードルガイドに沿って刺入される前記穿刺針の前記被検体に対する刺入距離を検出する刺入距離検出手段と、前記傾斜角度及び前記刺入距離に基づいて前記穿刺針の先端部位置及び刺入方向を検出する穿刺針先端検出手段を備え、前記視点・視線方向設定手段は、前記穿刺針先端検出手段によって検出される前記穿刺針の先端部位置及び刺入方向の情報に基づいて前記視点及び視線方向を設定す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】
前記穿刺アダプタの識別情報を入力する識別情報入力手段を備え、前記穿刺針先端検出手段は、前記識別情報に対応して予め設定された前記穿刺アダプタにおけるニードルガイドの傾斜角度に基づいて前記刺入方向を検出することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ボリュームデータに設定された１つあるいは複数のＭＰＲ断面においてＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成手段を備え、前記視野角度設定手段は、前記ＭＰＲ画像データに基づいて前記視野角度を設定す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ＭＰＲ断面は、前記穿刺針の刺入方向を含む１つあるいは複数からなる第１の２次元平面及び前記穿刺針の先端部を含み前記第１の２次元平面に直交する第２の２次元平面の少なくとも何れかに対して設定されることを特徴とする請求項４記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記複数からなる第１の２次元平面は、前記穿刺針の刺入方向において互いに直交することを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記フライスルー画像データ生成手段は補間処理手段を備え、前記視点及び視線方向と前記視野角度に基づいて決定される前記フライスルー画像データの生成領域におけるボリュームデータを補間処理す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８】
前記フライスルー画像データ生成手段は、前記フライスルー画像データにおける穿刺対象臓器の予想刺入位置に刺入位置マーカを重畳す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９】
前記フライスルー画像データ生成手段は、被検体に対する３次元走査によって収集したＢモードデータ及びカラードプラデータの少なくとも何れかに基づくボリュームデータを処理して前記フライスルー画像データを生成す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】
前記フライスルー画像データ生成手段は、各種臓器の前記視点からの距離に応じ輝度及び色調の少なくとも何れかを変化させて前記フライスルー画像データを生成す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】
前記穿刺支援データ生成手段は、前記フライスルー画像データと前記ＭＰＲ画像データを合成して前記穿刺支援データを生成す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、穿刺針を用いた検査や治療のモニタリング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、超音波プローブに設けられた振動素子から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記振動素子によって受信して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リアルタイムの２次元画像データが容易に観測できるため、各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。
【０００３】
一方、超音波診断装置によって収集された２次元画像データの観察下にて、カテーテルや穿刺針等を用いた侵襲的な検査方法や治療方法も開発され、例えば、検査／治療部位に対する薬物投与や組織採取を目的とした穿刺を２次元画像データの観察下にて行なうことにより検査や治療における安全性は飛躍的に向上した。
【０００４】
２次元画像データの観察下にて検査／治療部位に対する穿刺を行なう場合、穿刺針を超音波プローブに設けられた穿刺アダプタのニードルガイドに装着し、このニードルガイドに沿って刺入することにより穿刺針を所望部位に対して正確に刺入することが可能な超音波プローブが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００５】
図１１は、従来の穿刺アダプタを備えた超音波プローブを示したものであり、図１１（ａ）に示した特許文献１の超音波プローブ２０１ａは、配列された複数の振動素子を有するヘッド部２１１ａに対して着脱自在な穿刺アダプタ２１６ａが装着され、この穿刺アダプタ２１６ａの側面には穿刺針２１８ａの刺入をガイドするニードルガイド２１７が設けられている。この場合、穿刺針２１８ａの刺入方向は２次元画像データが生成される被検体のスライス断面と一致するようにニードルガイド２１７の方向が設定される。従って、ヘッド部２１１ａを被検体の体表面に接触させた状態で穿刺針２１８ａを穿刺アダプタ２１６ａのニードルガイド２１７に沿って被検体内に刺入することにより、ヘッド部２１１ａの端部近傍における体表面から検査／治療部位に向かって刺入された穿刺針２１８ａの情報は検査／治療部位の２次元画像データに重畳して表示される。
【０００６】
一方、図１１（ｂ）に示した特許文献２の超音波プローブ２０１ｂは、ヘッド部２１１ｂに形成された切り欠き溝２１９に対し穿刺アダプタ２１６ｂが着脱可能に装着され、この穿刺アダプタ２１６ｂは、所定の刺入角度が設定された図示しないニードルガイドを有している。そして、図１１（ａ）の場合と同様にして、ヘッド部２１１ｂを被検体の体表面に接触させた状態で穿刺針２１８ｂを穿刺アダプタ２１６ｂのニードルガイドに沿って被検体内に刺入することにより、穿刺針２１８ｂは、ヘッド部２１１ｂの切り欠き溝２１９直下における体表表面から検査／治療部位に向かって刺入され、この穿刺針２１８ｂの情報は検査／治療部位の２次元画像データに重畳して表示される。
