JP2000512188A - 三次元ビューイング環境における、二次元超音波画像表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 三次元ビューイング環境における二次元超音波画像表示方式を開示する。同一の三次元ビューイング環境内で、様々な外科用器具の追跡、表示が可能であり、従って、確認のために、超音波画像が三次元仮想手術と関連付けされる。位置変換器（２２２）を収容する着脱可能ハウジング（２２０）が、従来の二次元超音波撮像ヘッド（２００）に取り付けられ、画像変換器（２０４）により生成される撮像平面の位置データが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 三次元ビューイング環境における、二次元超音波画像表示システム 関連出願 本発明は、１９９６年３月２４日に出願された同時係属国際特許出願ＰＣＴ／ ＣＡ９６／００１９４号の一部継続出願（ＣＩＰ）である。ＰＣＴ／ＣＡ９６／ ００１９４号は、現在米国特許第５５１５８５３号となっている、１９９５年３ 月２８日出願の米国出願番号第０８／４１１９５９号の一部継続出願（ＣＩＰ） である。これら両出願とも、本明細書中に援用して用いる。 発明の分野 本発明は、一般に画像生成システムに関し、より詳細には、三次元ビューイン グ環境内で、二次元超音波画像を表示するシステムに関する。 発明の背景 診断及び外科的処置の多くは、従来、二次元エコー撮像技術を補助手段として 行われてきた。この点に関して、医師が、患者の身体内で外科用器具（例えば、 プローブ、カテーテル等）を操作し、同時に、超音波ビームが器具を横切り、そ の器具が表示モニター上で見えるようになるまで、エコー機の撮像ヘッドを傾斜 させる。多くの場合、かなりの「捜索」をした後に器具の位置決めが行われ、そ のプロセスそのものが極めて非能率的である。この処置は、羊水穿刺やバイオプ シーでよく使用される。どちらの場合も、超音波撮像による誘導によって、針や 「穿孔具」が挿入される。羊水穿剌の場合、医師が、腹部を通し子宮内に針を挿 入し、そのとき同時に、助手が、羊水穿刺針が確実に像を横切るよう超音波プロ ーブをしっかりと保持する。これにより、針を見ることができるようになる。 従来の二次元エコー心臓検査法で得られる情報は、僧帽弁等の心臓構造が非常 に複雑であり、それらの形を画像から読みとるのが難しいため、医師にとって充 分とは言えぬものである。三次元エコー心臓検査法は、心臓解剖学が現在抱えて いる、視覚化する上での問題の多くを解決する可能性がある。しかし、三次元エ コーの開発に伴い、新たな一連の問題が存在することが明らかとなった。第１の 問題は、適当な時間フレームでのデータ獲得能力に関する。基本的な問題は、超 音波の飛行時間である。この点に関し、心臓を撮像するため、超音波を深さ１５ ｃｍまで心臓組織内に送り込み、再び戻す必要がある。心臓組織内の音速をおよ そ１５００ｍ／秒とすれば、上記プロセスは、０．２ミリ秒かかることになる。 良好な画像を得るためには、２００の走査線が要される。従って、各画像撮影に は、４０ミリ秒必要である。この結果、撮像速度は２５Ｈｚとなる。この撮像速 度は、二次元超音波撮像の場合、必要な高さに辛うじて届く程度なので、３０Ｈ ｚ、又は５０Ｈｚの撮像速度を達成するために、技術革新が推し進められてきた 。三次元の超音波立体画像を得るためには、二次元画像をおよそ１００個得る必 要がある。つまり、従来の技術を使うと、２、３秒に一回、新しい立体画像が得 られるということである。このプロセスでは、ほとんどの内部器官、及び前立腺 、胎児等の静的な構造体に関しては良好な三次元画像が生成されるが、常に動い ている心臓についてはうまくゆかない。 単なる二次元画像でなく、超音波立体画像を得るために、データ速度を１００ 倍（by a factor of 100）増加するシステムが、その他にも知られている。この ようなシステムの１つが、米国特許第４９４９３１０号（以降、「特許'３１０ 」という）に記載されている。このシステムは、超音波画像収集速度に影響を与 える多くのパラメーターの譲歩及び最適化を試行することで、リアルタイム三次 元超音波画像を生成することを試みている。これらの方式の幾つかは、焦点収束 法(dynamic focussing)により同時に数本のチャンネルからデータを受け取り、 空間的且つ時間的にも画像解像度を減少させるものである。 