(57)【要約】【課題】穿刺針の刺入経路を含む撮像断面を効率的に求め、刺入経路を含む撮像断面を確実に画像化できる超音波撮像装置を実現する。【解決手段】穿刺針１２の予想刺入経路１８にモニター領域１６を設け、モニター領域１６を貫通する穿刺針１２の貫通位置を検出し、この貫通位置情報に基づいて、刺入断面であるＡ断面８１の機械走査方向の断面位置を補正することとしているので、穿刺針１２の実際の刺入経路を、刺入断面であるＡ断面に確実に描出することを実現させる。【選択図】図８
2009005802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の３次元断層画像情報を取得する超音波プローブと、
前記超音波プローブに保持される穿刺ガイドと、
前記穿刺ガイドに装着され、前記３次元断層画像情報が取得される被検体の３次元領域に刺入される穿刺針と、
前記３次元断層画像情報を記憶する画像メモリと、
前記３次元断層画像情報に基づいて、前記刺入が予想される予想刺入経路を含む刺入断面の刺入断面画像情報を形成する画像処理部と、
を備える超音波撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記３次元領域に対応する前記画像メモリの３次元メモリ領域に、前記３次元領域では前記予想刺入経路が中心位置近傍を貫通する平面状のモニター領域となるモニターメモリ領域を設定するモニター領域設定手段、前記穿刺針が前記モニター領域を貫通する際に、前記モニターメモリ領域の断層画像情報に基づいて、前記穿刺針が前記モニター領域を貫通する貫通位置を検出する貫通位置検出手段および前記貫通位置を含むように前記刺入断面の断面位置を補正する断面位置補正手段を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記超音波プローブは、圧電素子が円弧状または直線状に１次元配列される探触子アレイ、並びに、前記１次元配列の配列方向と直交する機械走査方向に、前記探触子アレイを繰り返し機械的に走査する機械走査手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記穿刺ガイドは、前記機械的に走査される走査範囲の中心に位置する前記配列方向を含む断面内に、前記穿刺針を刺入することを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記画像処理部は、前記機械的に走査される走査範囲の中心に位置する前記配列方向を含む断面を、前記刺入断面とすることを特徴とする請求項３に記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記超音波プローブは、圧電素子が面状に２次元配列される２次元探触子アレイを備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記刺入断面を一つの断面として含み、前記３次元領域で互いに直交する直交３断面の断層画像情報を形成する直交３断面形成手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記超音波撮像装置は、さらに前記直交３断面の断層画像情報を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項６に記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記モニター領域設定手段は、前記画像メモリから前記モニターメモリ領域の断層画像情報を抽出し、前記断層画像情報の断層画像を前記表示部に表示することを特徴とする請求項７に記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記貫通位置検出手段は、前記表示された断層画像の中に位置を指定するカーソルおよび前記カーソルの前記断層画像の中での位置を検出し、前記貫通位置とするカーソル位置検出手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記貫通位置検出手段は、前記３次元断層画像情報から前記モニターメモリ領域の断層画像情報を抽出し、前記断層画像情報の断層画像に含まれる、前記穿刺針の貫通位置を自動で検出する自動検出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記自動検出手段は、前記断層画像の閾値を越える高輝度スポットの画素位置を、前記貫通位置として自動検出することを特徴とする請求項１０に記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記自動検出手段は、前記画像メモリに取得時間が時系列をなす複数の前記３次元断層画像情報が記憶される際に、前記モニターメモリ領域の時系列をなす複数の断層画像情報を抽出し、前記複数の断層画像情報が有する断層画像の中から、前記貫通位置を自動検出することを特徴とする請求項１０または１１に記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記自動検出手段は、前記画像メモリに取得時間が時系列をなす複数の前記３次元断層画像情報が記憶される際に、前記モニターメモリ領域の時系列をなす複数の２次元断層画像情報を抽出し、前記複数の２次元断層画像情報が有する２次元断層画像を、取得時間が異なる２枚の２次元断層画像の間で差分を行い、前記差分された差分断層画像に含まれる、閾値を越えるスポットの画素位置を、前記貫通位置として自動検出することを特徴とする請求項１０に記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記モニター領域設定手段は、前記穿刺針が前記３次元領域に刺入を開始する前記３次元領域の辺縁部に位置する第１のモニター領域に対応する前記画像メモリの第１のモニターメモリ領域を備えることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