【０００７】
更に、近年では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させる方法や複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いる方法によって被検体の３次元データ（ボリュームデータ）を収集する方法が開発され、このボリュームデータに基づいて生成されるＭＰＲ画像データや３次元画像データの観察下にて上述の穿刺針を用いた検査や治療を行なう方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１４７９８４号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２１０９号公報
【特許文献３】特開２０００−１８５０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の各種方法によれば、穿刺針の先端位置等を２次元画像データあるいは３次元画像データにて確認しながら検査／治療部位に対し穿刺針を刺入することができるため、これらの画像データを観察せずに行なう場合と比較して検査や治療に対する安全性は著しく向上した。
【０００９】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載された超音波プローブを用いて収集される２次元画像データの観察下にて検査／治療部位に対する穿刺を行なう場合、穿刺針の刺入経路における生体組織特性の不均一性に起因して穿刺針の刺入方向は所定のスライス断面から逸脱する可能性を有している。このような場合、穿刺針の刺入状態を２次元画像データによって確認することが不可能となり検査／治療部位に対する正確な穿刺が困難となる。
【００１０】
一方、特許文献３に記載された３次元画像データの観察下にて穿刺針の刺入を行なう方法によれば、検査／治療部位に対する穿刺針の大まかな位置を安定して捉えることは可能であるが、この検査／治療部位の近傍に位置する血管や臓器等の影響を受け検査／治療部位に対する穿刺針の刺入位置や刺入距離、更には、周囲の血管や臓器に対する誤刺入の有無等を正確に把握することは不可能であった。
【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、周囲の臓器や血管等を損傷させることなく腫瘍等の検査／治療部位に対する穿刺を正確に行なうことが可能な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、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する３次元走査によって収集したボリュームデータに基づき、穿刺針を用いた検査あるいは治療に対する穿刺支援データを生成する超音波診断装置において、前記穿刺針の先端部位置及び刺入方向の情報に基づいて視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、前記視点を基準としたフライスルー画像データの視野角度を設定する視野角度設定手段と、前記視点及び視線方向と前記視野角度に基づいて決定されるフライスルー画像データの生成領域におけるボリュームデータを処理して前記フライスルー画像データを生成するフライスルー画像データ生成手段と、前記フライスルー画像データを用いて前記穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成手段と、前記穿刺支援データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、周囲の臓器や血管等を損傷させることなく検査／治療部位に対する穿刺を正確に行なうことが可能となる。このため、検査／治療における安全性と効率が飛躍的に向上するのみならず操作者や被検体に対する負担が軽減される。
【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。
【実施例】
【００１５】
以下に述べる本発明の実施例では、被検体の穿刺対象臓器（検査／治療部位）を含んだ３次元領域に対する予備撮影モードの超音波送受信によって得られたボリュームデータを用いて穿刺針の刺入方向を含む複数のＭＰＲ画像データを生成し、これらのＭＰＲ画像データに基づいてフライスルー画像データの視野角度を設定する。次いで、穿刺針を穿刺対象臓器に向けて刺入させながら前記３次元領域に対する本撮影モードの超音波送受信を行ない、このとき得られたボリュームデータに基づいて穿刺針の刺入方向あるいは先端部を含む複数のＭＰＲ画像データと穿刺針の先端部及び刺入方向を視点及び視線方向とし前記視野角度を有するフライスルー画像データを生成する。そして、上述のＭＰＲ画像データとフライスルー画像データとの合成によって得られた穿刺支援データをリアルタイム表示することにより穿刺対象臓器に対する検査／治療のモニタリングを行なう。
【００１６】
尚、以下の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された、所謂２次元アレイ超音波プローブによって収集した３次元的なＢモードデータに基づいてボリュームデータを生成し、このボリュームデータを用いてフライスルー画像データを生成する場合について述べるが、これに限定されない。例えば、２次元アレイ超音波プローブの替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させることによりボリュームデータを収集してもよく、又、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいてボリュームデータを生成してもよい。
【００１７】
