JP2007037723A - 体腔内診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リアルタイムに実生体系での真値の計測が可能な体腔内診断装置を提供する。
【解決手段】 被検体に対して信号を発振し、被検体からの反射信号を取得する機能を有するプローブと、該プローブと共に術中に用いられる既知の寸法を有する部品とを備える体腔内診断装置で、取得された反射信号から既知の寸法を有する部品の測定寸法を算出し、算出された測定寸法と既知の寸法との比較から、当該装置のキャリブレーションを行なう。更に、キャリブレーションされた結果に基づき、被検体の体腔の寸法測定を行なう。
【選択図】 図４

Description

本発明は、被検体を信号によって走査することにより、被検体の体腔画像を生成して表示する体腔内診断装置に関するものである。

従来、超音波振動子を内蔵したカテーテルを血管および脈管等の体腔内に挿入し、超音波振動子のラジアル走査を行って超音波を送波し、被検体である体腔組織により反射されたエコーを同じ超音波振動子で受波し、増幅・検波等の処理を行った後に、画像としてモニタ上に表示する体腔内超音波診断装置や、光ファイバを内蔵したカテーテルを体腔内に挿入し、光ファイバ先端から被検体である体腔組織に対して光信号を照射し、体腔内からの反射光と参照光の干渉により体腔断面画像を生成し、画像としてモニタに表示する光干渉断層（ＯＣＴ）装置が医療用に広く用いられている。

一例として血管内超音波診断装置(IVUS：IntraVascular UltraSound)が挙げられ、例えば、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルやステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断や、術後の結果確認のために、広く使用されている。

このような血管内超音波診断装置は、カテーテル状の超音波プローブを、主に心臓の冠状静脈まで挿入して使用されるものである。そのため、目的部位までの挿入をガイドするためのガイドカテーテルを、まず大動脈内に配置し、次いでこのガイドカテーテル内を通して超音波プローブを挿入する。この際、超音波振動子が内蔵された超音波プローブの先端部は、ガイドカテーテルの先端より突出させ、超音波信号の経路をガイドカテーテルの管壁が遮断することのないように操作される。このような使用方法については、特許文献１に記載されている。
特表平１１−５０６６２８号公報

血管内超音波診断などの１つの目的は、前述のように血管径や面積などの血管内腔の幾何学的な診断である。このような診断を行うため、超音波診断装置は、一般に、超音波の伝達速度（音速）と、発信した信号を反射波として受信するまでの到達時間とから振動子と被検体までの距離を算出しているが、本来、体温やその他の要因により、生体組織ごとに音速は異なるものであり、従来の装置では、音速の代表値を定め、それにより計算を実行しているため、計算値に誤差が生じることがあり、真値が不明であった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、リアルタイムに実生体系での真値の計測が可能な体腔内診断装置を提供する。

上記の目的を達成するため、本発明の体腔内診断装置は、被検体に対して信号を発振し、前記被検体からの反射信号を取得する機能を有するプローブと、該プローブと共に術中に用いられる既知の寸法を有する部品とを備える体腔内診断装置であって、前記取得された反射信号から既知の寸法を有する部品の測定寸法を算出する測定寸法算出手段と、前記測定寸法算出手段によって算出された測定寸法と前記既知の寸法との比較から、当該装置のキャリブレーションを行なうキャリブレーション手段とを有することを特徴とする。

上記のような本発明に係る体腔内診断装置によれば、リアルタイムに実生体系での真値の計測が可能になる。

以下に、本発明に係る体腔内診断装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、血管内超音波診断装置を例にして説明を行うが、光干渉断層（ＯＣＴ）診断装置などの他の体腔内診断装置でも同様である。

＜本実施形態の体腔内超音波診断装置の構成例＞
図１は、本実施形態の体腔内超音波診断装置の構成例を示す図である。

図１で、１０は血管および脈管等の体腔内に挿入される超音波診察用のカテーテルセットであり、２０は超音波診察用のカテーテルセット１０における超音波の走査・受信を制御すると共に、体腔内の画像を作成して表示する制御装置である。制御装置２０は、汎用のコンピュータ（パソコン）であっても良いし、本装置専用のコンピュータであっても良い。本実施形態では汎用のコンピュータの場合を示す。ここで、２５ａはキーボード、２５ｂはマウス（登録商標）やトラックボール等のポインティングデバイス、２５ｃは指示ペン、２６ａは表示画面を示している。かかる構成は、図２に従って後述する。