しかし、一旦三次元画像セットを獲得すると、次の問題は、どのようにして情 報を表示するかということである。この点に関して、立体画像閾値化法と表面レ ンダリング(surface rendering)は、本来極めて雑音が多いため、超音波画像撮 影では非常に困難であることが分かっている。三次元画像の表面(surface)は、 データセットについて相当な画像処理を行う必要があり、その抽出は容易ではな い。 このような後処理には、（１）核点の拡張、（２）大きな構造の骨格化、（３） ある程度見栄えのよい三次元表面を生成するための連続性のチェック及び穴埋め 等の方式からなる。これらのうち、たとえ三次元超音波データを、特許'３１０ 記載の技術で得ることができるとしても、現在リアルタイムで実行できるものは 一つもない。 特許'３１０記載の方式では、多面表示が使用される。この点に関し、リアル タイム立体画像セットを、多くの平面で交差(intersect)させ、その平面によっ て分割された立体画像データセットは、該平面上に「写像される」。この平面が 、データセットの軸と直交する方向に配置される場合、視覚化平面上へのデータ 平面の写像は、比較的簡単である。この点に関して、三次元セットから、適当な 二次元画素マトリクスが抽出される。平面が基本軸に対し傾斜する場合、画素に 対する画像抽出及び補間が必要となる。この処理を行う多くの確立されたアルゴ リズムが存在している。特許'３１０の方式では、従って多重ビューイング平面 が利用される。この平面は、三次元データ集合を通過し、その上に、適当なグラ フィック・ハードウェアを使い、適当な二次元画像が「テクスチャマッピング」 される。このようなテクスチャマッピングハードウェアは、例えば、シリコン・ グラフィックス社等による、多くのハイエンド・コンピューターで見られる。 リアルタイム三次元超音波方式に代わるより簡単な方式として、画像が長い時 間にわたって形成され、データ集合を視覚化するように再生される方式が上げら れる。心臓の場合、多くの心臓周期にわたって、鼓動心臓の高解像画像を得るこ とができる。立体画像データ集合が心臓の１００スライスを含む場合、これは、 二次元超音波方式で毎秒３０回データを得、また各心臓鼓動が１秒続くと仮定し て、これらスライスを１００回の心臓鼓動で得ることができる。最初の心臓鼓動 中、超音波撮像変換器は、心臓の尖端等、１つのビューイング位置に配置され、 その鼓動中に画像を３０枚記録する。従って、心臓鼓動中に３０回撮像された心 臓の一スライスが得られる。次の心臓鼓動では、超音波撮像変換器が、第１撮像 平面のそばから少し離れた撮像平面に位置決めされ、第２心臓鼓動中に画像がま た３０枚得られる。このプロセスは、１００回の心臓周期で１００の隣接撮像平 面が得られるよう、繰り返し行われる。どの場合も、各３０枚の画像セットによ り、特定スライス部位での心臓運動が記述される。合計すると、完全な形での心 臓が、１００の部位、及び心臓周期の３０の時間点上で撮像されたことになる。 次に、これらの画像は、画像３０枚の１００データ集合としてではなく、画像１ ００枚の３０データセットとして表現されるよう、その形式が再フオーマットさ れる。各画像セットは、心臓周期の特定時点における、心臓の三次元立体画像の スナップ撮影であり、３０枚のこの三次元データ集合のコピー数が、心臓周期中 の変化につれて得られる。次に、この１心臓周期は、ある適当な形式でコンピュ ーター画面に再生可能である。 前記特許'３１０の方式のように、データ集合を横断する平面上にデータ集合 の一部を投影し、何度も心臓周期を再生するフオーマットが、しばしば選択され る。米国特許第５４５４３７１号、及び第５５６２０９５号には、三次元超音波 画像の獲得、表示手段が記載されている。三次元画像表示方式は、次のように動 作する。コンピューター画面に、データ立方体が遠近表示される。ここでは、６ 面それそれが、そこに超音波画像データが写像された平面を有している。これら の面は、コンピューターのマウスを移動することにより、対話的に立方体内に押 し込むことができる。立方体面が内部に向かって移動するにつれ、面位置に対応 してデータの新しい交差平面が算出され、適当な画像が、その平面上に写像され る。このプロセスの間に、元の多くの心臓周期から再構築された単一心臓周期を 通して全三次元データセットが何度も何度も再生され、立方体の可視面は、動く 超音波画像を表示する。前記特許'３１０同様、この方法でも、ユーザーがその 時視覚化したい所定平面上へと、前に得たデータ集合の特定撮像平面を写像する ことが利用される。