（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９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及び図４は、この超音波診断装置が備えた送受信部／受信信号処理部及びボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の３次元領域に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し前記被検体から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（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、被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ３の前記振動素子に供給しこれらの振動素子から得られる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する受信信号処理部４と、予備撮影モード及び本撮影モードの被検体に対する３次元走査によって得られたＢモードデータを超音波の送受信方向に対応させて配列し３次元データ（ボリュームデータ）を生成するボリュームデータ生成部５を備えている。
【００１９】
又、超音波診断装置１００は、予備撮影モード及び本撮影モードにおいて収集された上述のボリュームデータにおける所望スライス断面（以下では、ＭＰＲ断面と呼ぶ。）に対してＭＰＲ（Multi-Planar-Reconstruction）画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成部６と、本撮影モードにおいて収集されるボリュームデータと後述の視点・視線方向設定部１３から供給される視点及び視線方向の情報等に基づいてフライスルー画像データを生成するフライスルー画像データ生成部７と、上述のＭＰＲ画像データ及びフライスルー画像データを合成して穿刺支援データを生成する穿刺支援データ生成部８と、予備撮影モード及び本撮影モードにおいて生成されるＭＰＲ画像データや本撮影モードにおいて生成されるフライスルー画像データ及び穿刺支援データ等を表示する表示部９を備えている。
【００２０】
更に、超音波診断装置１００は、超音波プローブ３の端部に装着され、被検体に対し穿刺針１５０の刺入位置や刺入方向を設定するための穿刺アダプタ１０と、この穿刺アダプタ１０に設けられた図示しないニードルガイドに対してスライド自在に取りつけられた穿刺針１５０の被検体に対する刺入距離（刺入深度）を検出する刺入距離検出部１１と、穿刺アダプタ１０におけるニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置及び傾斜角度や刺入距離検出部１１によって検出される穿刺針１５０の刺入距離に基づいて被検体内に刺入された穿刺針１５０の先端部位置座標を検出する穿刺針先端検出部１２と、検出された先端部位置座標とその移動方向に基づいてフライスルー画像データの生成に必要な視線及び視線方向を設定する視点・視線方向設定部１３と、穿刺アダプタ識別情報の入力、ＭＰＲ断面の設定、フライスルー画像データにおける視野角度の設定、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１４と、被検体の３次元領域に対する超音波送受信を制御する走査制御部１５と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１６を備えている。
【００２１】
以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備えた上述の各ユニットの詳細について説明する。
【００２２】
超音波プローブ３は、２次元配列されたＭ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、前記先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。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、受信時には超音波反射波（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、これら振動素子の各々は、図示しないＭ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、本実施例では、Ｍ個の振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ３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を用いても構わない。
【００２３】
次に、図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。
【００２４】
送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成して送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、送信に使用されるＭｔ個の振動素子と同数の独立な遅延回路から構成され、送信超音波を所定の深さに集束するための集束用遅延時間と所定方向（θｐ、φｑ）に送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与えて駆動回路２１３へ供給する。駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２と同数の独立な駆動回路を有し、超音波プローブ３にて２次元配列されたＭ個の振動素子の中から送信用として選択されたＭｔ（Ｍｔ≦Ｍ）個の振動素子を前記レートパルスに基づいて生成した駆動信号で駆動して被検体の体内に送信超音波を放射する。
【００２５】
一方、受信部２２は、超音波プローブ３に内蔵されたＭ個の振動素子の中から受信用として選択されたＭｒ（Ｍｒ≦Ｍ）個の振動素子に対応するＭｒチャンネルのＡ／Ｄ変換器２２１及び受信遅延回路２２２と加算器２２３を備えており、受信用の振動素子から供給されるＭｒチャンネルの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２２１にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路２２２に送られる。
【００２６】
