JPH02172452A - 超音波診断用プローブ支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超音波診断装置に用いるプローブの支持装置
に関し、特に頭部、心臓部、腹部などの超音波断層像を
特定の臓器、腫瘍、血１などについてその三次元的生体
内位置関係を明確にしながら記録診断するためのプロー
ブ支持装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波診断装置は生体の軟質組織の断層像を得て診断に
使用するものであって１人体の頭部から足先まで広く適
用することができるものであり、検査する部位に手動で
プローブを当てて断層像を得、記録診断に供されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

被検査部位付近にプローブを当て１手動でプローブを移
動させながら順次断層像を得て、これを実時間で観察す
るときは、検者が持つ解剖学的予備知識によって検者の
頭の中で生体組織の三次元的構成を想像することは可能
である。しかしながら、記録した断層像を後刻再検討す
るような場合には、断層像が被検体のどの部分の像かを
正確に知ることはできず、記録した複数の断層像から生
体の三次元的な構成を知ることは不可能でありだ。

このため、得られた超音波断層像を１例えばＸ線較的明
確な断層像との詳細な対応関係を得ることが極めて困難
であった。

また、超音波断層像で描出される被検体の領域は限られ
たものであって、例えば腹部をその身長の方向に沿った
断層像で観察することはできなかった。この解決策とし
て、プローブを断層面と直交する方向に機械的に移動さ
せつつ複数の断層像を得て、これをメモリに記憶させ、
記憶させた画信号に基づいて任意方向の断層像を再構築
する試みが知られている（−例として特開昭５６−７０
７５７号公報参照）。しかしながら、このようにプロー
ブの位置を９機械的に設定する方法によるときは生体組
織に対する超音波ビームの照射方向が固定されるから、
骨のように超音波を強く反射する部分があると照射した
超音波が回折して充分な画質。

分解能のある画像が得られない。

以上のとおり、従来の装置では被検体に対するプローブ
の走査面の位置や傾角を正確に知ることができず、また
、被検体に対してプローブの位置を機械的に設定すると
きは、走査面が固定されてしまうという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記課題を解決するため、プローブの走査面
を被検体の任意の位置、傾角に手動で設定し、断層像面
を決定できると共に、解剖学的特徴点に対して得られた
位置、傾角の異なる複数の断層像の相対的位置をも決定
することができるようにしたものであって、超音波プロ
ーブの走査面を被検体の任意の位置に任意の傾角で設定
できる複数の可動部材から構成されるプローブ支持手段
と、被検体にプローブを設定したときプローブ支持手段
を構成する各可動部材の変位量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された変位量に基づいて超音波
プローブの走査面位置と傾角を算出する走査面信号処理
手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、前記走査面信号処理手段は、超音波プローブを被
検体に設定して所望の断層像が得られたとき、超音波プ
ローブの走査面位置と傾角を算出して断層像面を決定し
てこの面を基準面とする基準座標系を設定し、以降設定
される超音波プローブの走査面位置と傾角から算出され
る断層像面を前記基準座標系により表示する座標変換手
段を備えて（・る。

〔作　　用〕

超音波プローブの走査面を被検体の任意の位置に任意の
傾角で設定できると共に、プローブ支持手段の変位量か
ら走査面の位置、傾角を算出し、断層像面を決定するこ
とができる。更に、予備的に撮影した１つの断層像面を
基準面として基準座標系を設定し、以降撮影される断層
像面を基準座標系により表示することにより、基準とし
た断層像面との相対位置を知ることができる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

第１図はこの発明のプローブ支持装置の全体構成を示す
図で、１は検査台、２は被検者、３は被検者を検査台に
固定する押え具であり、被検部位に応じて適当な構造の
ものを使用する。４はプローブ支持アームで一端が検査
台ｌに取付けられ、その先端にはプローブ５が取付けら
れる。６は被検者に対するプローブの走査面の位置、傾
角をプローブ支持アーム３を構成する各腕の回転角と腕
の長さとから算出する走査面信号処理装置であって、マ
イクロプロセッサから構成される。なお、７は公知の超
音波診断装置、８は表示記録装置である。また、プロー
ブ５は公知の機械走査型、あるいは電子走査型のものが
使用でき、セクタスキャン型、リニアスキャン型いづれ
も使用できる。

次にプローブ支持アーム４の構成について説明する。こ
こではプローブ支持アーム４はプローブ゛５の先端部、
即ち走査面の原点を被検体の任意の位置に、任意の傾角
なもって設定できるよう、６自由度を持つ多関節アーム
を示すが、操作性をより向上させるために更に自由度を
増した構成としてもよい。第２図はその構成を示すもの
で、腕１１゜１３、１５．１？、　とこれらの腕を回動
自在に結合する関節１０．１２．１４．１６．１８．１
９から構成される。関節１０はベツド等への取付点Ｏに
設けられており、取付点Ｏはプローブ先端部位置、傾角
な示す三次元の原始座標系の原点である。腕１１は関節
１０によりＺ軸の回りにＸＹ平平面内内回動自在に取付
けられている。関節１２は腕１１の先端に設けられ、関
節１１０回転軸に直交する回転軸を有し、腕１３が点Ｏ
と関節１２の中心点Ａを結ぶ線ＯＡとＺ軸を含む平面Ｑ
（平面Ｐに直交する面）内を回動自在に取付けられてい
る。関節１４は腕１３の先端に設けられ、関節１２０回
転軸に直交する回転軸を有し、腕１５が平面Ｑと直交す
る平面Ｒ内を回動自在に取付けられている。