元の三次元データ集合の位置及び方位、並びに現在の平面を 記述するワイヤー・フレーム・ボックスが、表示中の画像解剖位置に該システム のユーザーを誘導するために大変有効である。この点に関し、図１Ａに直交スラ イスが、図１Ｂに斜めスライスが示されている。 この方式の欠点の１つは、以前に得た超音波データ集合の再生のみしかできな いということである。また、このような視覚化法では、一度に一つの撮像平面し か得られないことにも留意する必要がある。ユーザーは、該撮像平面を選び、そ のデータ集合の再生を見る。ユーザーは撮像平面を前後に動かし、横に傾斜させ 、 代わりの撮像平面を見ることができるが、一度に見ることのできる撮像平面は１ 個のみである。この表示形式は、ユーザーが、撮像平面の移動、傾斜にともなっ て前の撮像平面の位置がどこであったか、そしてどう構造が変化したかについて の情報を心に留めることができる時に有効である。最後に、ユーザーが二次元平 面を操作し、頭の中に相互に十分な情報を構築するため、ユーザーの心の中で、 三次元の構造モデルが構築される。現実には、完全なボリュームの情報は必要で はなく、必要なのは所定時に任意の平面を見れる能力だけである（図２参照）。 高周波超音波の飛行時間原理を使用し、外科的処置中に、生物体内等、水様媒 体内の距離を正確に測定可能であることが知られている。高周波音波、又は超音 波は、１００ｋＨｚから１０ＭＨｚの周波数範囲を有する振動エネルギーとして 定義される。音波を使い三次元の測定値を得るのに使用される装置は、測音器（ ソノマイクロメータ）として知られている。一般に、ソノマイクロメーターは、 一対の圧電変換器（即ち、一方が送信機として働き、他方が受信機として働く） を具備している。変換器は媒体内にうめ込まれ、電子回路機構に接続される。変 換器間の距離を測定するため、送信機が電気的に励起され、超音波を生成する。 次に、結果として生じる音波が、受信機により検出されるまで、媒体を通って伝 わる。 一般に、送信機は、高電圧スパイク波、すなわちマイクロ秒以下で続く衝撃関 数により励起される圧電振動子の形態を取る。これにより、圧電振動子は、固有 の共振周波数で発振する。送信機信号の包絡線は、時間と共に急激に減衰し、通 常、送信機から水様媒体に伝搬する６周期以上にわたるパルス列を生成する。音 エネルギーも、遭遇する各境界面ごとに減衰する。 また、受信機も、一般的に圧電振動子（送信機圧電振動子と同様の特徴を有す る）の形態を取る。この圧電振動子は、送信機生成の音エネルギーを検出し、そ れに応答して振動を開始する。この振動により、ミリボルト単位の電子信号が生 成される。この電子信号は、適当な受信機回路機構で増幅可能である。 水様媒体内での超音波伝播速度については、よく資料が揃っている。超音波１ パルスが走行する距離は、従って、音波発信時と受信時との間の時間的遅延を単 に記録するだけで測定できる。三次元座標は、距離測定値から決定できる。 本発明は、先行技術の二次元エコー撮像方式の欠点を解決するのに、前記原理 を応用するものである。また、基準フレームを提供する座標系内で、三次元空間 での二次元超音波画像の操作を可能とするシステムを提供することが目的である 。これにより、ユーザは、対話形式で分析中の構造をメンタルに構成することが できる。 発明の概要 本発明によれば、三次元ビューイング環境内で、二次元超音波画像を表示する エコー撮像システムが提供される。 本発明の目的は、ユーザーが、外科用器具の位置及び進行を視覚化することが できるエコー撮像システムを提供することである。 本発明の他の目的は、画像がフィードバックされ、目指すところの身体的構造 が処置されていることが確認できるエコー撮像方式を提供することである。 本発明の他の目的は、従来の二次元超音波撮像ヘッドを改変して、三次元位置 追跡（トラッキング）が可能なものとするための着脱可能な装置を提供すること である。 本発明の更なる目的は、二次元超音波画像の三次元位置情報を得るため、従来 の二次元超音波撮像ヘッドに装着可能な装置を提供することである。 本発明の他の目的及び利点は、当業者であれば、以下の詳細な説明、および添 付の図面と請求項を読み理解すれば明白である。 図面の簡単な説明 本発明は、ある部晶及びその部晶の配置においては物理的形態を取り、本発明 の好適実施例及び方法は、明細書、添付の図面で詳細に説明且つ例示されるが、 ここで各図面は以下の通りである。 