受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向（θｐ、φｑ）に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換器２２１から出力されるＭｒチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２３は、受信遅延回路２２２からの受信信号を加算する。即ち、受信遅延回路２２２と加算器２２３により、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。又、受信部２２の受信遅延回路２２２及び加算器２２３は、その遅延時間の制御によって複数方向に対する受信指向性を同時に形成する所謂並列同時受信を可能とし、並列同時受信法の適用により３次元走査に要する時間は大幅に短縮される。尚、上述の送受信部２が備える送信部２１及び受信部２２の一部は超音波プローブ３の内部に設けられていても構わない。
【００２７】
図３は、超音波プローブ３の中心軸をｚ軸とした直交座標（ｘ−ｙ−ｚ）における超音波送受信方向（θｐ、φｑ）を示したものであり、この場合、振動素子はｘ軸方向及びｙ軸方向に２次元配列され、θｐ及びφｑは、ｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面に投影された超音波送受信方向のｚ軸に対する角度を示している。そして、走査制御部１５から供給される走査制御信号に従って送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間が制御され、被検体の穿刺対象臓器を含む３次元領域に対し超音波送受信が順次行なわれる。
【００２８】
図２へ戻って、受信信号処理部４は、受信部２２の加算器２２３から出力される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する機能を有し、前記受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１と、包絡線検波後の受信信号を対数変換する対数変換器４２を備えている。但し、包絡線検波器４１と対数変換器４２は順序を入れ替えて構成してもよい。
【００２９】
次に、図１に示したボリュームデータ生成部５の具体的な構成につき図４を用いて説明する。このボリュームデータ生成部５は、超音波データ記憶部５１、補間処理部５２及びボリュームデータ記憶部５３を備えている。
【００３０】
超音波データ記憶部５１には、予備撮影モード及び本撮影モードの当該被検体に対する３次元走査によって得られた受信信号に基づいて受信信号処理部４が生成した複数のＢモードデータがシステム制御部１６から供給される超音波送受信方向（θｐ、φｑ）の情報を付帯情報として順次保存される。一方、補間処理部５２は、超音波データ記憶部５１から読み出した複数のＢモードデータを超音波送受信方向に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成し、更に、この３次元Ｂモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成されるボリュームデータを生成する。そして、得られたボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５３に一旦保存される。
【００３１】
次に、図１のＭＰＲ画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３に保存された予備撮影モード及び本撮影モードのボリュームデータに基づいてＭＰＲ画像データを生成する。即ち、フライスルー画像データの生成に必要な視野角度の設定を目的とする予備撮影モードにおいて設定されたＭＰＲ断面、あるいは、フライスルー画像データや穿刺支援データの生成を目的とする本撮影モードにおいて設定されたＭＰＲ断面に対応するボクセルを各々の撮影モードにて収集されたボリュームデータの中から抽出して２次元のＭＰＲ画像データを生成する。尚、本撮影モードにおけるＭＰＲ断面は、穿刺針先端検出部１２によって検出された穿刺針先端部の位置座標や移動方向（即ち、穿刺針１５０の刺入方向）に基づいて自動的に設定される。
【００３２】
図５は、予備撮影モード及び本撮影モードのボリュームデータに対して設定されるＭＰＲ断面と、予備撮影モードのＭＰＲ断面にて生成されたＭＰＲ画像データを用いて設定されるフライスルー画像データの視野角度を説明するための図である。
【００３３】
即ち、図５（ａ）は、３つの正常な臓器Ｏａ、Ｏｂ及びＯｃが周囲に存在する穿刺対象臓器Ｏｘに向けて穿刺針１５０が刺入される場合を模式的に示したものであり、予備撮影モードでは、後述する入力部１４の識別情報入力部１４１から入力される穿刺アダプタ１０の識別情報に基づいてシステム制御部１６から供給される穿刺針１５０の刺入方向を含み互いに直交するＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙが設定される。一方、本撮影モードでは、同様にしてシステム制御部１６から供給される穿刺針１５０の刺入方向と穿刺針先端検出部１２から供給される穿刺針先端部位置座標に基づいて、穿刺針１５０及びその刺入方向を含み互いに直交するＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙと穿刺針１５０の先端部を含みＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙと直交するＭＰＲ断面Ｐｍｚが設定される。
【００３４】
但し、図５（ａ）では説明を簡単にするために臓器Ｏａの中心はＭＰＲ断面Ｐｍｘに位置し、臓器Ｏｂの中心はＭＰＲ断面Ｐｍｙに、又、臓器Ｏｃの中心はＭＰＲ断面Ｐｍｚに夫々位置する場合について示しているが、ＭＰＲ断面と臓器との位置関係は図５（ａ）に限定されない。尚、ＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙは、例えば、振動素子の配列方向（図３のｘ方向及びｙ方向）に基づいて初期設定され、後述する入力部１４のＭＰＲ断面設定部１４２により必要に応じて更新される。
【００３５】