前記モニター領域設定手段は、前記３次元領域内に位置する第２のモニター領域に対応する前記画像メモリの第２のモニターメモリ領域を備えることを特徴とする請求項１４に記載の超音波撮像装置。
【請求項１６】
前記貫通位置検出手段は、前記第１のモニターメモリ領域および前記第２のモニターメモリ領域の断層画像情報に基づいて、前記穿刺針が前記第１のモニター領域および前記第２のモニター領域を貫通する第１の貫通位置および第２の貫通位置を検出することを特徴とする請求項１５に記載の超音波撮像装置。
【請求項１７】
前記断面位置補正手段は、前記第１の貫通位置および前記第２の貫通位置を含むように前記刺入断面の断面位置を補正することを特徴とする請求項１６に記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体の３次元断層画像情報を取得しつつ、穿刺を行う超音波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波撮像装置により、被検体内に刺入された穿刺針をモニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）しつつ、生検（ｂｉｏｐｓｙ）が行われる。これにより、目的とする被検体の患部に確実な穿刺を行い、被検体試料の確実な採取を行う。ここで、穿刺針は、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）に保持された穿刺ガイド（ｇｕｉｄｅ）に沿って刺入される。これにより、穿刺針の刺入経路は、超音波プローブの撮像断面に沿ったものとなり、撮像断面の所定の位置および方向から刺入される穿刺針は、超音波撮像装置を用いて観察されるものとなる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、超音波撮像装置の超音波プローブは、所定の撮像断面の２次元断層画像情報を取得するものと同時に、３次元的な撮像領域の３次元断層画像情報を取得するものも使用されつつある。この３次元断層画像情報を取得する超音波プローブとしては、被検体との接触面で圧電素子がアレイ（ａｒｒａｙ）状に２次元配列されたもの、あるいはアレイ状に１次元配列された圧電素子を機械的に走査するもの等が存在する。
【０００４】
これら超音波プローブを用いた場合にも、上述した穿刺針を用いた生検は、同様に行われ、圧電素子がアレイ状に配列される電子走査方向に、穿刺ガイドを用いて穿刺針の刺入が行われる。
【特許文献１】特開２００３―３３４１９１号公報、（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記背景技術によれば、穿刺針の刺入経路が、撮像断面からずれ、観察しにくくなることがある。すなわち、穿刺針は、外径が細いものであること（１ｍｍ前後）、被検体内部は、弾力に富んでおり組織ごとに強度が異なるものであること、穿刺ガイドは、若干のガタを有するものであること等の理由により、穿刺針の刺入経路は、穿刺ガイドにより規定される予想刺入経路とは、異なったものになることがある。
【０００６】
また、３次元的な撮像領域を有する超音波プローブでは、表示される撮像断面は、取得された３次元断層画像情報の中から、予め予想される刺入経路を含む撮像断面の断層画像情報を抽出し、表示したものである。この撮像断面を順次移動し、穿刺針の刺入経路を含む撮像断面を求めることもできるが、刺入を行っているオペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）にとって、手間のかかることであり、効率的でない。
【０００７】
これらのことから、穿刺針の刺入経路を含む撮像断面を効率的に求め、刺入経路を含む撮像断面を確実に画像化できる超音波撮像装置をいかに実現するかが重要となる。
【０００８】
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、穿刺針の刺入経路を含む撮像断面を効率的に求め、刺入経路を含む撮像断面を確実に画像化できる超音波撮像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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体の３次元断層画像情報を取得する超音波プローブと、前記超音波プローブに保持される穿刺ガイドと、前記穿刺ガイドに装着され、前記３次元断層画像情報が取得される被検体の３次元領域に刺入される穿刺針と、前記３次元断層画像情報を記憶する画像メモリと、前記３次元断層画像情報に基づいて、前記刺入が予想される予想刺入経路を含む刺入断面の刺入断面画像情報を形成する画像処理部と、を備える超音波撮像装置であって、前記画像処理部は、前記３次元領域に対応する前記画像メモリの３次元メモリ領域に、前記３次元領域では前記予想刺入経路が中心位置近傍を貫通する平面状のモニター領域となるモニターメモリ領域を設定するモニター領域設定手段、前記穿刺針が前記モニター領域を貫通する際に、前記モニターメモリ領域の断層画像情報に基づいて、前記穿刺針が前記モニター領域を貫通する貫通位置を検出する貫通位置検出手段および前記貫通位置を含むように前記刺入断面の断面位置を補正する断面位置補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
