JP2009000148A - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波画像診断装置において、トラックボールなどの操作部品を備えずに、画像のパン（ｐａｎ）やズーム（ｚｏｏｍ）などの操作を可能にすること。
【解決手段】 超音波プローブ１０に設けた位置信号送信部５１と、表示器３０に設けた位置信号送信部５２から成る位置センサによって、超音波プローブと表示器との位置関係の変化を検出し、この位置関係の変化を表示器に表示される超音波画像に反映させるようにした。
これにより、表示器をプローブに近づけたり遠ざけたり、あるいは角度を変えたり回転させたりすることによって、表示器に表示される超音波画像の例えばパンやズームの操作、或いは三次元画像の表示方向や断面深さなどの操作が可能となるので、超音波画像診断装置の操作性を大幅に改善することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波プローブから被検者へ送波した超音波の反射波を検出して超音波画像を生成し、その超音波画像を表示器に表示する超音波画像診断装置に係り、前記表示器と前記超音波プローブとの位置関係の変化に応じて、前記表示器に表示する超音波画像を変化させることを可能にした超音波画像診断装置に関する。

超音波画像診断装置は、超音波プローブを介して被検体へ超音波を送波するとともに、その超音波の生体からの反射波を受波し、その受波した超音波信号を基に超音波画像を生成するものである。そして、生体の軟部組織の断層像を観察するＢモード、その１ラインの組織像を時間軸に沿って平行に配列することにより心臓や血管などの経時的な形態変化を詳細に観察するＭモード、ドプラ効果を利用して血流のスペクトラムや空間的な広がりを取得するドップラモードなど種々の動作モードがある。さらに、Ｂモード像から距離、面積、容積などの構造的な寸法を計測したり、Ｍモード像から時間的な変化量を計測したりすることも可能であり、その活用範囲は広く、心臓、腹部、乳腺、泌尿器、産科、婦人科などの領域に及んでいる。

図６は、従来の超音波画像診断装置の外観を示した斜視図である。

この図に示されているように超音波画像診断装置は、図示しない被検体との間で超音波を送受信するトランスデューサを有する超音波プローブ１（以下、単にプローブ１と称する。）と、送信信号を制御したり受信信号を処理したりする超音波画像診断装置本体２と、処理された信号を画像として表示する表示器３と、超音波画像診断装置本体２に対して操作者が、各種設定値や指示事項などを入力するための入力部４および各種周辺機器５から構成されている。そして、例えば診断目的に応じて複数本のプローブ１が超音波画像診断装置本体２に着脱自在に結合され、表示器３は超音波画像診断装置本体２に載置されている。また、入力部４は超音波画像診断装置本体２に一体に設けられ、入力手段として複数のスイッチ（タッチコマンドスクリーンを含む）、キーボード、マウス、トラックボールなどを備えている（例えば、特許文献１参照。）。

このような超音波画像診断装置は侵襲性が低くリアルタイムでの画像観察が可能であるため、医療現場で日常的に使用されており、通常、操作者が右手に持ったプローブ１を被検体の体表に当てて、所望診断部位の超音波画像を得、その画像を超音波画像診断装置本体２に載置されている表示器３に表示して診断が行われる。また、所望の超音波画像を得たり各種の計測を実施したりする場合には、操作者は右手でプローブ１を持ちながら、左手で入力部４のスイッチ、キーボード、マウス、トラックボールなどを適宜操作することになる。
特開２００６−１９２０３０号公報

ところで、電子機器などは益々小型化されてきており、超音波画像診断装置についても、入院患者のベッドサイドや救急医療現場などでより簡便に使用できるようなものとして、さらなる小型軽量化された製品の開発が期待されている。近時液晶やプラズマディスプレイの普及により、表示器（モニタ）を薄型にすることが可能となり、入力手段としての各種スイッチやキーボードなども、モニタの画面をタッチコマンドスクリーンとして共用することによって、超音波画像診断装置本体に設置する構成部品から削除することが可能となってきたが、画像のパン（ｐａｎ）やズーム（ｚｏｏｍ）などの操作に使用されるトラックボールを構成部品から削除してその代替機能を得ることは困難だった。さらに、ポータブル型の超音波画像診断装置の開発が期待されているが、このような装置では、操作者は片手にプローブを保持しながら、他方の手で表示器を含む装置本体も保持しなければならないという制約が生ずることから、操作パネルを用いた操作はできるだけ減らす必要があった。