一方、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、予備撮影モードのＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙにて生成されたＭＰＲ画像データＤｍｘ及びＭＰＲ画像データＤｍｙを示しており、例えば、図５（ｂ）のＭＰＲ画像データＤｍｘには臓器Ｏａと穿刺対象臓器Ｏｘが、図５（ｃ）のＭＰＲ画像データＤｍｙには臓器Ｏｂと穿刺対象臓器Ｏｘが穿刺針１５０と共に示されている。そして、表示部９に表示されたＭＰＲ画像データＤｍｘ及びＭＰＲ画像データＤｍｙを観察した超音波診断装置１００の操作者は、入力部１４に設けられた後述の視野角度設定部１４３を用い穿刺対象臓器Ｏｘに対するフライスルー画像データの生成に好適な視野角度ηｘ及びηｙを設定する。そして、このとき設定された視野角度ηｘ及びηｙの情報は、システム制御部１６の記憶回路に一旦保存される。
【００３６】
再び図１へ戻って、フライスルー画像データ生成部７は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、前記記憶回路にはボリュームデータを用いてフライスルー画像データを生成するための演算処理プログラムが予め保管されている。そして、前記演算回路は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３に保存されている本撮影モードのボリュームデータと自己の記憶回路に保管されているフライスルー画像データ用演算処理プログラムを読み出し、視点・視線方向設定部１３から供給される視点及び視線方向の情報と入力部１４の視野角度設定部１４３からシステム制御部１６を介して供給される視野角度情報に基づいて前記ボリュームデータを演算処理しフライスルー画像データを生成する。
【００３７】
図６は、ボリュームデータ生成部５によって生成されたボリュームデータの生成領域Ｒｖとこのボリュームデータ生成領域Ｒｖの内部に設定されるフライスルー画像データの生成領域Ｒｆを示したものであり、ボリュームデータ生成部５によって生成された当該被検体のボリュームデータの内部には穿刺針１５０の先端部位置座標と刺入方向に基づく視点Ｐｓ及び視線方向Ｄｓが視点・視線方向設定部１３によって設定され、更に、視点Ｐｓ及び視線方向ＤＳを基準とするｘ方向の視野角度ηｘ及びｙ方向の視野角度ηｙが入力部１４の視野角度設定部１４３からシステム制御部１６を介して供給される視野角度情報に基づいて設定される。そして、フライスルー画像データ生成部７の演算回路は、ボリュームデータ生成領域Ｒｖにおける本撮影モードのボリュームデータの中から視点Ｐｓと視野角度ηｘ及びηｙによって決定されるフライスルー画像データ生成領域Ｒｆのボリュームデータを抽出し、得られたボリュームデータを必要に応じて補間処理した後所定の演算処理を行なってフライスルー画像データを生成する。
【００３８】
一方、図７は、フライスルー画像データ生成部７において生成されるフライスルー画像データの特徴を模式的に示したものであり、例えば、図６に示したフライスルー画像データ生成領域Ｒｆに臓器Ｏａと臓器Ｏｂが存在する場合、被検体内の仮想的な視点（視点Ｐｓ）から視線方向Ｄｓに向って観察した臓器Ｏａ及び臓器Ｏｂの内視鏡的な３次元画像データが図８に示すフライスルー画像データとして生成される。この場合、視点Ｐｓからフライスルー画像データ生成領域後方の投影面Ｐｐへ投影された臓器Ｏａ及び臓器Ｏｂの投影像Ｏａｐ及びＯｂｐと等価な３次元画像データを生成することができ、このとき得られたフライスルー画像データによれば視点Ｐｓに近い臓器はより大きく観察されるため、臓器間の相対的な位置や距離を直感的に把握することが容易となる。又、このフライスルー画像データの穿刺対象臓器Ｏｘに穿刺針１５０の予想刺入位置を示す刺入位置マーカＭｋを重畳させることにより穿刺対象臓器Ｏｘに対する穿刺針１５の刺入位置を正確に知ることができる。
【００３９】
次に、図１の穿刺支援データ生成部８は、本撮影モードにおいて生成された上述のＭＰＲ画像データ及びフライスルー画像データを合成して穿刺支援データを生成する機能を有している。図９は、穿刺支援データ生成部８によって生成される穿刺支援データの具体例を示したものであり、例えば、穿刺支援データＤｂは、３つのＭＰＲ画像データＤｍｘ乃至Ｄｍｚとフライスルー画像データＤｆが配置される画像領域Ａ１乃至Ａ４に分割されている。
【００４０】
即ち、画像領域Ａ１乃至Ａ３には、穿刺針１５０の刺入方向において交差するｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面をＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙとして生成されたＭＰＲ画像データＤｍｘ及びＭＰＲ画像データＤｍｙ（図５参照）と、穿刺針先端部を含み上述のｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面に垂直なｘ−ｙ平面をＭＰＲ断面ＰｍｚとするＭＰＲ画像データＤｍｚが配置され、更に、画像領域Ａ４には、穿刺針１５０の先端部及び刺入方向を視点及び視線方向とするフライスルー画像データＤｆ（図８参照）が配置される。
【００４１】
表示部９は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備え、前記表示データ生成部は、ＭＰＲ画像データ生成部６において生成されたＭＰＲ画像データやフライスルー画像データ生成部７において生成されたフライスルー画像データ、更には、穿刺支援データ生成部８において生成された穿刺支援データの中から所望の画像データを入力部１４から供給される表示データ選択指示信号に基づいて選択し、選択した画像データ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、前記データ変換部は、前記表示データ生成部によって生成され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。
【００４２】
穿刺アダプタ１０は、例えば、超音波プローブ３の壁面に装着され、超音波プローブ３の中心軸ｚに対し所定角度ξｏだけ傾斜したスリット状の図示しないニードルガイドを有している。そして、穿刺針１５０は、ニードルガイドの内部にてスライド自在に取り付けられ、このニードルカイドに沿って被検体内に刺入される。即ち、穿刺針１５０の刺入方向は、選択された穿刺アダプタ１０によって一義的に決定される。