図１Ａ，１Ｂは、従来の三次元超音波方式により提供される表示例を示す図で ある。 図２は、従来の三次元超音波方式により提供される、使用に適する情報の表示 例を示す図である。 図３は、本発明の好適実施例による、三次元超音波追跡及び画像表示方式のブ ロック図である。 図４は、本発明の好適実施例による、着脱可能な追跡クリップを取り付けた超 音波撮像ヘッドの斜視図である。 図５は、図４に示す超音波撮像ヘッド及びそこに付けられた着脱可能追跡クリ ップの分解図である。 図６は、基準フレーム、外科用器具の位置と方向、並びに超音波セクター画像 を示す三次元シーンである。 好適実施例の詳細な説明 次に、本発明の好適実施例を図面を参照し説明するが、その際、図面は本発明 をその実施例に限定するものではない。図３は、本発明のエコー撮像システムに 関連して使用される三次元（３−Ｄ）追跡及び画像表示システム方式１００を示 す図である。三次元追跡及び画像表示システム１００は、概して、コンピュータ ー・システム１１０、移動（モバイル）変換器１３２、基準変換器１３４、器具 １３０、オプションのロボット・サブシステム１４０を具備する。 コンピューター・システム１１０は、概して、三次元追跡システム１１２、イ メージングモダリティ(imaging modality)システム１１４、イメージレジストレ ーション（画像記憶）システム１１６、画像歪曲（ワーピング）及び幾何変換シ ステム１１８（「ワープシステム」）、ユーザー・インタフェース１２０、表示 器１２２を具備する。三次元追跡システム１１２は、音波ベースのシステム、又 は電磁気ベースのシステムの形態を取ることができる。距離判定には、飛行時間 (time of flight)、位相関係の両方を用いることができる。好ましくは、三次元 追跡システム１１２は、ここで援用して用いる米国特許第５５１５８５３号、Ｐ ＣＴ出願第ＷＯ９６／３１７５３号に記載の三次元超音波追跡システムの形態を 取る。 器具１３０は、カテーテル、プローブ（探針）、センサー、針、メス、鉗子、 或いは他の外科、診断処置で使われる装置、器具の形態を取ることができる。移 動変換器１３２及び基準変換器１３４は、超音波変換器、又は電子変換器の形態 でよい。しかしここでは、本発明の好適実施例の説明のため、変換器１３２及び １３４は、超音波変換器（即ち、圧電素子結晶）の形態を取るものとする。 複数の移動変換器１３２が、器具１３０に装着される。１つ以上の基準変換器 １３４により、移動変換器１３２に対する基準となる位置が与えられる。この点 に関し、基準変換器１３４は、患者身体内の内部基準枠を提供するよう配置され てもよいし、或いは患者身体の表面に配置され、外部基準枠を提供するようにし てもよい。 前記のように、基準変換器１３４は、移動変換器１３２が検出可能な、超音波 、又は電磁放射を生成できる送信機、トランシーバー（送受信機）、又は受信機 であつてよい。 三次元追跡システム１１２により、前記詳細に説明したように、全変換器１３２ 、１３４問の複数の距離測定値が、基準座標軸に対するＸＹＺ座標に変換される 。ここで、理解しておくべきは、基準変換器１３４が提供する基準枠は、自己決 定的(self-determining)である必要がある。即ち、基準枠に歪みが生じた場合、 この歪みは基準変換器１３４により検出される必要がある。一般に、検出は、如 何なる２種の変換器組合せ間の距離でも判定でき、従って三次元空間におけるそ れらの相対空間座標も判定できるトランシーバーを使い行われる。この点に関し て、変換器の位置については、変換器の配置された場所を"点"で示している身体 構造（例えば、組織・器官）の３Ｄ画像において得られる。または、変換器が身 体構造内に在るとき、その変換器自体からも得られる。全ての各変換器間の距離 に不整合があるときは、イメージを取得した後に、その身体構造が変形（即ち、 「ワープ（歪曲）」）したものと考えられる。画像データセットを正確に補正し 、かつこの歪曲の原因を正確に説明する方法を特定するには、数学的座標変換を 用いることができる。全ての各変換器間の距離は、各変換器からその他の全ての 変換器に信号を送ることによって、決定する。このようにして、各変換器間の全 距離を知ることができる。これらの距離測定値から、いくつかの変換器を原点と して、ＸＹＺ座標を算出することができる。 