JPH078497A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一回の超音波プローブ挿入操作で３次元画像に
よる穿刺部位の確認と穿刺針をリアルタイムで確認しな
がらの穿刺を行うことができる超音波診断装置を提供す
る。 【構成】穿刺針を通過させる穿刺孔と超音波トランスデ
ューサを有する超音波プローブ１と、超音波プローブ１
より得られた画像信号から２次元画像および３次元画像
を構成する画像画像構成部４，６と、２次元画像および
３次元画像を表示する表示部１０と、３次元画像中の穿
刺部位にマーカを表示したり該マーカと穿刺孔の中心を
結ぶ穿刺通路指示線を３次元画像中に表示するためのイ
メージデータ構成部７と、２次元画像上に穿刺通路指示
線が含まれるようにトランスデューサ位置を制御した
り、穿刺通路指示線上に穿刺孔が位置するように穿刺孔
位置を制御するためのシステム制御部１１およびコンソ
ール１２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波診断装置に係り、
特に超音波画像で被検体内部部をモニタリングしながら
穿刺を行うことができる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検者の体腔内に超音波プローブを挿入
し、体腔壁およびその近傍の臓器を描出して診断に供す
る体腔内超音波診断装置において、被検体内部の３次元
画像を表示する装置が提案されている。しかし、このよ
うな超音波診断装置では、３次元画像を構成するのに時
間がかかるため、病変部を穿刺針によって穿刺する場
合、リアルタイムで穿刺針の位置を確認することができ
ない。このため、まず３次元画像データの収集のために
超音波プローブを被検体内部に挿入して３次元画像を表
示し、３次元画像で穿刺すべき病変部（穿刺部位）を確
認した後、超音波プローブを再び被検体内部に挿入して
穿刺を行わなければならず、操作者および被検者ともに
負担が大きくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
３次元画像を表示する超音波診断装置では、穿刺を行う
場合、穿刺針の位置をリアルタイムで確認することがで
きないため、３次元画像収集のために被検体内部に超音
波プローブを挿入して３次元画像によって穿刺部位を確
認した後、超音波プローブを再び被検体内部に挿入して
穿刺を行う、という二段階のプローブ挿入操作が必要で
あり、操作者および被検者ともに負担が大きいという問
題点があった。

【０００４】本発明は、一回の超音波プローブ挿入操作
で３次元画像による穿刺部位の確認と穿刺針をリアルタ
イムで確認しながらの穿刺を行うことができる超音波診
断装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は超音波プローブの一回の挿入操作で穿刺部
位の確認のための３次元画像の表示と、穿刺針の位置を
リアルタイムでモニタするための２次元画像の表示、そ
して穿刺針の位置決めを行うようにしたものである。

【０００６】すなわち、本発明による超音波診断装置
は、穿刺針を通過させる穿刺孔と被検体内部の画像信号
を得るための超音波トランスデューサを有する超音波プ
ローブと、前記超音波トランスデューサより得られた画
像信号から２次元画像を構成する２次元画像構成手段
と、前記超音波トランスデューサより得られた画像信号
から３次元画像を構成する３次元画像構成手段と、前記
２次元画像構成手段および３次元画像構成手段により構
成された２次元画像および３次元画像を表示する画像表
示手段と、この画像表示手段により表示される３次元画
像中の所望の穿刺部位にマーカを設定するためのマーカ
設定手段と、このマーカ設定手段により設定されたマー
カと前記穿刺孔の中心とを結ぶ線を穿刺通路指示線とし
て前記画像表示手段により表示される３次元画像中に表
示する穿刺通路表示手段と、この穿刺通路表示手段によ
り表示された穿刺通路指示線を含む２次元画像が前記画
像表示手段上で表示されるように前記超音波トランスデ
ューサの位置状態を制御するためのトランスデューサ位
置制御手段と、前記穿刺通路表示手段により表示される
穿刺通路指示線上に前記穿刺孔が位置するように該穿刺
孔の位置状態を制御するための穿刺孔位置制御手段とを
備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】被検体内部の穿刺部位近傍の３次元画像を表示
することによって、穿刺部位が確認される。ここで操作
者が穿刺部位にマーカを設定すると、このマーカと穿刺
孔の中心とを結ぶ線が穿刺通路表示線として３次元画像
中に表示される。この穿刺通路指示線は、穿刺針が通る
べき通路を表しており、ある２次元平面上に位置する。