【００４３】
尚、超音波診断装置１００には、異なる刺入角度を有する複数の穿刺アダプタが予め備えられ、これらの穿刺アダプタの中から当該被検体の穿刺に好適な刺入角度を有する穿刺アダプタ１０が操作者によって選択される。この場合、前記複数の穿刺アダプタの各々が有するニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置や傾斜角度の情報は穿刺アダプタ識別情報と共にシステム制御部１６の記憶回路に予め保管されている。そして、操作者は、入力部１４の識別情報入力部１４１において穿刺アダプタ１０の識別情報を入力することにより所望の穿刺アダプタ１０のニードルガイドに関する上述の情報がシステム制御部１６から穿刺針先端検出部１２へ供給される。
【００４４】
一方、刺入距離検出部１１は、穿刺アダプタ１０のニードルガイドに沿ってスライドする穿刺針１５０の移動量を計測することにより、予め設定したニードルガイド上の基準位置からの移動距離、即ち、当該被検体に対する穿刺針１５０の刺入距離を検出する。
【００４５】
次に、穿刺針先端検出部１２は、穿刺アダプタ１０に設けられたニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置情報や傾斜角度情報をシステム制御部１６から受信し、これらの情報と刺入距離検出部１１からシステム制御部１６を介して供給される穿刺針１５０の移動距離（刺入距離）の情報に基づいて被検体内に刺入された穿刺針１５０の先端部位置座標と刺入方向を検出する。そして、視点・視線方向設定部１３は、穿刺針先端検出部１２から供給される穿刺針１５０の先端部位置座標に基づいてフライスルー画像データに対する視点を設定し、更に、穿刺針１５０の刺入方向に基づいて視線方向を設定する。
【００４６】
次に、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、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、穿刺アダプタ１０の識別情報を入力する識別情報入力部１４１、ＭＰＲ断面の設定や更新を行なうＭＰＲ断面設定部１４２、フライスルー画像データの生成に必要な視野角度を設定する視野角度設定部１４３を有している。又、被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件の設定、ＭＰＲ画像データ／フライスルー画像データ／穿刺支援データの生成条件や表示条件の設定、表示データの選択、更には、各種コマンド信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。
【００４７】
走査制御部１５は、当該被検体の３次元領域に対し超音波の送受信を順次行なうための遅延時間制御を送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２に対して行なう。次に、システム制御部１６は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、超音波プローブ３に装着可能な複数の穿刺アダプタの各々が有するニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置や傾斜角度の情報が穿刺アダプタの識別情報と共に予め保管され、更に、入力部１４において入力／設定／選択された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の各種情報に基づいて超音波画像診断装置１００の各ユニットを統括的に制御し、穿刺対象臓器に対する穿刺を支援する各種画像データの生成と表示を行なう。
【００４８】
（穿刺支援データの生成／表示手順）
次に、本実施例における穿刺支援データの生成／表示手順につき図１０のフローチャートを用いて説明する。
【００４９】
穿刺支援データの生成に先立ち超音波診断装置１００の操作者は、入力部１４において被検体情報の入力、穿刺アダプタ識別情報の入力、ボリュームデータ生成条件の設定、ＭＰＲ画像データ／フライスルー画像データ／穿刺支援データの生成条件及び表示条件の設定、表示データの選択等を行なった後超音波プローブ３を被検体体表面の好適な位置に配置し、この超音波プローブ３に取り付けられた穿刺アダプタ１０のニードルガイドに穿刺針１５０を装着する（図１０のステップＳ１）。尚、ここでは、表示データとして穿刺支援データを選択する場合について述べるがフライスルー画像データを表示データとして選択しても構わない。
【００５０】
上述の初期設定が終了したならば、操作者は、入力部１４にて穿刺支援データの表示開始コマンドを入力し（図１０のステップＳ２）、入力されたコマンド信号がシステム制御部１６に供給されることにより、穿刺支援データの生成が開始される。
【００５１】
穿刺支援データを構成するフライスルー画像データの生成に必要な視野角度の設定を目的とした予備撮影モードのボリュームデータの収集に際し、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１６から供給される基準信号を分周し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、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、最初の送受信方向（θ１、φ１）に超音波を送信するための偏向用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Ｍｔ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いて駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ３におけるＭｔ個の送信用振動素子に供給して被検体内に送信超音波を放射する。
【００５２】