この第１の観点による発明では、画像処理部は、モニター領域設定手段により、３次元領域に対応する画像メモリの３次元メモリ領域に、３次元領域では予想刺入経路が中心位置近傍を貫通する平面状のモニター領域となるモニターメモリ領域を設定し、貫通位置検出手段により、穿刺針がモニター領域を貫通する際に、モニターメモリ領域の断層画像情報に基づいて、穿刺針がモニター領域を貫通する貫通位置を検出し、断面位置補正手段により、貫通位置を含むように刺入断面の断面位置を補正する。
【００１１】
また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記超音波プローブが、圧電素子が円弧状または直線状に１次元配列される探触子アレイ、並びに、前記１次元配列の配列方向と直交する機械走査方向に、前記探触子アレイを繰り返し機械的に走査する機械走査手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
この第２の観点の発明では、超音波プローブは、機械的な走査により、３次元断層画像情報を取得する。
【００１３】
また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記穿刺ガイドが、前記機械的に走査される走査範囲の中心に位置する前記配列方向を含む断面内に、前記穿刺針を刺入することを特徴とする。
【００１４】
この第３の観点の発明では、穿刺針を、超音波プローブが被検体と接触する接触面の中心位置に刺入する。
【００１５】
また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記画像処理部が、前記機械的に走査される走査範囲の中心に位置する前記配列方向を含む断面を、前記刺入断面とすることを特徴とする。
【００１６】
この第４の観点の発明では、画像処理部は、穿刺針が刺入される断面の断層画像情報を形成する。
【００１７】
また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記超音波プローブが、圧電素子が面状に２次元配列される２次元探触子アレイを備えることを特徴とする。
【００１８】
この第５の観点の発明では、電子走査により、３次元断層画像情報を取得する。
【００１９】
また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし５の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記画像処理部が、前記刺入断面を一つの断面として含み、前記３次元領域で互いに直交する直交３断面の断層画像情報を形成する直交３断面形成手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記超音波撮像装置が、さらに前記直交３断面の断層画像情報を表示する表示部を備えることを特徴とする。
【００２１】
この第７の観点の発明では、直交３断面の画像により、３次元領域の状態を容易に把握する。
【００２２】
また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第７の観点に記載の超音波撮像装置において、前記モニター領域設定手段が、前記画像メモリから前記モニターメモリ領域の断層画像情報を抽出し、前記断層画像情報の断層画像を前記表示部に表示することを特徴とする。
【００２３】
この第８の観点の発明では、モニター領域の画像を、観察できるようにする。
【００２４】
また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記貫通位置検出手段が、前記表示された断層画像の中に位置を指定するカーソルおよび前記カーソルの前記断層画像の中での位置を検出し、前記貫通位置とするカーソル位置検出手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
この第９の観点の発明では、モニター領域を貫通した穿刺針の貫通位置を、オペレータの操作により手動で検出する。
【００２６】
また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし８の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記貫通位置検出手段が、前記３次元断層画像情報から前記モニターメモリ領域の断層画像情報を抽出し、前記断層画像情報の断層画像に含まれる、前記穿刺針の貫通位置を自動で検出する自動検出手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
この第１０の観点の発明では、モニター領域を貫通した穿刺針の貫通位置を、オペレータを煩わせることなく、自動で検出する。
【００２８】
また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記自動検出手段が、前記断層画像の閾値を越える高輝度スポットの画素位置を、前記貫通位置として自動検出することを特徴とする。
【００２９】
この第１１の観点の発明では、高輝度スポットを形成する穿刺針の刃先の位置を、貫通位置として検出する。
【００３０】
また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０または１１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記自動検出手段が、前記画像メモリに取得時間が時系列をなす複数の前記３次元断層画像情報が記憶される際に、前記モニターメモリ領域の時系列をなす複数の断層画像情報を抽出し、前記複数の断層画像情報が有する断層画像の中から、前記貫通位置を自動検出することを特徴とする。
【００３１】
この第１２の観点の発明では、モニター領域を貫通する穿刺針の刃先を、確実に検出する。
【００３２】