【０００８】そこで、次に超音波プローブ内の超音波ト
ランスデューサの位置状態を制御することにより、穿刺
通路指示線を含む断面の２次元画像（断層像）を表示
し、さらに超音波プローブに設けられた穿刺孔の位置状
態を穿刺孔が穿刺通路指示線上に位置するように制御し
て穿刺孔の位置決めを行う。

【０００９】この穿刺孔の位置決めを行った後、穿刺針
を挿入して穿刺を行うようにする。２次元画像は３次元
画像と異なり、短時間で得られるリアルタイム画像であ
るから、２次元画像により穿刺針の位置をリアルタイム
でモニタしながら穿刺を行うことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る超音波診断装置
の構成を示すブロック図である。図１において、超音波
プローブ１は例えば経直腸プローブなどの体腔用プロー
ブであり、図２および図３に示すように構成されてい
る。図２は超音波プローブ１の軸方向に沿う断面図であ
り、図３（ａ）（ｂ）はそれぞれ図２のＡ−Ａ線および
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。

【００１１】すなわち、超音波プローブ１は全体として
円筒状に形成されており、軸方向の先端側は非回転部２
１、後端側は軸回りに回転可能に構成された回転部２２
となっている。非回転部２１には、円周上に複数個の圧
電振動子を配列して構成されたアレイ型の超音波トラン
スデューサ２３が設けられている。この超音波トランス
デューサ２３は、モータ２４により矢印ａ方向に回転可
能で、かつモータ２５により回転するスクリュー２６と
これに噛み合うギア２７とによって、矢印ｂ方向、つま
り超音波プローブ１の軸方向に移動可能となっている。
モータ２４およびモータ２５は、図１のシステム制御部
１１からのトランスデューサ位置制御信号により制御さ
れる。なお、スクリュー２６のモータ２５と反対側の端
部は軸受２８により支持されている。

【００１２】さらに、非回転部２１には超音波トランス
デューサ２３の軸方向ｂにおける位置を検出してトラン
スデューサ位置情報を出力する図示しないトランスデュ
ーサ位置検出器が設けられている。このトランスデュー
サ位置検出器は、例えばモータ２４，２５の回転軸に連
結されたエンコーダによって構成される。トランスデュ
ーサ位置検出器から出力されるトランスデューサ位置情
報は、図１のシステム制御部１１に供給される。

【００１３】一方、回転部２２はその基端部内周に設け
られたギア２９とこれに噛み合うギア３０およびギア３
０を回転させるモータ３１により、矢印ｃで示す軸回り
に回転可能となっている。また、回転部２２には軸方向
に対して斜めに穿刺孔３２が形成されており、その中心
３３は回転部２２の軸心線上に位置している。穿刺時に
は、この穿刺孔３２を通して穿刺針３４が患者被検体内
部に挿入される。

【００１４】さらに、回転部２２には穿刺孔３２の位置
状態（主として角度）を検出して穿刺孔位置情報を出力
する穿刺孔位置検出器が付設されている。この穿刺孔位
置検出器は、例えばモータ３１の回転軸に連結されたエ
ンコーダにより構成される。穿刺孔位置検出器から出力
される穿刺位置情報は、図１のシステム制御部１１に供
給される。なお、ケーブル３５は非回転部２１内にある
超音波トランスデューサ２３およびモータ２４，２５を
超音波診断装置本体に接続するためのものである。

【００１５】図１に説明を戻すと、超音波プローブ１に
は超音波送受信部２が接続される。この超音波送受信部
２は、超音波トランスデューサ２３に対して駆動パルス
を供給し、かつ超音波トランスデューサ２３により受信
された反射波信号を受け取って処理する回路であり、例
えば図４に示すように構成される。

【００１６】図４において、送信時にはパルス発生器４
１から超音波パルスの繰り返し周期を決定するレートパ
ルスが出力される。レートパルスはＮチャンネルの送信
遅延回路４２に入力され、ここで送信ビームの電子集束
のための遅延時間が与えられた後、Ｎチャンネルの駆動
回路４３に供給される。駆動回路４３は、超音波トラン
スデューサ２３を駆動して超音波を発生させるための送
信パルスを生成する。駆動パルスのタイミングは、送信
遅延回路４２の出力によって決定される。