放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体の臓器境界面や組織にて反射し、超音波プローブ３に設けられたＭｒ個の受信用振動素子によって受信されＭｒチャンネルの電気的な受信信号に変換される。次いで、この受信信号は、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１においてデジタル信号に変換され、更に、Ｍｒチャンネルの受信遅延回路２２２において所定の深さからの受信超音波を収束するための集束用遅延時間と送受信方向（θ１、φ１）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間が与えられた後加算器２２３にて整相加算される。
【００５３】
そして、整相加算後の受信信号が供給された受信信号処理部４の包絡線検波器４１及び対数変換器４２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、ボリュームデータ生成部５の超音波データ記憶部５１に送受信方向（θ１、φ１）を付帯情報として保存する。
【００５４】
送受信方向（θ１、φ１）におけるＢモードデータの生成と保存が終了したならば、システム制御部１６は、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２２２における遅延時間を制御してθ方向にΔθ、φ方向にΔφずつ順次更新された送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ）、但し、送受信方向（θ１、φ１）を除く）の各々に対して同様の手順で超音波を送受信して３次元走査を行なう。そして、これらの送受信方向にて得られたＢモードデータも上述の送受信方向を付帯情報として超音波データ記憶部５１に保存する。
【００５５】
一方、ボリュームデータ生成部５の補間処理部５２は、超音波データ記憶部５１から読み出した複数のＢモードデータを送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成し、更に、この３次元Ｂモードデータを補間処理してボリュームデータを生成する。そして、生成したボリュームデータをボリュームデータ記憶部５３に保存する（図１０のステップＳ３）。
【００５６】
一方、システム制御部１６は、入力部１４の識別情報入力部１４１において入力された穿刺アダプタ１０の識別情報に基づいてこの穿刺アダプタ１０に設けられたニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置情報や傾斜角度情報を自己の記憶回路から読み出して穿刺針先端検出部１２へ供給する。そして、穿刺針先端検出部１２は、上述のニードルガイドの位置情報や傾斜角度情報に基づいて刺入直前における穿刺針１５０の刺入方向を検出する（図１０のステップＳ４）。
【００５７】
次いで、ＭＰＲ画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３に保存されたボリュームデータを読み出し、穿刺針先端検出部１２から供給される穿刺針１５０の刺入方向に基づいて前記ボリュームデータに対し複数のＭＰＲ断面（例えば、図５のＭＰＲ断面Ｐｍｘ及びＭＰＲ断面Ｐｍｙ）を設定する。そして、これらのＭＰＲ断面に対応したボリュームデータのボクセルを抽出して複数のＭＰＲ画像データを生成し、表示部９のモニタに表示する（図１０のステップＳ５）。
【００５８】
表示部９に表示されたＭＰＲ画像データを観察した操作者は、必要に応じてＭＰＲ断面の更新を入力部１４のＭＰＲ断面設定部１４２を用いて行なった後、入力部１４の視野角度設定部１４３を用いてフライスルー画像データの生成に必要な視野角度（例えば、図５（ｂ）のηｘ及び図５（ｃ）のηｙ）を設定する（図１０のステップＳ６）。
【００５９】
一方、操作者は、穿刺針１５０を穿刺アダプタ１０のニードルガイドに沿って被検体内に刺入し（図１０のステップＳ７）、刺入距離検出部１１は、このとき刺入された穿刺針１５０の刺入距離を計測する。そして、穿刺針先端検出部１２は、システム制御部１６から既に供給されているニードルガイドの超音波プローブ３に対する相対的な位置情報や傾斜角度情報と刺入距離検出部１１からシステム制御部１６を介して新たに供給された穿刺針１５０の刺入距離に基づいて穿刺針１５０の先端部位置座標と刺入方向を検出する（図１０のステップＳ８）。
【００６０】
次いで、視点・視線方向設定部１３は、穿刺針先端検出部１２から供給された穿刺針１５０の先端部位置座標及び刺入方向に基づいてフライスルー画像データの生成に必要な視点と視線方向を設定する（図１０のステップＳ９）。
【００６１】
一方、システム制御部１６は、上述のステップＳ３と同様の手順により走査制御部１５、送受信部２、受信信号処理部４、ボリュームデータ生成部５及びＭＰＲ画像データ生成部６の各ユニットを制御してフライスルー画像データの生成を目的とした本撮影モードのボリュームデータを生成し（図１０のステップＳ１０）、更に、穿刺針先端検出部１２から供給された穿刺針１５０の先端部位置座標及び刺入方向に基づいて複数のＭＰＲ断面（例えば、図５のＭＰＲ断面Ｐｍｘ乃至Ｐｍｚ）を前記ボリュームデータに設定して複数のＭＰＲ画像データを生成する（図１０のステップＳ１１）。
【００６２】
更に、フライスルー画像データ生成部７は、視点・視線方向設定部１３から供給された視点及び視線方向の情報と入力部１４の視野角度設定部１４３からシステム制御部１６を介して供給された視野角度情報に基づいて自己の記憶回路に保管されているフライスルー画像データ用演算処理プログラムを起動し、ボリュームデータ生成部５において生成された本撮影モードのボリュームデータを処理してフライスルー画像データを生成する（図１０のステップＳ１２）。
【００６３】
そして、穿刺支援データ生成部８は、上述のＭＰＲ画像データとフライスルー画像データを合成して穿刺支援データ（図９参照）を生成し、得られた穿刺支援データを表示部９のモニタに表示する（図１０のステップＳ１３）。
【００６４】
表示部９に表示された穿刺支援データを観察した超音波診断装置１００の操作者は、この穿刺支援データに基づいて穿刺針１５０の先端部が穿刺対象臓器に刺入されているか否かを判定し、未だ刺入されていない場合には、穿刺針１５０を更に刺入させると共にこのとき生成されるＭＰＲ画像データ及びフライスルー画像データの合成により新たに得られた穿刺支援データを表示部９へ表示する（図１０のステップＳ７乃至Ｓ１３）。そして、穿刺針先端部の穿刺対象臓器に対する刺入が確認されるまで上述のステップＳ７乃至Ｓ１３の手順を繰り返す。