また、第１３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記自動検出手段が、前記画像メモリに取得時間が時系列をなす複数の前記３次元断層画像情報が記憶される際に、前記モニターメモリ領域の時系列をなす複数の２次元断層画像情報を抽出し、前記複数の２次元断層画像情報が有する２次元断層画像を、取得時間が異なる２枚の２次元断層画像の間で差分を行い、前記差分された差分断層画像に含まれる、閾値を越えるスポットの画素位置を、前記貫通位置として自動検出することを特徴とする。
【００３３】
この第１３の観点の発明では、穿刺針がモニター領域を貫通する際の、輝度変化により、貫通位置を検出する。
【００３４】
また、第１４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１ないし１３の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記モニター領域設定手段が、前記穿刺針が前記３次元領域に刺入を開始する前記３次元領域の辺縁部に位置する第１のモニター領域に対応する前記画像メモリの第１のモニターメモリ領域を備えることを特徴とする。
【００３５】
この第１４の観点の発明では、モニター領域を、穿刺針が刺入を開始する位置に設け、早期に刺入経路を特定する。
【００３６】
また、第１５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記モニター領域設定手段が、前記３次元領域内に位置する第２のモニター領域に対応する前記画像メモリの第２のモニターメモリ領域を備えることを特徴とする。
【００３７】
この第１５の観点の発明では、穿刺針が患部に到達する前の３次元領域内で、穿刺針の位置を特定する。
【００３８】
また、第１６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記貫通位置検出手段が、前記第１のモニターメモリ領域および前記第２のモニターメモリ領域の断層画像情報に基づいて、前記穿刺針が前記第１のモニター領域および前記第２のモニター領域を貫通する第１の貫通位置および第２の貫通位置を検出することを特徴とする。
【００３９】
この第１６の観点の発明では、穿刺針の刺入経路を、第１の貫通位置および第２の貫通位置により、２点で検出し、確実に特定する。
【００４０】
また、第１７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記断面位置補正手段が、前記第１の貫通位置および前記第２の貫通位置を含むように前記刺入断面の断面位置を補正することを特徴とする。
【００４１】
この第１７の観点の発明では、刺入断面が、確実に刺入経路を含むようする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、容易に、刺入断面が、穿刺針の刺入経路を含むようにすることができ、ひいては刺入経路の観察を間違いなく行い、生検における被検体試料の採取を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
【００４４】
まず、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる超音波撮像装置１００の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。超音波撮像装置１００は、超音波プローブ１０、穿刺ガイド１１、穿刺針１２、画像取得部１０２、画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７および制御部１０８を含む。
【００４５】
超音波プローブ１０は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体２の撮像断面の特定方向に超音波を照射し、被検体２の内部から都度反射された超音波エコー（ｅｃｈｏ）を時系列的な音線として受信する。一方、超音波プローブ１０は、超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査および機械走査を行う。後に詳述するように、この超音波プローブ１０は、電子走査方向に圧電素子がアレイ状に配列される探触子アレイおよびこの配列と直交する方向に探触子アレイを機械的に走査する機械走査手段を含み、３次元断層画像情報を取得する。
【００４６】
穿刺ガイド１１は、超音波プローブ１０の把持部に取り付けられ、装着された穿刺針１２を、被検体２の所定の撮像断面に刺入する。
【００４７】
穿刺針１２は、ステンレス（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等で形成された注射針で、用途に応じて外径が０．３ｍｍ〜４ｍｍ程度のものが使い分けられる。被検体２の内部から試料を採取する生検では、穿刺針１２の内部に生検針が配置され、この生検針を用いて試料の採取が行われる。ここで、穿刺針１２の刃先は、概ね図２の様な鋭角の切断面１３を有する。この刃先の切断面１３は、穿刺針１２の円柱形状の胴体部１４と比較して、反射超音波エコーの強度が高く、断層画像の中で高輝度スポットとして観察される。一方、穿刺針１２の胴体部は、反射超音波エコーの強度が、被検体２の組織部分と比較しても小さく、断層画像の中では低輝度の、観察しにくい部分となる。
【００４８】
図１に戻り、画像取得部１０２は、送受信部、Ｂモード（ｍｏｄｅ）処理部、ドップラ（ｄｏｐｐｌｅｒ）処理部等を含む。送受信部は、超音波プローブ１０と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続されており、超音波プローブ１０の圧電素子を駆動するための電気信号を発生する。また、送受信部は、受信した反射超音波エコーの初段増幅も行う。