イメージングモダリティシステム１１４は、ＭＲＩ（磁気共鳴撮像法）や、Ｃ Ｔ（コンピューター断層撮影法）、および２Ｄ又は３Ｄ超音波装置等の撮像源か ら、２Ｄ、３Ｄ、又は４Ｄの画像データセットを獲得し、それにより「テンプレ ート」を提供する。このテンプレートを通し、或いはそれを背景に、位置が追跡 される器具１３０の形、位置、移動が表示可能となる。このテンプレートは、典 型的には、器具を取り巻く周囲環境（例えば、身体構造）の画像の形態を取る。 多数の（三次元）立体画像を異なる時間間隔で取得した場合に、四次元画像（即 ち、時間変化する三次元画像）が得られることに注意されたい。 画像レジストレーションシステム１１６は、撮像モダリティシステム１１４に よって与えられる画像データセットの空間座標内における、器具１３０の位置を 登録（記憶；registration）する。器具１３０の位置は３Ｄトラッキングシステ ムによって与えられる。イメージ記憶システム１１６は、器具１３０の身体構造 に於ける適切な三次元上の配置と、身体構造に対する配向を示す画像表示を提供 する。ここでは、レジストレーションシステム１１６は、ユーザが支援するもの でもよいし、イメージ処理アルゴリズムが画像データセットにおける変換器（通 常は基準変換器）の空間的位置を自動検知する場合は完全に自動であってもよい 。 ワープシステム１１８はソフトウェアベースのシステムであって、整形に相当 する適切な値により、画像データセットを変換する（"ワープする"）。この整形 とは、画像データセットが得られた時間と、術中にこの処理が実行される時間と の間に、基準フレームに生じたものである。従って、ワープシステム１１８は通 常は、整形された図形をオリジナルのイメージデータセット上に写像し、適切に 変形させる行列変換ルーチンから構成される。 ユーザインターフェイス１２０によって、ユーザはコンピュータシステム１１ ０と対話することができる。それにはコンピュータシステム１１０に望みの機能 を実行させるようにプログラムすることも含まれる。例えば、ディスプレイで特 定の画面を選択することができる。プローブやカテーテルなどの器具１３０は、 このユーザインターフェイス１２０を用いて作動させることができる。ディスプ レイ１２２は、イメージ登録システム１１６から提供される記憶イメージをユー ザに表示する。 オプションのロボットシステム１４０は、概して、ロボット制御システム１４ ２と、ロボット操作システム１４４とから構成される。ロボット制御システム１ ４２は、ロボット操作システム１４４を、プログラムされた経路に従って動くよ うに制御する。この経路プログラムは、術中の、体の構造の移動、ねじれ、およ び変化に基づいて適宜変更が可能である。ロボット操作システム１４４は、ロボ ット制御システム１４２からの指示に従い器具１３０を物理的に動かす。 本発明は、三次元ビューイング環境において、二次元超音波画像を表示するエ コー撮像方式に関する。この点に関し、患者の背部、及び／又は腹部上に基準変 換器を幾つか配置し、コンピュータディスプレイ上に簡単な座標系が生成される 。この座標系は、頭部及び足、患者の左右側、そして前部、背部への方向を示す ものである。初めにこれは、簡単なグラフィック、即ち矢印とともに空箱として ディスプレイ上に現れ、また表面変換器も図形として表示される。複数の移動「 位置」変換器が、撮像探針の超音波撮像ヘッドに実装される。よって、撮像探針 が、胸部、又は腹部上に配置される時、撮像ヘッドの撮像変換器によって得られ つつある撮像平面の位置、角度は、三次元環境内で表示可能となる。この三次元 シーンは、コンピューターディスプレイ上で、単にマウスを動かし、視覚シーン を回転させるだけで何れの視点からでも見ることができる。 次に、本発明のエコー撮像方式の好適実施例を、図３乃至５を参照して詳細に 説明する。典型的なエコー機超音波撮像ヘッド２００は、一般に、メインユニッ ト（図示せず）に接続されるケーブル２１０付きプラスチック製ハンドヘルド（ 手持ち）部分を有する。また、撮像ヘッド２００はウインドウ（窓部）も有し、 このウインドウを通して、超音波が超音波変換器２０４により送受信される。超 音波撮像ヘッド２００は、着脱可能な追跡クリップの形態を取り、撮像ヘッド２ ００に取り付け可能である変換器ハウジング２２０に装着される。図５にその分 解図を示す。 変換器ハウジング２２０は、撮像ビームに垂直な平面を形成する３個以上の位 置変換器２２２を保持する。位置変換器２２２は、撮像ヘッド２００とヘッド２ ００が接触する表皮間に存在する。