【００１７】駆動回路４３から出力される駆動パルス
は、電子スイッチ４４によってＭ個の超音波トランスデ
ューサ２３のうち送信時に使用するＮ個の超音波トラン
スデューサ（基本的には隣接したＮ本の振動子）に選択
供給される。これによりＮ本の超音波トランスデューサ
が駆動され、超音波プローブ１から超音波パルスがビー
ム状に図示しない被検体内部に向けて放射される。

【００１８】超音波プローブ１から被検体内部に放射さ
れた超音波パルスは被検体内部で反射され、その反射波
が超音波プローブ１によって受信される。反射波の受信
時には、送信時と同じ超音波トランスデューサが電子ス
イッチ４４によって選択され、選択された超音波トラン
スデューサで受信された反射波のみが反射波信号として
電子スイッチ４４から取り出される。電子スイッチ４４
を介して取り出された反射波信号は、Ｎチャネルの受信
遅延回路４６に送られ、送信遅延回路４２と同様の遅延
時間が与えられた後、加算器４７に送られて加算合成さ
れる。加算器４７の出力信号は対数増幅器４８で対数圧
縮および増幅され、さらに包絡線検波器４９により検波
される。

【００１９】なお、図４におけるパルス発生器４１のパ
ルス発生タイミング、送信遅延回路４２の遅延時間、電
子スイッチ４４のオン・オフ、受信遅延回路４６の遅延
時間は、図１のシステム制御部１１によって制御され
る。

【００２０】再び図１に説明を戻すと、超音波送受信部
２の出力信号（図４の包絡線検波器４９の出力信号）
は、Ａ／Ｄ変換器３によりディジタル信号に変換されて
画像データとなる。この画像データは、まず２次元画像
構成部４に入力され、ここで被検体内部の任意の断面の
２次元画像、すなわち超音波トランスデューサ２３の配
列方向に沿う断面上の断層像（Ｂモード像）が構成され
る。

【００２１】また、２次元画像構成部４で得られた２次
元画像データは、２次元画像格納部５に入力され、さら
に２次元画像格納部５からの出力される画像データは、
３次元画像構成部６に入力され、ここで３次元画像デー
タが構成される。

【００２２】２次元画像構成部４、２次元画像格納部５
および３次元画像構成部６からの画像データは、イメー
ジデータ構成部７から出力されるイメージデータととも
に加算器８に入力され加算される。加算器８の出力信号
はＤ／Ａ変換器９によりアナログ信号に変換された後、
ＴＶモニタからなる表示部１０に入力される。

【００２３】システム制御部１１は、超音波プローブ１
に設けられた穿刺位置検出器からの穿刺孔位置情報、同
じく超音波プローブ１に設けられたトランスデューサ位
置検出器からのトランスデューサ位置情報およびコンソ
ール１２からの穿刺部位指定情報を受けて、超音波送受
信部２、２次元画像構成部４、２次元画像格納部５、３
次元画像構成部６およびイメージデータ構成部７の制御
を行う回路である。コンソール１２は例えばトラックボ
ールを備えており、このトラックボールにより表示部１
０上で穿刺部位をマーカで指定できるように構成されて
いる。

【００２４】次に、本実施例の動作を説明する。まず、
超音波プローブ１を被検者の体腔内、例えば直腸内に挿
入し、超音波トランスデューサ２３をモータ２５により
軸方向ｂにステップ的に移動させて３次元走査を行う。
すなわち、図２に示すように超音波トランスデューサ２
３をその走査面（トランスデューサ２３の配列方向に沿
う面）を軸方向ｂに直角方向に向け、かつ軸方向ｂのあ
る位置に固定した状態で超音波送受信部２を介して超音
波の送受信を行うと、その位置における断面上の断層像
情報である画像データがＡ／Ｄ変換器３から得られるの
で、軸方向ｂの各位置について同様な超音波の送受信を
繰り返せば、３次元空間内の画像データが得られること
になる。

【００２５】この３次元走査により超音波プローブ１か
ら超音波送受信部２およびＡ／Ｄ変換器３を介して得ら
れた画像データは、まず２次元画像構成部４に入力され
て２次元画像データが構成され、さらに２次元画像格納
部５を介して３次元画像構成部６に送られることによ
り、３次元画像データが構成される。