【００４９】
Ｂモード処理部は、送受信部で増幅された反射超音波エコー信号からＢモード画像をリアルタイム（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）で生成するための処理を行い、ドップラ処理部は、送受信部で増幅された反射超音波エコー信号から位相変化情報を抽出し、リアルタイムで、周波数偏移の平均周波数値である平均速度、パワー（ｐｏｗｅｒ）値、分散といった、血流情報を算出する。
【００５０】
画像メモリ１０４は、画像取得部１０２で取得されたＢモード画像情報、血流情報を含むドップラ画像情報等を保存する、大容量メモリである。画像メモリ１０４は、例えばハードディスク（ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ）等から構成される。
【００５１】
画像表示制御部１０５は、Ｂモード処理部で生成されたＢモード画像情報およびドップラ処理部で生成された血流情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）変換、並びに、画像表示の形状や位置制御を行う。
【００５２】
表示部１０６は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等からなり、Ｂモード画像あるいはドップラ画像等の表示を行う。
【００５３】
入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、マウス（ｍｏｕｓｅ）等からなり、オペレータにより、操作入力信号が入力される。入力部１０７は、例えば、Ｂモードによる表示あるいはドップラ処理の表示を選択するための操作入力、表示された画像情報に画像処理を行うためのカーソル（ｃｕｒｓｏｒ）等による指定、ドップラ処理を行うドップラ撮像領域の設定を入力する操作入力等が行われる。また、入力部１０７からは、超音波プローブ１０の探触子アレイを機械的に走査する際の、走査モード、機械走査の速度、最大振れ角度およびスキャン（ｓｃａｎ）開始等の情報が、制御部１０８に入力される。
【００５４】
制御部１０８は、入力部１０７から入力された操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波プローブを含む超音波撮像装置各部の動作を制御する画像取得制御部および画像メモリ１０４に保存された３次元断層画像情報を用いて、画像処理を行う画像処理部を含む。画像取得制御部は、入力部１０７から入力される超音波プローブ１０の走査モード、機械走査の速度、最大振れ角度およびスキャン開始等の情報に基づいて、超音波プローブ１０内部での探触子アレイの位置を制御する。なお、画像処理部については、後に詳述する。
【００５５】
図３は、超音波プローブ１０の内部構造を示す、プローブの断面図である。超音波プローブ１０は、カバー５１、把持部５２、探触子アレイ１７、結合流体４７、並びに、機械走査手段をなす駆動歯車２１、駆動シャフト（ｓｈａｆｔ）２４、ステッピングモータ（ｓｔｅｐｐｉｎｇ  ｍｏｔｏｒ）２８、ベルト（ｂｅｌｔ）３３および回転制御部２５を含む。ここで、カバー５１および把持部５２は、探触子アレイ１７、結合流体４７、並びに、機械走査手段をなす駆動歯車２１、ステッピングモータ２８、ベルト３３および回転制御部２５を内包する容器を形成する。なお、図中に示されたｘｙｚ座標軸は、すべての図面に共通する座標軸であり、図面相互の位置関係を示す。
【００５６】
カバー５１は、半透明の膜からなり、円弧状に機械走査される探触子アレイ１７の軌道に沿った円弧状の形状を有する。カバー５１は、探触子アレイ１７で発生される超音波および被検体２からの反射超音波エコーを、低損失で通過させる音響インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の材質とされる。
【００５７】
把持部５２は、成形可能なプラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）等からなり、オペレータが超音波プローブ１０を、容易にしかも確実に保持できる形状とされる。なお、把持部５２には、穿刺ガイド１１が脱着可能となっている。
【００５８】
探触子アレイ１７は、コンベックス（ｃｏｎｖｅｘ）状のリニア（ｌｉｎｅａｒ）走査型探触子である。このリニア走査型探触子は、機械走査方向と直交する電子走査方向に複数の圧電素子がアレイ状に配列させられ、この配列に沿って電子的な走査を行う。
【００５９】
探触子アレイ１７は、機械走査手段により、機械走査方向への機械的な走査を行う。機械走査手段は、電子走査方向を向く首振り手段である駆動シャフト２４を有し、駆動シャフト２４の回転により、探触子アレイ１７のカバー５１と接する探触子表面は、機械走査方向に円弧状の軌道を描く首振り動作を行う。なお、探触子アレイ１７が存在するカバー５１の内側は、結合流体４７で満たされており、探触子アレイ１７およびカバー５１の間の音響的な結合が、損失の少ない状態とされる。
【００６０】
駆動シャフト２４は、駆動歯車２１、ベルト３３を介してステッピングモータ２８と機械的に接続される。ステッピングモータ２８は、回転制御部２５からの制御パルス（ｐｕｌｓｅ）の入力により、高精度で目的とする所定角度の回転を行う。この回転により、機械的に接続された駆動シャフト２４、ひいては探触子アレイ１７も機械走査方向に回転させられる。
【００６１】
回転制御部２５は、ステッピングモータ２８を駆動するパルスを発生するパルス発生部およびこのパルスを制御するパルス制御部を有する。回転制御部２５は、画像取得部１０２からの制御情報に基づいて、ステッピングモータ２８、ひいては探触子アレイ１７の回転角度を制御し、探触子アレイ１７に駆動シャフト２４を回転中心とする首振り運動を行わせる。