図４、５では位置変換器２２２が４個示され ているが、全角度の測定には、位置変換器２２２が３個必要なだけである。基準 変換器２２４（図６参照）は、患者の皮膚（例、背部、胸部）に取り付けられる 。 撮像ヘッド２００が、腹部に押しあてられつつ、傾斜され、角度を付けられる と、位置変換器２２２の座標により、超音波撮像ビームに垂直の平面が定められ る。従って、位置変換器２２２の座標により、撮像平面の三次元座標が決定され る。ここで、変換器ハウジング２２０は、腹部と接触することに留意する必要が ある。或いは、撮像ヘッドは、電子電位差計に装着のジンバルにより、変換器平 面と相対に接合可能である。この電子電位差計は、撮像平面の角度を、患者の皮 膚に沿って水平に滑動する変換器平面に対して関連付けすることができる。患者 の座標系に関連して、三次元空間での撮像平面の位置及び方向が分かると、超音 波撮像ヘッド２００によつて行われる一般にパイ形をしたセクター走査画像が、 患者の三次元シーン内に挿入可能となる。従って、三次元シーンには、患者の基 準フレームの遠近法レンダリング（perspective rendering）が含まれることに なり、図６に示すように、パイ形超音波セクター走査画像が、三次元シーン内で 適切に方向付けされる。 超音波画像は、三次元シーン内のパイ形多角形上に、ビデオ信号をテクスチャ マッピングすることにより、遠近法によりリアルタイムで表示することもできる 。現世代のグラフイック・コンピューターにより、この種のリアルタイム画像変 換が可能である。ここで注意すべきは、全変換器の各変換器に対する位置は、前 記の方法で決定できる。変換器位置の１つを原点、２番目をｘ軸、３番目をｙ軸 、４番目をｚ軸として選ぶ。この座標系は、ユーザーにより決定される。撮像平 面の方向性は、４個の撮像ヘッド位置変換器２２２の角度と、患者の身体に載置 される基準変換器によって規定される座標系とから算出される。 挿入された外科用器具に対する撮像平面の位置を視覚化することによって、外 科用器具（例えば、羊水穿刺針）を横断するまで、撮像ヘッド２００をより速く 操作し、角度調整をすることができる。この点に関し、器具の概略的表示、及び 器具の基準変換器に対するその現在位置を得るために、移動変換器が、外科用器 具に装着される。更に、外科用器具の影が、テクスチャマッピングされたリアル タイム超音波画像内で見えるようになり、器具の概略的な表示は、その影を見ら れる超音波画像を貫通して示すことができる。従って、医帥は、どの方向に撮像 ヘッド２００を傾けるべきか、或いは外科用器具を可視シーン内で適当な方位に 向けるために、どの方向に動かすべきかを、直ちに決定できる（図６）。従って 、本発明により、より安全、速く且つ正確な外科処置を行うことが可能となる。 以上、本発明をその好適実施例を基に述べてきた。本明細書を読み、理解のう えでの修正、変更が可能であることは言うまでもない。例えば、位置決定手段と して、音波に代わり、電磁波を用いてもよい。この場合、超音波変換器を、電磁 変換器に変更することが適切である。このような修正、変更は全て、添付の請求 項、ないしはその均等の範囲内に収まる限りにおいて範囲に属することが意図さ れている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年２月２２日（１９９９．２．２２） 【補正内容】 ＰＣＴ国際出願ＷＯ９１／０３７９２は、手持ち式セクター変換器の二次元信 号を三次元の信号に変換する、対象物の領域すなわち体積を計算しやすいシステ ム及び方法について記載している。特許'３１０と同じように、このシステムで は、視覚化したい対象のセクションイメージを表す信号を生成する超音波イメー ジングサブシステムを使用している。関連する対象セクションを走査する際に取 得されるイメージ信号、変換器の位置、及び変換器の方向性を表す情報は、ピク セル値の列(array)として取り出され、保存される。そして、このようなピクセ ル値の列は、次にボクセル保存域（voxel storage locations）に射影(project) される。 水様媒体内での超音波伝播速度については、よく資料が揃っている。超音波１ パルスが走行する距離は、従って、音波発信時と受信時との間の時間的遅延を単 に記録するだけで測定できる。三次元座標は、距離測定値から決定できる。米国 特許第５５１５８５３号には、ネットワーク化された圧電素子変換器によって、 多数の距離を同時測定する方法と装置が記載されている。