関節１６は腕１５の軸心の回りに回動自在な関節で、先
端部には腕１５の軸心と直交する軸１７の回動自在に支
承する関節１８が取付けられる。軸１７にはその軸方向
と直交する延長部１７ａが設けられ、延長部１７ａには
その軸心の回りに回動自在な関節１９が設けられており
、その一端はプローブ支持部加が設けられている。

各関節１０．１２．１４．１６．１８．１９には図示さ
れていないが、それぞれの関節の回転角度を電気的に検
出し、検出した角度信号を後述する走査面信号処理装置
に出力する角度検出エンコーダＥ１〜Ｅ６が設けられて
いる。

以上の構成から明らかなように、関節１６．１８゜及び
１９は点Ｃで交差する３つの軸の回りに自在に回転でき
る関節を構成し、点Ｃにおいてプローブを任意の傾角に
設定することができるものである。

また、腕１１．１３．１５及び関節１０．１２．１４は
点Ｃを原点０に対して任意の位置に設定することができ
るものである。

なお、ここで、プローブの走査面の位置とは、プローブ
の先端部の走査面原点が三次元の座標空間内で占める位
置であり、傾角とは、同じく走査面の走査方向の中心線
が三次元座標軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸となす角を云う
。

走査面信号処理装置について第３図を参照しつつ説明す
る。この装置はプローブ支持アーム先端に取付けたプロ
ーブの走査面の位置、傾角な算出するほか、被検体の解
剖学的特徴を示す断層像面を基準とした基準座標系を設
定したときは、先に算出した走査面の位置、傾角をこの
基準座標により表示するよう座標交換演算をおこなう。

このため、装置６を構成するマイクロプロセッサの入力
ボートにはプローブ支持アーム４の各関節！０，１２゜
１４、１６．１８．１９に設けた角度検出エンコーダＥ
１〜Ｅ６の出力信号が入力されるほか、基準座標系の設
定のための予備的断層像の撮影であることを指示するス
イン）ＳＷＩと、順次撮影された予備的断層像を観察し
て所望の断層像が得られたとき、その断層像を基準座標
系の基準面として基準座標系の設定を指示するスイッチ
ＳＷ２が接続され、スイッチＯＮにより指示信号が入力
される。また、マイクロプロセッサの出力ポートからは
設定されたプローブの走査面の位置、傾角な示す信号が
超音波診断装置に向けて出力される。

次に、その動作について第５図を参照しつつ説明する。

操作者が被検体の解剖学的特徴を示す断層像面を基準と
した基準座標系設定のため、スイッチＳＷ１をＯＮとす
る。ついで超音波診断装置を作動させ、予備的に断層像
の撮影を開始する。所望の解剖学的特徴部分ｍｏを示す
断層像ＰＯが得られたとき、スイッチＳＷ２をＯＮとす
る。これにより、プローブ支持装置を組立てた際に任意
に設定した三次元の原始座標上で、プローブの走査面の
位置と傾角が角度検出エンコーダの出力及び支持アーム
４を構成する既知の腕１１．１３．１５．１７の長さと
から算出される。なお、プローブをプローブ支持装置に
取付けるときは走査面を原始座標系の基準面１例えばＸ
−Ｙ軸平面に合わせるなどして走査面の傾角を所定値に
設定しておく。

ついで、プローブ先端位置、即ち走査面をなす扇形面の
中心点Ｓｏを原点とし、走査面の走査方向中心線ｌをＹ
軸、原点を通り走査面上でＹ軸と直交す′る軸をＹ軸、
原点を通りＹ軸、Ｙ軸に直交する軸をＺ軸とし、Ｘ−Ｙ
軸平面を基準面（これは走査面と一致する）とする三次
元基準座標系を設定する（第１図、第５図参照）。原始
座標系を基準座標系に変換する座標交換パラメータを算
出して、以降設定したプローブの走査面の位置、傾角を
基準座標値に変換する処理に使用する。

今、被検体の解剖学的特徴部分ｍ。を示す断層像Ｐｏが
得られ、座標変換パラメータも算出されたので、スイッ
チＳＷｌをＯＦＦとして診断用断層像の撮影に移る。被
検体に対し、所望の位置と傾角なもってプローブの先端
位置をＳｒに設定する。断層像Ｐ１を撮影すると、先に
撮影した予備的断層像Ｐ。

上で見出した被検体の解剖学的特徴部分ｍｏに対応する
特徴部分ｍ１の像が見出されたとすると、解剖学的特徴
部分ｍｏとｍｌとの相対位置は断層像面ＰｏとＰｔとの
関係と同じであり、基準座標系でＳｌにおけるプローブ
の走査面の位置と傾角を求めることで解剖学的特徴部分
ｍ６とｍｌとの相対位置を知ることができる。