【００６２】
回転制御部２５は、例えば、探触子アレイ１７が被検体正面を向くｚ軸方向にある場合をホームポジション（ｈｏｍｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）として、スキャンを行わない場合に常時停留される場所とする。そして、回転制御部２５は、オペレータにより入力部１０７から入力された、被検体が存在する正面から測った探触子アレイ１７の最大振れ角度情報および探触子アレイ１７の機械走査方向への走査速度情報に基づいて、ホームポジションから所定の機械走査方向にスキャンを開始する。その後、回転制御部２５は、オペレータによる入力部１０７からのスキャン停止の指示により、ホームポジションに探触子アレイ１７を戻し、スキャンを停止する。
【００６３】
図４は、超音波プローブ１０を用いて行われる、電子走査方向および電子走査方向と直交する機械走査方向のスキャンを示すと同時に、このスキャンの際に取得される、被検体２の内部に位置する３次元領域８を、模式的に示した説明図である。超音波プローブ１０は、圧電素子が配列される探触子アレイ１７の電子走査方向に電子走査を行い、断層画像情報を取得する。その後、超音波プローブ１０は、電子走査方向と直交する機械走査方向に探触子アレイ１７を移動させ、そこで電子走査を再び行い断層画像情報の取得を、繰り返し行う。
【００６４】
穿刺針１２は、超音波プローブ１０の把持部５２に固定された穿刺ガイド１１に、装着される。なお、穿刺ガイド１１は、機械走査方向の中心部に位置するホームポジションの、電子走査方向に沿った撮像断面内に穿刺針１２の刺入を行う構造とされる。
【００６５】
図５は、制御部１０８の機能的な構成を示す機能ブロック図である。制御部１０８は、画像取得制御部６１および画像処理部６２を含み、画像処理部６２は、さらに直交３断面形成手段７１、モニター領域設定手段７２、貫通位置検出手段７３および断面位置補正手段７４を含む。
【００６６】
画像取得制御部６１は、図４に示した様な３次元領域８で取得された３次元断層画像情報を、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に保存する。この３次元メモリ領域は、３次元領域８に対応する仮想的なアドレス（ａｄｄｒｅｓｓ）空間であり、３次元領域８の各位置に対応するアドレスに、取得された断層画像情報が保存される。
【００６７】
直交３断面形成手段７１は、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に保存された３次元断層画像情報に基づいて，３次元領域８で互いに直交する直交３断面の２次元断層画像情報を形成する。図６は、３次元領域８に設定される直交３断面を模式的に示した説明図である。直交３断面は、Ａ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３からなる。
【００６８】
Ａ断面８１は、ｘｚ軸面と平行な断面であり、ホームポジションにおける電子走査方向の断面を示す。また、Ａ断面８１は、初期設定では、穿刺針１２が穿刺ガイド１１により刺入される刺入断面となっている。Ｂ断面８２は、ｙｚ軸面と平行な断面であり、機械走査方向の断面を示す。Ｃ断面８３は、ｘｙ軸面と平行な断面であり、超音波プローブ１０が被検体２に接触する接触面と対向する対向断面である。なお、Ａ断面８１の機械走査方向位置、Ｂ断面８２の電子走査方向位置およびＣ断面８３の超音波プローブ１０が被検体２と接触する接触面からの深さ位置は、入力部１０７からの指定により変更することができる。
【００６９】
直交３断面形成手段７１は、３次元領域８のＡ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３に対応する画像メモリ１０４の３次元メモリ領域から、断層画像情報を抽出し、表示部１０６に表示する。なお、直交３断面形成手段７１は、Ａ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３に直接対応する３次元メモリ領域に画像データが存在しない場合には、補間等により画像データを生成して表示する。
【００７０】
図７は、表示部１０６に表示されるＡ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３の断層画像を示す例である。Ａ断面８１は、画面の左上部に位置し、Ｂ断面８２は、画面の右上部に位置し、Ｃ断面８３は、画面の左下に位置する。これらの断層画像は、画像を書き換えるフレームレート（ｆｒａｍｅ  ｒａｔｅ）が単一の２次元Ｂモード画像と比較して低下するものの、概ねリアルタイムに画像情報の更新を行う。なお、図７の右下に表示されるモニター画像８４については、後述する。
【００７１】
モニター領域設定手段７２は、３次元領域８に対応する、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域にモニターメモリ領域を設定する。図８は、画像メモリ１０４のモニターメモリ領域に対応する、被検体２の３次元領域８でのモニター領域１６を示す説明図である。
【００７２】
図８は、３次元領域８および直交３断面の一つであるＡ断面８１を示している。また、Ａ断面８１には、穿刺針１２のＡ断面８１に沿った予想刺入経路１８が図示されている。予想刺入経路１８は、超音波プローブ１０に装着された穿刺ガイド１１の形状および機械的な位置関係から、予めモニター領域設定手段７２により決定される。
【００７３】