本発明は、このような課題を解決することを目的としてなされたものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、超音波プローブから被検者へ送波した超音波の反射波を検出して超音波画像を生成し、その超音波画像を表示器に表示する超音波画像診断装置において、前記超音波プローブと前記表示器との相対的な位置関係の情報を検出する位置センサと、この位置センサによって検出される前記超音波プローブと前記表示器との位置関係の変化を、前記表示器に表示される超音波画像に反映させる画像処理手段とを具備することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波画像診断装置において、前記位置センサは、送信部を前記超音波プローブに、受信部を前記表示器に設けたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置において、前記位置センサによって検出される前記超音波プローブと前記表示器との位置関係の変化を、前記表示器に表示される超音波画像に反映させることの有効／無効を切替える切替え手段を有することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置において、前記表示器は、一方の手に前記超音波プローブを持って操作する操作者が、他方の手に持つことが可能に形成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するための手段の項にも示したとおり、本発明の特許請求の範囲に記載する各請求項の発明によれば、次のような効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、表示器をプローブに近づけたり遠ざけたり、あるいは角度を変えたり回転させたりすることによって、表示器に表示される超音波画像の例えばパンやズームの操作、或いは三次元画像の表示方向や断面深さなどの操作が可能となるので、超音波画像診断装置を小型化するとともに操作性を大幅に改善することができる。

請求項２に記載の発明によれば、画像収集源である超音波プローブの位置を基準として、表示器の移動操作だけで操作者の観察したいように画像を表示器に表示することができる。

請求項３に記載の発明によれば、従来型の画面表示と本発明を適用した画面表示とを適宜選択することにより、超音波画像診断装置の使用方法の自由度を増すことができる。

請求項４に記載の発明によれば、表示器を操作者の手にもって診断に供することが可能となり、ポータブル型の超音波画像診断装置を提供することができる。

以下、本発明に係る超音波画像診断装置の一実施例について、図１ないし図５を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る超音波画像診断装置の一実施例の概略的な構成を示した系統図である。

この超音波画像診断装置は、被検体Ｐとの間で超音波を送受信するトランスデューサを有する超音波プローブ１０（以下単に、プローブ１０と称する。）と、送信信号を制御したり受信信号を処理したりして超音波画像を生成する超音波画像診断装置本体２０と、生成された超音波画像などを表示する例えば液晶やプラズマディスプレイなどから成るカラー表示が可能な表示器３０とから構成されている。

そしてプローブ１０は、診断目的に応じて仕様の異なる１本ないし複数本が超音波画像診断装置本体２０に着脱自在に結合されて、選択的に使用されるものであり、各プローブ１０には夫々後述する位置信号送信部５１が備えられている。また、表示器３０は超音波画像診断装置本体２０に移動可能に載置されており、ここには後述する位置信号受信部５２が備えられている。なお、位置信号送信部５１と位置信号受信部５２は、プローブ１０に対する表示器３０の位置や傾きを検出する位置センサを構成するものである。

超音波画像診断装置本体２０は制御ユニット２１、送受信ユニット２２、信号処理ユニット２５、入力部４０、位置信号処理部５０を備えている。制御ユニット２１はマイクロプロセッサやメモリなどを有し、入力部４０や位置信号処理部５０からの信号あるいは予めプログラムされた手順に応じて、送受信ユニット２２、信号処理ユニット２５、表示器３０などの動作を有機的に制御する。

送受信ユニット２２は、送信回路２３と受信回路２４とを有し、送信回路２３はプローブ１０の先端に設けられている超音波トランスデューサへ高周波の電圧パルスを印加する。この電圧パルスを受けて超音波トランスデューサが機械的に振動し、これにより超音波パルスが発生し被検体Ｐへ放射される。