【００６５】
一方、表示部９における穿刺支援データの観察において穿刺針先端部が穿刺対象臓器に刺入されたことを確認した操作者は、刺入を停止した状態で穿刺対象臓器に対する薬物投与や組織（細胞）採取等の検査／治療を行ない（図１０のステップＳ１４）、所定の検査／治療が終了したならば穿刺針１５０を被検体内から抜出する（図１０のステップＳ１５）。
【００６６】
以上述べた本発明の実施例によれば、周囲の正常臓器を損傷させること無く穿刺対象臓器に対する穿刺を正確に行なうことが可能となる。このため、検査／治療における安全性と効率が向上するのみならず操作者や被検体に対する負担が軽減される。
【００６７】
特に、本実施例によれば、穿刺針の先端部を視点としたフライスルー画像データを生成し、このフライスルー画像データに基づいた穿刺支援データの観察下にて穿刺対象臓器に対する穿刺が行なわれるため、穿刺対象臓器とその周辺に位置する正常臓器との位置関係を直感的に把握することができ、しかも、穿刺針の先端部と穿刺対象臓器との間に介在する正常臓器の有無を正確に判定することができるため穿刺対象臓器のみを正確に穿刺することが可能となる。
【００６８】
更に、フライスルー画像データには穿刺針の予想刺入位置が刺入位置マーカとして重畳表示されるため、フライスルー画像データにおける穿刺対象臓器の所望部位に刺入位置マーカが位置するように穿刺針の刺入方向を調整することにより穿刺精度を更に向上させることができる。
【００６９】
又、穿刺針及びその刺入方向が含まれるＭＰＲ断面において生成されたＭＰＲ画像データと上述のフライスルー画像データを合成して穿刺支援データを生成することにより、穿刺針の先端部から穿刺対象臓器までの距離の正確な計測と穿刺針の先端部を視点とする内視鏡的な観測を同時に行なうことができるため、穿刺針を用いた検査／治療の効率と精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００７０】
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、同一のボリュームデータから生成されたフライスルー画像データと３つのＭＰＲ画像データとの合成によって生成された穿刺支援データの観測下にて穿刺対象臓器に対する穿刺を行なう場合について述べたが、フライスルー画像データ生成部７において生成されたフライスルー画像データあるいはこのフライスルー画像データのみで構成される穿刺支援データの観測下にて上述の穿刺を行なってもよい。
【００７１】
又、ＭＰＲ画像データは互いに直交するＭＰＲ断面において生成される場合について述べたが、必ずしも直交させる必要はなく、ＭＰＲ画像データは３つに限定されない。
【００７２】
更に、フライスルー画像データの生成により穿刺針の先端部を視点とした内視鏡的な３次元画像データの観察が可能となるが、更に、穿刺針先端部からの距離に応じて画像データの輝度や色調を変化させてもよい。この方法により穿刺対象臓器とその周辺に位置する正常臓器との視認性を向上させることができる。
【００７３】
一方、上述の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブ３によって収集したＢモードデータに基づいてボリュームデータを生成し、このボリュームデータを用いてフライスルー画像データを生成する場合について述べたが、超音波プローブ３の替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させてボリュームデータを収集してもよく、又、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいてボリュームデータを生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【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る送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。
【図３】同実施例の超音波プローブが備える振動素子の配列方向と超音波送受信方向との関係を示す図。
【図４】同実施例の超音波診断装置が備えるボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図。
【図５】同実施例における予備撮影モードのＭＰＲ画像データに基づいて設定されるフライスルー画像データの視野角度を説明するための図。
【図６】同実施例におけるボリュームデータ生成領域とフライスルー画像データ生成領域の関係を示す図。
【図７】同実施例のフライスルー画像データ生成部において生成されるフライスルー画像データの特徴を模式的に示す図。
【図８】同実施例のフライスルー画像データ生成部において生成されるフライスルー画像データの具体例を示す図。
【図９】同実施例の穿刺支援データ生成部によって生成される穿刺支援データの具体例を示す図。
【図１０】同実施例における穿刺支援データの生成／表示手順を示すフローチャート。
【図１１】従来の穿刺用超音波プローブを説明するための図。
【符号の説明】
【００７５】
２…送受信部
２１…送信部
２２…受信部
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
５…ボリュームデータ生成部
５１…超音波データ記憶部
５２…補間処理部
５３…ボリュームデータ記憶部
６…ＭＰＲ画像データ生成部
７…フライスルー画像データ生成部
８…穿刺支援データ生成部
９…表示部
１０…穿刺アダプタ
１１…刺入距離検出部
１２…穿刺針先端検出部
１３…視点・視線方向設定部
１４…入力部
１４１…識別情報入力部
１４２…ＭＰＲ断面設定部
１４３…視野角度設定部
１５…走査制御部
１６…システム制御部
１５０…穿刺針
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】
2009061076.tif 000009
【図８】
2009061076.tif 000010
【図９】
2009061076.tif 000011
【図１０】
2009061076.tif 000012
【図１１】
2009061076.tif 000013