モニター領域設定手段７２は、予想刺入経路１８が３次元領域８に進入する位置にモニター領域１６を設ける。モニター領域１６は、矩形状の平面領域で、この平面領域の中心位置は、予想刺入経路１８が貫通する位置とされる。この平面領域は、概ね予想刺入経路１８に直交する角度の面とされるが、実際に刺入される穿刺針１２が確実にこの平面内を貫通するような大きさであれば、直交する角度には限定されない。また、具体的には、モニター領域設定手段７２は、モニター領域１６に対応するモニターメモリ領域を、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に設定する。
【００７４】
モニター領域設定手段７２は、モニター領域１６の２次元断層画像情報を、画像表示制御部１０５へ出力し、表示部１０６に表示する。この表示では、例えば、図７に示した表示部１０６の様に、表示画面の右下にモニター画像８４としてモニター領域１６の２次元断層画像情報を表示する。
【００７５】
貫通位置検出手段７３は、入力部１０７から、カーソル等の手段によりモニター画像８４の中に位置が指定された場合に、この画像上に指定された位置に対応する３次元領域８内での位置情報を求める。なお、ここで指定される位置は、後述する様にモニター領域１６を穿刺針１２が貫通した貫通位置である。
【００７６】
断面位置補正手段７４は、貫通位置検出手段７３により求められた穿刺針１２の貫通位置情報に基づいて、Ａ断面８１の機械走査方向の位置を、穿刺針１２が貫通した位置と一致させる。
【００７７】
つぎに、画像処理部６２の具体的動作について概要を説明する。図９は、画像処理部６２の動作を示すフローチャート（ｆｌｏｗ  ｃｈａｒｔ）である。まず、オペレータは、超音波プローブ１０に穿刺ガイド１１を取り付け、さらに穿刺ガイド１１に穿刺針１２を装着する（ステップＳ９０１）。そして、オペレータは、入力部１０７から、超音波プローブ１０の走査モード、探触子アレイ１７の最大振れ角度および速度等の情報入力を行い、超音波プローブ１０の動作を開始し、取得される３次元断層画像情報を用いて図７に示すような直交３断面表示を行う（ステップＳ９０２）。
【００７８】
その後、オペレータは、被検体２に超音波プローブ１０のカバー６１部分を密着させ、穿刺針１２の刺入を開始する（ステップＳ９０３）。オペレータは、表示部１０６に表示される直交３断面の画像を参照しつつ刺入を行うが、最初にモニター画像８４を参照し、モニター領域１６を穿刺針１２が貫通したかどうかを判定する（ステップＳ９０４）。
【００７９】
ここで、穿刺針１２は、外径１ｍｍ前後の針であるので、刺入方向と概ね直交するモニター領域１６に描出される画像は、小さいものとなる。しかし、穿刺針１２の刃先は、図２に示した様な構造を有し、刃先からの反射超音波エコーは、組織部分と比較して高い強度を有するので、穿刺針１２の刃先がモニター領域１６を貫通する際には、高輝度スポットとしてモニター画像８４に描出される。オペレータは、モニター画像８４に生じる高輝度スポットの存在により、穿刺針１２の貫通および貫通位置を確認することができる。
【００８０】
そこで、オペレータは、モニター画像８４に高輝度スポットが発生していない場合には、モニター領域１６を穿刺針１２が貫通していない（ステップＳ９０４否定）として、モニター画像８４の観察を継続する。また、オペレータは、モニター画像８４に高輝度スポットが発生した場合には、モニター領域１６を穿刺針１２が貫通している（ステップＳ９０４肯定）として、高輝度スポットの位置を、穿刺針１２の貫通位置として、入力部１０７からカーソル等を用いて指定する（ステップＳ９０５）。
【００８１】
その後、オペレータは、指定された穿刺針１２の貫通位置を示す貫通位置情報に基づいて、刺入断面であるＡ断面８１の機械走査方向位置を補正し（ステップＳ９０６）、Ａ断面８１を、高輝度スポット、言い換えれば穿刺針１２の貫通位置を含むものとする。ここで、貫通位置検出手段７３は、指定された高輝度スポットの位置を、貫通位置とする。
【００８２】
図１０は、高輝度スポット９１が観測されたモニター画像８４の一例である。モニター画像８４は、高輝度スポット９１を含み、オペレータは、Ｘ印のカーソル９２を高輝度スポット９１に移動し、入力部１０７から指定を行う。貫通位置検出手段７３は、この指定により、例えば、モニター画像８４の中心位置に破線で示すホームポジションからのｙ軸方向の移動距離Δｙを算定する。そして、断面位置補正手段７４は、図１１に示す様に、ホームポジションに位置するＡ断面８１を、ｙ軸方向にΔｙだけ移動し、新たなＡ断面９３を刺入断面として、表示部１０６に表示する。
【００８３】
その後、オペレータは、表示部１０６の直交３断面を観察しつつ、刺入を行い、穿刺針１２が患部に到達したかどうかを判定し（ステップＳ９０７）、患部に到達していない場合には（ステップＳ９０７否定）、刺入を継続し、患部に到達した場合には（ステップＳ９０７肯定）、試料の採取を行い（ステップＳ９０８）、本処理を終了する。
【００８４】
上述してきたように、本実施の形態１では、穿刺針１２の予想刺入経路１８にモニター領域１６を設け、モニター領域１６を貫通する穿刺針１２の貫通位置を検出し、この貫通位置情報に基づいて、Ａ断面８１の機械走査方向の断面位置を補正することとしているので、穿刺針１２の実際の刺入経路を、刺入断面であるＡ断面に確実に描出することができる。
【００８５】
また、本実施の形態１では、貫通位置検出手段７３は、モニター画像８４の高輝度スポット９１の位置を、オペレータによる入力部１０７からの指定により手動で検出することとしたが、穿刺針１２の刃先からの反射超音波エコーの強度は、充分に強いものであるので、閾値を設け、この閾値を越える輝度値を有するモニター画像８４の画素位置を検出することにより、自動で穿刺針１２の貫通位置を検出する自動検出手段を備えることもできる。さらに、自動検出手段は、刺入の際の、穿刺針１２の刃先がモニター領域１６を貫通するタイミングを含む時間的に連続する複数のモニター画像８４を用いて、確実に穿刺針が貫通した高輝度の画素位置を求めることもできる。なお、断面位置補正手段７４は、自動的に検出された貫通位置情報に基づいて、自動でＡ断面の断面位置を補正することができる。