この装置では、高周波 デジタルカウンタを使用することによる、ある超音波変換器を起動してから同様 の変換器によって受信されるまでの伝搬の遅れが決定される。この装置によれば 、送信／受信モードのデューティサイクルを切り替えることによって、各変換器 の三次元位置が追跡され、三角測量される。 請求の範囲 １．三次元ビューイング環境における、二次元超音波画像の生成方法であり、 二次元エコー画像平面の生成用超音波画像変換器に、複数の移動変換器手段を実 装し、各複数の固定位置に、複数の基準変換器手段を実装することを含む方法で あり、 前記複数の基準変換器手段により確立される基準枠に関連して、前記移動変換 器手段の三次元座標を生成し、 前記三次元座標で、前記二次元エコー画像平面を登録し、 前記複数の基準変換器手段により確立される基準枠に関連して、前記三次元座 標において前記二次元エコー画像平面を表示し、 外科用具手段に、複数の移動変換器手段を実装し、 前記複数の基準変換器手段により確立される基準枠に関連して、前記外科用具 手段に実装された移動変換器手段の三次元座標を生成し、 前記外科用具手段に実装された移動変換器の前記三次元座標から、前記外科用 具手段の概略画像を生成し、 前記用具手段の概略画像を表示する ことを特徴とする方法。 ２．請求の範囲第１項に記載の方法であり、前記複数の固定位置の１つは患者 の背部であり、前記複数の固定位置のもう１つは患者の腹部である。 ３．請求の範囲第１項に記載の方法であり、前記用具手段の概略画像表示工程 は、前記二次元エコー画像平面と同じ座標枠内で、前記外科用具手段の概略画像 も同時に表示する。 ４．三次元ビューイング環境において、二次元超音波画像を生成するシステム であり、二次元エコー画像平面を生成する画像変換器手段と、前記画像変換器に 実装される移動変換器手段と、各複数の固定位置に配置される複数の基準変換器 手段とを含み、前記複数の基準変換器手段が、基準枠を確立するシステムであり 、 前記基準枠に関連して、前記移動変換器手段の三次元座標を生成する座標生成 手段と、 前記三次元座標で、前記二次元エコー画像平面を登録する登録手段と、 前記基準枠に関連して、前記三次元座標において、前記二次元エコー画像平面 を表示する表示手段と、 関連する外科用具手段に固着される複数の移動変換器と、 前記複数の基準変換器手段により確立される基準枠に関連して、前記外科用具 手段に実装される複数の移動変換器の少なくとも１つについて、その三次元座標 を生成する座標生成手段と、 前記外科用具手段に実装される移動変換器の前記三次元座標から、前記外科用 具手段の概略画像を生成し、前記表示手段上に、前記外科用具手段の概略画像を 表示する概略生成手段と を具備することを特徴とするシステム。 ５．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記複数の固定位置の１つは 患者の背部であり、前記複数の固定位置のもう１つは患者の腹部である。 ６．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記移動変換器手段は、前記 用具に装着される着脱可能ハウジング上に配置される。 ７．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記移動変換器手段は、前記 画像変換器手段が生成する撮像ビームに垂直な平面の三次元座標を生成するため 、少なくとも３個の変換器を具備する。 ８．請求の範囲第７項に記載のシステムであり、前記画像変換器手段は、前記 移動変換器手段に相互関連付け可能な撮像ヘッドと、前記移動変換器手段が生成 する平面の三次元座標と、前記撮像ヘッドの角度とを相互に関連付ける電位差計 とを含む。 ９．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記複数の基準変換器手段が 、少なくとも３個の超音波変換器を含む。 １０．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記複数の基準変換器手段 が、少なくとも４個の超音波変換器を含む。 １１．