一方、プローブ１０から被検体Ｐへ放射された超音波パルスは、生体内を伝播していき、伝播途中の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射し、プローブ１０へ返ってくる。この反射波はプローブ１０の超音波トランスデューサで電気信号に変換され、超音波信号として受信回路２４へ供給される。受信回路２４では、図示しないプリアンプで超音波信号を増幅し、その後アナログ形式の信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換し、さらに受信遅延演算などを行った上で信号処理ユニット２５へ送られる。

信号処理ユニット２５は信号処理回路２６、画像生成回路２７を有している。よって、受信回路２４からの超音波信号は、先ず信号処理回路２６において包絡線検波、対数増幅などを行ってＢモード画像信号に変換される。この変換されたＢモード画像信号は、画像生成回路２７へ供給され、標準テレビ走査方式の画像信号に変換するデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）での処理の後一旦保存される。そして、保存されたデジタル形式の信号を読み出して、Ｄ／Ａ変換回路でアナログ形式の信号に変換する処理が行われ、アナログ形式に変換された輝度信号が表示器３０に供給されて、Ｂモード画像として表示される。

なお、Ｂモードの画像生成について例示したが、その他にＭモードやドプラモード、さらには三次元モードなど各種の画像生成のための処理が行われるが、この画像生成のための処理は本発明の趣旨には特別関係しないので、ここではそれらについての説明は省略する。

入力部４０は、超音波画像診断装置本体２０に対して操作者が、各種設定値や指示事項などを入力するためのものであり、超音波画像診断装置本体２０に一体に設けられる各種スイッチや、或いは表示器３０の画面を利用したタッチコマンドスクリーンなどで構成されている。

位置信号処理部５０は、プローブ１０に設けられた位置信号送信部５１から送られる位置信号を、表示器３０に備えている位置信号受信部５２で受信することによって、プローブ１０と表示器３０との間の位置情報すなわち、プローブ１０と表示器３０との距離や向き、傾きなどに関するデータを受けて、このデータに基づき表示器３０に表示すべき超音波画像のパンやズームの操作、さらには三次元画像の断面の移動などに反映させるものである。

図２は、位置信号送信部５１を備えたプローブ１０と、位置信号受信部５２を備えた表示器３０によって、両者間の距離やプローブ１０の軸に対する表示器３０の傾き角度や回転角度を測定する場合の基本的な考え方を説明するために示したものである。すなわち、プローブ１０に設けられた位置信号送信部５１から発せられる位置情報を、表示器３０に設けられた位置信号受信部５２で受信することによって、両者間の距離およびプローブ１０の軸に対する表示器３０の傾き角度や回転角度を、両者間の絶対的な位置情報としてリアルタイムに測定する。そこで、プローブ１０と表示器３０とがある位置関係にあるときの位置情報とそのとき表示器３０に表示される超音波画像の大きさや向きなどを基準とするように予め設定しておく。なお、この位置信号送信部５１と位置信号受信部５２との間における位置情報の伝達は、磁気的、電気的、音響的など公知の適宜の手段によって行うことができる。

そして、リアルタイムに測定された位置情報は、位置信号受信部５２から位置情報処理部５０へ供給され、前述のように予め記憶させてあるプローブ１０と表示器３０との基準位置の情報と比較される。従って、リアルタイムに測定されるプローブ１０と表示器３０との位置関係は、基準位置からの変化を相対的な変化として測定することができる。そこで本発明は、このようなプローブ１０と表示器３０との位置関係の変化を、表示器３０に表示される画像Ｍに反映させようとするものである。

なお、複数本のプローブ１０が超音波画像診断装置本体２０に接続可能になっている場合は、現在被検体との間で超音波の送受信を実施しているプローブ１０の位置信号送信部５１からの位置情報を、表示器３０の位置信号受信部５２で選択的に受信するように設定しておくものとする。