【００８６】
また、貫通位置検出手段７３は、自動検出手段として、時間的に連続する複数のモニター画像８４を用いて、取得時間が異なるこれらモニター画像８４の差分から、輝度変化により、穿刺針のモニター領域１６の貫通位置を検出することもできる。この場合には、輝度変化を生じた画素位置を、穿刺針の貫通位置とする。
【００８７】
また、本実施の形態１では、超音波プローブ１０は、探触子アレイ１７を機械的に走査するものとしたが、代わりに圧電素子が２次元的に拡がるアレイ状に配列された２次元探触子アレイを用いることもできる。この場合、３次元断層画像情報は、電子走査のみによって取得される。
（実施の形態２）
【００８８】
ところで、上記実施の形態１では、モニター領域設定手段７２は、予想刺入経路１８に沿って一つのモニター領域１６を設けて、穿刺針１２の刺入経路をモニターしたが、予想刺入経路１８に沿って２つ以上のモニター領域を設け、穿刺針１２の実際の刺入経路をより正確にモニターし、かつＡ断面の断面位置補正を確実なものとすることもできる。
【００８９】
なお、本実施の形態２にかかる超音波撮像装置の構成は、図１〜５に示す超音波撮像装置１００の構成と全く同様であるので、構成の詳しい説明は省略する。
【００９０】
図１２は、本実施の形態２の図８に対応する説明図で、３次元領域８の予想刺入経路１８に沿って、第１のモニター領域９６および第２のモニター領域９７の２つのモニター領域を設けた例の説明図である。第１のモニター領域９６は、モニター領域１６と同様に、３次元領域８に穿刺針１２が刺入を開始する辺縁部に位置し、第２のモニター領域９７は、３次元領域８の中央部に位置する。
【００９１】
モニター領域設定手段７２は、第１のモニター領域９６に対応する第１のモニターメモリ領域および第２のモニター領域９７に対応する第２のモニターメモリ領域を画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に設定する。
【００９２】
貫通位置検出手段７３は、モニター領域１６と全く同様に、第１のモニターメモリ領域および第２のモニターメモリ領域の２次元断層画像情報を用いて、第１のモニター領域９６および第２のモニター領域９７を貫通する穿刺針１２の貫通位置を検出する。
【００９３】
断面位置補正手段７４は、これら２つの貫通位置情報に基づいて刺入断面であるＡ断面８１の断面位置を補正する。なお、この断面は、必ずしもＢ断面８２およびＣ断面８３と直交するとは限らないので、検出された穿刺針１２の２つの貫通位置を含むように適宜３次元断層画像情報から補間等により、この断面の画像情報が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる穿刺針が有する刃先の形状を示す説明図である。
【図３】実施の形態１にかかる超音波プローブが有する機械的構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態１にかかる超音波プローブの電子走査および機械走査を示す説明図である。
【図５】実施の形態１にかかる超音波撮像装置の制御部が有する機能的な構成を示す機能ブロック図である。
【図６】超音波プローブにより撮像される３次元領域の直交３断面を示す説明図である。
【図７】表示部に表示される直交３断面の画像情報を示す説明図である。
【図８】実施の形態１にかかる３次元領域のモニター領域を示す説明図である。
【図９】実施の形態１にかかる制御部の動作を示すフローチャートである。
【図１０】モニター画像に表示された高輝度スポットの一例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態１にかかるＡ断面の断面位置の補正を示す説明図である。
【図１２】実施の形態２にかかる第１のモニター領域および第２のモニター領域を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９５】
２  被検体
８  ３次元領域
１０  超音波プローブ
１１  穿刺ガイド
１２  穿刺針
１３  切断面
１４  胴体部
１６  モニター領域
１７  探触子アレイ
１８  予想刺入経路
２１  駆動歯車
２４  駆動シャフト
２５  回転制御部
２８  ステッピングモータ
３３  ベルト
４７  結合流体
５１  カバー
５２  把持部
６１  画像取得制御部
６１  カバー
６２  画像処理部
７１  断面形成手段
７２  モニター領域設定手段
７３  貫通位置検出手段
７４  断面位置補正手段
８１、９３  Ａ断面
８２  Ｂ断面
８３  Ｃ断面
８４  モニター画像
９１  高輝度スポット
９２  カーソル
９６  第１のモニター領域
９７  第２のモニター領域
１００  超音波撮像装置
１０２  画像取得部
１０４  画像メモリ
１０５  画像表示制御部
１０６  表示部
１０７  入力部
１０８  制御部
【図１】
2009005802.tif 000003
【図２】
2009005802.tif 000004
【図３】
2009005802.tif 000005
【図４】
2009005802.tif 000006
【図５】
2009005802.tif 000007
【図６】
2009005802.tif 000008
【図７】
2009005802.tif 000009
【図８】
2009005802.tif 000010
【図９】
2009005802.tif 000011
【図１０】
2009005802.tif 000012
【図１１】
2009005802.tif 000013
【図１２】
2009005802.tif 000014