請求の範囲第４項に記載のシステムであり、前記概略生成手段が、前記 表示手段上に、前記二次元エコー画像平面と同じ座標枠内で、前記概略画像を同 時に表示する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｅ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ， ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，Ｌ Ｓ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．三次元ビューイング環境における、二次元超音波画像の生成方法であって 、 二次元エコー画像平面を生成するための超音波画像変換器手段に、複数の移 動変換器手段を取り付ける工程と、 第１の固定位置に第１の基準変換器手段を取り付ける工程と、 第２の固定位置に第２の基準変換器手段を取り付ける工程と、 前記第１、第２の基準変換器手段により確立される基準フレームに対する、前 記移動変換器手段の三次元座標を生成する工程と、 前記三次元座標とともに、前記二次元エコー画像平面を登録する(registering )工程と、 前記第１、第２基準変換器手段により定められる基準フレームに関連させて、 前記三次元座標での前記二次元エコー画像平面を表示する工程と を有する二次元超音波画像の形成方法。 ２．前記第１固定位置は患者の背部であり、前記第２固定位置は患者の腹部で ある、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．外科用器具手段に、複数の移動変換器手段を取り付ける工程と、 前記第１、第２基準変換器手段により定められる基準フレームに対して、前記 外科用器具手段に取り付けられた前記移動変換器の三次元座標を生成する工程と 、 前記外科用器具手段に取り付けられた移動変換器手段の三次元座標から、前記 外科用器具の概略画像を生成する工程と、 前記外科用器具の概略画像を表示する工程と をさらに有する、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記外科用器具手段の概略画像を表示する工程は、前記二次元エコー画像 平面を貫く、前記外科用器具手段の概略画像を表示する、請求の範囲第３項に記 載の方法。 ５．三次元ビューイング環境において、二次元超音波画像を生成するシステム であって、 二次元エコー画像平面を生成する画像変換器(transducer)手段と、 前記画像変換器手段に取り付けられる移動変換器手段と、 第１固定位置に配置される第１基準変換器手段と、 前記第１基準変換器手段とともに基準フレームを規定する、第２固定位置に配 置される第２基準変換器手段と、 前記基準フレームに対する、前記移動変換器手段の三次元座標を生成する座標 生成手段と、 前記三次元座標とともに、前記二次元エコー画像平面を登録する登録手段と、 前記基準フレームと関連させて、前記三次元座標系における前記二次元エコー 画像平面を表示する表示手段と を有する二次元超音波画像を生成するシステム。 ６．前記第１固定位置は患者の背部であり、前記第２固定位置は患者の腹部で ある、請求の範囲第５項に記載のシステム。 ７．前記移動変換器手段は、前記器具に取り付けた着脱可能ハウジング上に配 置される、請求の範囲第５項に記載のシステム。 ８．前記移動変換器手段は、前記画像変換器手段により生成される撮像ビーム に垂直な平面の三次元座標を生成する、少なくとも３個の変換器を有する、請求 の範囲第５項に記載のシステム。 ９．前記画像変換器手段は、 前記移動変換器手段と相互関連付け可能な撮像ヘッドと、 前記移動変換器手段が生成した平面の三次元座標に対し、前記撮像ヘッドの角 度の関連付けを行う電位差計と を有する、請求の範囲第８項に記載のシステム。 １０．前記第１基準変換器手段が、少なくとも４個の超音波変換器を有する、 請求項５に記載のシステム。 １１．前記第２基準変換器手段が、少なくとも４個の超音波変換器を有する、 請求項５に記載のシステム。 １２．関連する外科用器具手段に固定される複数の移動変換器と、 前記第１、第２基準変換器手段により定められる 基準フレームに対して、前記外科用器具手段に取り付けられた複数の移動変 換器手段の少なくとも１つについて、その三次元座標を生成する座標生成手段と 、 前記外科用器具手段に取り付けられた移動変換器手段の前記三次元座標から 、前記外科用器具手段の概略画像を生成し、前記表示手段上に前記外科用器具の 概略画像を表示する概略生成手段とを さらに有する、請求項５に記載のシステム。 １３．前記概略生成手段が、前記表示手段上に、前記二次元エコー画像平面を 貫く前記概略画像を表示する、請求項１２に記載のシステム。