【００２６】また、２次元画像構成部４で構成された２
次元画像データは、構成後、直ちに加算器８およびＤ／
Ａ変換器９を介して表示部１０に送られ、随時時系列的
に表示されると共に、システム制御部１１からの制御に
より、超音波プローブ１内のトランスデューサ位置検出
器からのトランスデューサ位置情報と対応付けられて２
次元画像格納部５に格納される。オペレータは、こうし
て２次元画像格納部５に格納された２次元画像データの
中から任意の位置の２次元画像データを選択的に呼び出
し、表示部１０で表示させることができる。

【００２７】３次元画像構成部６では、操作者によりコ
ンソール１２を介して入力される視点からの角度、表示
方向およびトランスデューサ位置検出器からのトランス
デューサ位置情報に基づいて、システム制御部１１から
の制御により、２次元画像格納部５に格納された２次元
画像データから３次元画像データを構成する。こうして
構成された３次元画像データに基づいて、表示部１０に
おいて例えば図５に示すような３次元画像５０が表示さ
れる。なお、この３次元画像５０中で５１は病巣、５２
は血管を表す。

【００２８】このとき、操作者が詳細に検査したい２次
元平面上の３点をマーカで指示することで、その平面上
の２次元画像データを２次元画像構成部４で構成させ、
２次元画像を瞬時に３次元画像表示と切り替えて表示部
１０で表示したり、並列表示したりすることも可能であ
る。

【００２９】次に、操作者が表示部１０で表示される図
５の３次元画像５０中において、穿刺したい病巣５１な
どの部位（穿刺部位）にコンソール１２上のトラックボ
ールなどを用いてマーカを設定する。このマーカ設定操
作によって、図６に示すようにマーカ５３、および該マ
ーカ５３と図２に示した穿刺孔３２の中心３３とを結ぶ
線、すなわち穿刺通路指示線５４が３次元画像５０中に
表示される。この穿刺通路指示線５４は、図２に示した
穿刺針３４が穿刺時に通過すべき位置を表している。

【００３０】なお、マーカ５３や穿刺通路指示線５４を
示す情報は、システム制御部１１からの制御に基づきイ
メージデータ構成部７でイメージデータとして構成され
る。イメージデータ構成部７で構成されたイメージデー
タは加算器８に入力され、２次元画像構成部４、２次元
画像格納部５および３次元画像構成部６からの画像デー
タと合成される。これにより、表示部１０においてマー
カ５３および穿刺通路指示線５４が２次元画像、３次元
画像上に重畳表示される。

【００３１】この際、操作者は穿刺通路指示線５４が血
管５２や穿刺対象以外の臓器などを通らないことを確認
し、もし通るようであればコンソール１２を操作してシ
ステム制御部１１を介して超音波プローブ１内のモータ
３１を制御し、回転部２２を回転させて穿刺孔３２の位
置状態を調整するか、あるいはプローブ１の挿入状態
（角度など）を調整する。

【００３２】こうして穿刺通路指示線５４が３次元画像
５０中の適切な位置に表示されたことを操作者が確認し
た後、操作者がその確認した旨をコンソール１２により
指示すると、システム制御部１１からの制御によりモー
タ２４，２５が制御される。これにより、図８に示すご
とく穿刺通路指示線５４を含む２次元画像５５が表示部
１０上で表示されるように、図７に示すごとく超音波プ
ローブ１内の超音波トランスデューサ２３が矢印ａ方向
に回転されたり、矢印ｂ方向に移動されることにより、
超音波トランスデューサ２３の位置制御が行われる。図
７の状態では、超音波トランスデューサ２３はぼ軸方向
ｂに沿う断面上の２次元画像を得るように位置制御され
ている。

【００３３】また、これと共にシステム制御部１１から
の制御によってモータ３１も制御され、図８に示すごと
く２次元画像５５の穿刺通路指示線５４上に穿刺孔３２
が位置するように穿刺孔３２の位置状態が制御される。
すなわち、穿刺孔３２の位置決めが行われる。

【００３４】このようにして、穿刺を行う術者は、３次
元画像で穿刺部位を確認した後、２次元画像上の穿刺通
路指示線５４上に穿刺孔３２が位置するように穿刺孔３
２の位置決めを行い、２次元画像によりリアルタイムで
穿刺針３４の位置や動きを確認しながら、正確な穿刺を
行うことができる。