解剖学的特徴を示す断層像面としては、例えば心臓であ
れば心尖方向から見た左室長軸像で、ＡＰＩＩＯ面、肝
であれば矢状面断層像で背体部、膵体部並びに左肝靜脈
の見える像、腎であれば、その縦断面像などがある。

また、プローブの位置、傾角を変えながら断層像を連続
的に撮影するときは組織の内部の様子を連続的に観察す
ることができるが、このとき、走査面信号出力装置から
出力される基準座標上におけるプローブの走査面の位置
、傾角の変化１例えば位置がＸ、Ｙ、Ｚのいづれかの方
向にＱ、５　ｍｍ以上移動したとき、また角度で１°以
上変化したときに、その移動、変化を検出して自動的に
断層像を撮影するよう超音波診断装置を制御すると、観
察が容易になるばかりでなく、特定の組織１例えば腫瘍
などの大きさ、周辺組織との位置関係などを知ることが
できる。

第４図は走査面信号処理装置における演算処理の概略を
示すフローチャートである。

初期設定（ステップＰＩ）の後、基準座標系を設定する
ための予備的断層像の撮影か否かを判別する（ステップ
Ｐ２）。これは外部に設けられた予備的断層像の撮影を
指示するスイッチ５Ｗ１（第３図参照）のＯＮを判定し
ておこなう。予備的断層像の撮影であれば、所望の解剖
学的特徴を示す断層像が得られたとき操作されるスイッ
チＳＷ２　（第３図参照）で指令される読込み指令に応
じて角度検出エンコーダＥｌ　−Ｅｓの出力を読込む（
ステップＰ３）。読込んだエンコーダ出力と既知の長さ
である支持アームを構成する腕の長さとから原始座標上
でのプローブの走査面の位置、傾角を決定する（ステッ
プＰ４）。基準座標系を設定しくステップＰ５）、座標
変換パラメータを算出する（ステップＰ６）。ステップ
Ｐ２の判断で予備的断層像の撮影でなければステップＰ
７に移り、診断のための断層像の撮影か否かを判別する
。断層像の撮影でないときはステップｐＨＫ移るが、断
層像の撮影処理であればプローブが被検体の所望位置、
傾角に設定され、撮影開始信号が診断装置から出力され
たとき、エンコーダの出力を読込む（ステップＰ８）。

ステップＰ５で設定した基準座標系上におけるプローブ
の走査面の位置、傾角をステップＰ６で算出した座標変
換パラメータに基づいて算出しくステップＰ９）、走査
面信号を出力する（ステップＰＩＯ）。作業終了を判定
しくステップＰ１１）、終了でないときはステップＰ２
Ｖｃ戻り、終了のときは終了処理をして停止する。

なお、上記実施例においてはプローブ支持アームは多関
節アームを用いたが、これに代えて直交する摺動部材と
回転部材を組合せることによっても全（同様の機能をも
つ支持体を構成でき、必要に応じて任意に設計し得る事
項である。

（発明の効果〕 以上説明したように、この発明によれば超音波診断をお
こなうに当り、被検体に対してブロープの走査面の位置
や傾角な任意に設定できると共に、予備的に撮影した断
層像上に表われた被検体の解剖学的特徴を示す断層像面
を基準として診断時のプローブの位置方向を決定できる
から、撮影された断層像が被検体のどの部分であるか、
どの方向から撮影したか、更に断層像面の間隔から特定
の部位の大きさなどを正確に知ることができる。また、
撮影された断層像と他の診断装置１例えばＸ線ＣＴ、Ｍ
ＲＩ、ＲＩ等で得た断層像との位置を照合することが容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプローブ支持装置の全体構成を示す図
、第２図は支持アームの構成を示す図。 第３図は走査面信号処理装置とその周辺装置との関係を
示すブロック図、第４図は走査面信号処理装置における
信号処理の概略を示すフローチャート、第５図は基準と
なる予備的断層像面と診断用断層像面との関係を説明す
る図である。 １：検査台、２：被検者、３：押え具、４ニブロープ支
持アーム、５ニブロープ、６：走査面信号処理装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波プローブの走査面を被検体の任意の位置に
   任意の傾角で設定できる複数の可動部材から構成される
   プローブ支持手段と、 被検体にプローブを設定したときプローブ支持手段を構
   成する各可動部材の変位量を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された変位量に基づいて超音波
   プローブの走査面位置と傾角を算出する走査面信号処理
   手段 とを備えたことを特徴とする超音波診断用プローブ支持
   装置。
2. （２）請求項（１）の超音波診断用プローブ支持装置に
   おいて、 前記走査面信号処理手段は、超音波プローブを被検体に
   設定して所望の断層像が得られたとき、超音波プローブ
   の走査面位置と傾角を算出して断層像面を決定してこの
   面を基準面とする基準座標系を設定し、以降設定される
   超音波プローブの走査面位置と傾角から算出される断層
   像面を前記基準座標系により表示する座標変換手段を備
   えていることを特徴とする超音波診断用プローブ支持装
   置。