次に、本発明に係る超音波画像診断装置の作用について説明する。

図３は、被検体Ｐの体表に先端を接触させたプローブ１０に対して、表示器３０を適宜の距離に置いたときの、プローブ１０に表示される超音波画像の関係を説明するために示したものである。すなわち、プローブ１０は被検体Ｐに対して固定した位置に当接されて、所定の診断部位の画像データを収集している。このときのプローブ１０と表示器３０との間の距離は、プローブ１０に備えられている位置信号送信部５１から発せられる位置情報を、表示器３０に備えられている位置信号受信部５２で受信することによって、両者間の絶対的な位置情報として測定される。従ってこの測定された位置情報を、先に説明したように、予め記憶させてある基準点からの変化に換算し、その変化量に基づき表示器３０に表示する超音波画像の大きさを決めるようにする。

例えば、図３（ａ）に示すように、プローブ１０と表示器３０との間の距離の絶対値がＤ０である場合に、表示器３０の画面に表示される超音波画像の大きさがＭ０であるものとする。次に図３（ｂ）に示すように、プローブ１０に対して表示器３０を近づけて両者の間の距離をＤ１に縮めたときは、その近づいた分だけ表示器３０の画面に表示される超音波画像の大きさをＭ１のように拡大させるようにする。逆に表示器３０をプローブ１０から遠ざけた場合は、表示される超音波画像の大きさを縮小させるようにする。なお言うまでもないが、画面に表示されるそのものは同じで、大きさだけが拡大、縮小されるものである。

このように、プローブ１０と表示器３０との間の距離Ｄを超音波画像のズーム情報に変換させることによって、操作パネルなどの入力部４０を操作することなく、表示器３０の画面に表示されている超音波画像の大きさを変えることができる。この距離情報Ｄを超音波画像のズーム情報に変換する処理は、位置信号処理器５０での受信情報に基づき、制御ユニット２１から信号処理ユニット２５へ指令を送ることによって実行される。

また、表示器３０の画面に診断部位の超音波画像を三次元画像として表示している場合に、プローブ１０の位置を固定した状態で、プローブ１０の周囲に表示器３０を移動（回転）させたり傾けさせたりすることによって、表示器３０に表示される超音波画像を、表示器３０の移動に合わせて回転・傾斜させて、表示器３０の方向から見た三次元の超音波画像として表示させるようにすることもできる。これによって、三次元画像をあらゆる角度から観察できるようにすることができる。

すなわち、図４に示すように、プローブ１０に対して表示器３０が符号（Ａ）で示す位置関係にあるときに、表示器３０の画面に診断部位の三次元画像Ｍ２が表示されているものとすれば、表示器３０を矢印ＡＲ１で示すようにプローブ１０の周囲に移動（回転・傾斜）させることによって、符号（Ｂ）で示す位置へ移動させた後は、（Ｂ）位置におけるプローブ１０を表示器３０の方向から見診断部位の三次元画像M３を画面に表示させることができる。この場合も、プローブ１０に備えられている位置信号送信部５１から発せられる位置情報を、表示器３０に備えられている位置信号受信部５２で受信することによって、両者間の絶対的な位置情報からプローブ１０と表示器３０との現在の位置関係を、基準点からの相対的な変化として捉え、その結果を位置信号処理器５０で処理して、制御ユニット２１を介して信号処理ユニット２５へ指令を送り、表示器３０の画面に、プローブ１０に対する表示器３０の傾きや方向に応じた三次元画像Ｍ３を表示させることによって実現している。

なお、図３を参照してプローブ１０と表示器３０との間の距離に応じて、表示器３０に表示する超音波画像を拡大・縮小することについて説明したが、三次元画像を表示する場合には、プローブ１０と表示器３０との間の距離に応じて、三次元画像の断面位置（例えば観察部位の断面の深さ）を変えることもできる。換言すれば、プローブ１０に対する表示器３０の距離を、表示器３０に表示する三次元画像の深さに反映させようとするものである。すなわち。プローブ１０の位置を固定した状態で表示器３０をプローブ１０に近づけることによって浅い断面画像を表示し、逆に表示器３０をプローブ１０から遠ざけることによって深い断面画像を表示させるようにすることができる。

さらに、プローブ１０と表示器３０との間の距離およびプローブ１０に対する表示器３０の角度の情報から、プローブ１０に対して表示器３０が正面を向いているときに、表示器３０に表示される超音波画像を画面の中央に表示するように調整しておき、表示器３０を横方向へ移動させたときに、画面に表示される超音波画像は移動させず、あたかも表示器３０の外観だけが移動したようにすることもできる。