【００３５】なお、上記実施例においては、穿刺通路指
示線５４を含む２次元画像５５が表示部１０上で表示さ
れる状態となるような超音波トランスデューサ２３を位
置制御と、２次元画像５５の穿刺通路指示線５４上に穿
刺孔３２が位置するような穿刺孔の位置制御（位置決
め）をシステム制御部１１からの制御で自動的に行うよ
うにしたが、操作者または術者が表示部１０上の画面を
見ながらコンソール１２を操作するなどにより手動で行
うようにしてもよい。その他、本発明は上記実施例に限
定されず、種々変形して実施することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば被
検体内部の３次元画像中の所望の穿刺部位にマーカを設
定し、そのマーカと穿刺孔の中心とを結ぶ穿刺通路指示
線を表示すると共に、この穿刺通路指示線を含む２次元
画像が表示されるように超音波トランスデューサの位置
制御を行い、また穿刺通路指示線上に穿刺孔が位置する
ように穿刺孔の位置制御を行うようにしたことにより、
３次元画像により穿刺部位を確認し、さらに２次元画像
により穿刺針をリアルタイムで確認しながら正確な穿刺
を行うことができる超音波診断装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
を示すブロック図

【図２】図１における超音波プローブ部の構成と３次元
画像データ収集時の状態を示す断面図

【図３】図２のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図

【図４】図１における超音波送受信部の構成を示すブロ
ック図

【図５】同実施例における３次元画像の表示例を示す図

【図６】図５の３次元画像上にマーカ及び穿刺通路指示
線が表示される様子を示す図

【図７】図２の超音波プローブの穿刺時の状態を示す断
面図

【図８】同実施例における穿刺時の２次元画像の表示例
を示す図

【符号の説明】

１…超音波プローブ ２…超音波送受
信部 ３…Ａ／Ｄ変換器 ４…２次元画像
構成部 ５…２次元画像格納部 ６…３次元画像
構成部 ７…イメージデータ格納部 ８…加算器 ９…Ｄ／Ａ変換器 １０…表示部 １１…システム制御部 １２…コンソー
ル ２１…非回転部 ２２…回転部 ２３…超音波トランスデューサ ２４…回転用モ
ータ ２５…移動用モータ ２６…スクリュ
ー ２７…ギア ２８…軸受 ２９…ギア ３０…ギア ３１…穿刺位置制御用モータ ３２…穿刺孔 ３３…穿刺孔中心 ３４…穿刺針 ３５…ケーブル ５０…３次元画
像 ５１…穿刺部位 ５２…血管 ５３…マーカ ５４…穿刺通路
指示線 ５５…２次元画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 亨 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 嶺 喜隆 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 佐藤 武史 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 平間 信 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内 (72)発明者 佐野 昭洋 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】穿刺針を通過させる穿刺孔と被検体内部の
   画像信号を得るための超音波トランスデューサを有する
   超音波プローブと、 前記超音波トランスデューサより得られた画像信号から
   ２次元画像を構成する２次元画像構成手段と、 前記超音波トランスデューサより得られた画像信号から
   ３次元画像を構成する３次元画像構成手段と、 前記２次元画像構成手段および３次元画像構成手段によ
   り構成された２次元画像および３次元画像を表示するた
   めの画像表示手段と、 この画像表示手段により表示される３次元画像中の所望
   の穿刺部位にマーカを設定するためのマーカ設定手段
   と、 このマーカ設定手段により設定されたマーカと前記穿刺
   孔の中心とを結ぶ線を穿刺通路指示線として前記画像表
   示手段により表示される３次元画像中に表示する穿刺通
   路表示手段と、 この穿刺通路表示手段により表示された穿刺通路指示線
   を含む２次元画像が前記画像表示手段上で表示されるよ
   うに前記超音波トランスデューサの位置状態を制御する
   ためのトランスデューサ位置制御手段と、 前記穿刺通路表示手段により表示される穿刺通路指示線
   上に前記穿刺孔が位置するように該穿刺孔の位置状態を
   制御するための穿刺孔位置制御手段とを備えたことを特
   徴とする超音波診断装置。