すなわち、図５に示すように、プローブ１０に対して正面を向いている表示器３０に、超音波画像Ｍ４が表示されており、操作者はこの超音波画像Ｍ４を観察している。これに対して、表示器３０を図の左側へ移動させた場合には、表示器３０の画面には超音波画像Ｍ４が、符号Ｍ５を付して示すようにその移動量に応じて右側に偏って表示されるようになる。逆に、表示器３０を図の右側へ移動させた場合には、表示器３０の画面には超音波画像Ｍ４が、符号Ｍ６を付して示すようにその移動量に応じて左側に偏って表示されるようになる。

このような表示方法を採用すれば、操作者（或いは観察者）が超音波画像Ｍ４を見たいときにだけ表示器３０をプローブ１０の正面すなわち、プローブ１０と観察者の間に表示器３０を置くようにすればよい。よって、表示器３０の画面を通して被検体を透視するような形で診断操作を行うことができる。このことは、例えばヘッドアップディスプレーを装着して、対象部位を観察しながら手術を行うような場合などに、患者と術者との位置関係を変えないで、必要なときに画面だけを術者の正面にもってくれば画像を観察できるので、手術をより安全にスムースに進めることが可能となる。

なお本発明は、表示器３０を超音波画像診断装置本体２０上に配置した超音波画像診断装置に限らず、オペレータの一方の手に表示器３０を持ち、他方の手でプローブ１０を操作するようなポータブル形式の超音波画像診断装置に適用すれば、さらに大きな効果を発揮することができる。

すなわち、ポータブル形式の超音波画像診断装置では、表示器３０を手に持つと他方の手でプローブ１０を操作しなければならないので、操作パネルのトラックボールなどの操作ができないので、操作性がかなり制約されてしまうという問題があるが、本発明によれば、表示器３０をプローブ１０に近づけたり遠ざけたり、あるいはプローブ１０に対して角度を変えたり回転させたりすることによって、パンやズームなどの操作が可能となるので、操作性が大幅に改善されることになる。

なお本発明は上記の実施例に限定されることなく、種々の形態として実施することが可能である。例えば、プローブと表示器との位置関係の変化を、表示器に表示される超音波画像の表示に反映させるモードと、プローブと表示器との位置に関係なく、従来のような通常の表示方法をとるモードとを切替える切替え手段を設けてもよい。

本発明に係る超音波画像診断装置の一実施例の概略的な構成を示した系統図である。 本発明に係る超音波画像診断装置における位置情報の測定についての基本的な考え方を説明するために示した説明図である。 本発明に係る超音波画像診断装置の使用状況の一例を示した説明図である。 本発明に係る超音波画像診断装置の使用状況の、他の例を示した説明図である。 本発明に係る超音波画像診断装置の使用状況の、さらに他の例を示した説明図である。 従来の超音波画像診断装置の外観を示した斜視図である。

符号の説明

１０ 超音波プローブ
２０ 超音波画像診断装置本体
２１ 制御ユニット
２５ 信号処理ユニット
３０ 表示器
５０ 位置信号処理部
５１ 位置信号送信部
５２ 位置信号受信部

Claims (4)

1. 超音波プローブから被検者へ送波した超音波の反射波を検出して超音波画像を生成し、その超音波画像を表示器に表示する超音波画像診断装置において、
   前記超音波プローブと前記表示器との相対的な位置関係の情報を検出する位置センサと、
   この位置センサによって検出される前記超音波プローブと前記表示器との位置関係の変化を、前記表示器に表示される超音波画像に反映させる画像処理手段と
   を具備することを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 前記位置センサは、送信部を前記超音波プローブに、受信部を前記表示器に設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波画像診断装置。
3. 前記位置センサによって検出される前記超音波プローブと前記表示器との位置関係の変化を、前記表示器に表示される超音波画像に反映させることの有効／無効を切替える切替え手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。
4. 前記表示器は、一方の手に前記超音波プローブを持って操作する操作者が、他方の手に持つことが可能に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音波画像診断装置。

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