超音波診察用のカテーテルセット１０は、例えば、超音波プローブ８０，イントロデューサシース６０，ガイディングカテーテル６２，Ｙ型コネクタ６４，ガイドワイヤ６６などから成るが、これに限定されない。

超音波プローブ８０は、チューブ本体７１と、チューブ本体７１の先端部近傍に内封された超音波振動子７０と、超音波振動子７０に先端が接続され、超音波振動子７０に電気的に接続される信号線（図示せず）を内蔵するとともに、超音波振動子７０を回転走査（ラジアル走査）するための中空コイル状の駆動シャフト７２と、チューブ本体７１の先端に形成されたガイドワイヤルーメン７３と、コネクタ７４等から成るが、これに限定されない。また、７５は、制御装置２０に電気的に接続される駆動装置である。駆動装置７５は、プローブ８０のコネクタ７４に着脱可能であり、内蔵したモータ（図示せず）により駆動シャフト７２を回転させるとともに、超音波振動子７０により得られる信号を受信し、制御装置２０に送信する。

例えば、本カテーテルセット１０では、超音波プローブ８０を血管内へ挿入するに当たっては、まず先に、イントロデューサシース６０を患者の血管内へと挿入し、イントロデューサシース６０の内腔を介してガイディングカテーテル６２を血管内へ導入して、ガイディングカテーテル６２の先端を、冠状動脈入口部に到達させ、その上で、ガイドワイヤ６６を、まず目的部位まで到達させ、超音波プローブ８０のガイドワイヤルーメン７３にガイドワイヤ６６を挿入して、超音波プローブ８０をガイドワイヤ６６に沿うように、Ｙ型コネクタ６４側からガイディングカテーテル６２の内部へと挿入し、狭窄部を通過しているガイドワイヤ６６沿いに超音波プローブ８０を前進させることにより、先端の超音波振動子７０を狭窄部の内側に到達させている。本実施形態における装置のキャリブレーションは、ガイディングカテーテル６２中を超音波プローブ８０先端の超音波振動子７０が通過中に行われる。

尚、本例では、ガイディングカテーテル６２を既知の基準寸法の対象部品とするが、基準になるものであればイントロデューサシース６０など他の部品であってもよい。しかし、ガイディングカテーテル６２は超音波プローブ８０の表面を直接覆い測定部位の近傍まで挿入されるので、より好ましい。超音波振動子７０は、パルス状に超音波信号の受発信を繰り返しながら回転走査を行う。又、本発明においては、超音波振動子７０による情報からどのように体腔画像が生成され、表示されるかは既知の方法を使用すれば良いので、詳説はしない。

図２は、制御装置２０、本例ではパソコン２０の構成例を示すブロック図である。

図２で、２１は制御装置２０全体を制御する演算・制御用のＣＰＵ、２２はブート時の固定プログラムやパラメータを記憶するＲＯＭ、２３はＣＰＵ２１が実行するアプリケーションプログラムやデータを一時記憶するＲＡＭ、２４はハードディスクやＤＶＤ、メモリカードなどの不揮発性の記憶が可能な外部記憶部、２５は超音波診察用のプローブ８０や各種周辺機器からのデータを入力する入力インタフェース、２６は各種周辺機器へデータを出力する出力インタフェースである。尚、超音波プローブ８０の超音波振動子７０は出力インタフェースにも接続されており、超音波送波のための信号が伝達される。。

ＲＡＭ２３は、データを記憶するデータ記憶領域とＣＰＵ２１が実行するプログラムを外部記憶部２４からロードするプログラムロード領域を有する。データ記憶領域には、本例で使用する領域として、超音波プローブ８０から受信した超音波受信データ２３ａ、超音波受信データ２３ａから生成される体腔画像データ２３ｂ、ガイディングカテーテル６２の寸法測定のために入力された始点位置座標２３ｃ、終点位置座標２３ｄ、始点位置座標と終点位置座標から算出されたガイディングカテーテル６２の径の測定値２３ｅ、ユーザによりキーボードから入力されるガイディングカテーテル６２の内径の寸法値２３ｆ、ガイディングカテーテル６２の径の測定値２３ｅと実際の寸法値２３ｆから算出された較正値２３ｇをそれぞれ記憶する領域を有している。尚、ここに図示した記憶領域は本願特有のものであり、汎用の記憶領域は図示していない。

外部記憶部２４は、データを記憶するデータ記憶領域とＣＰＵ２１が実行するプログラムを記憶するプログラム領域を有する。データ記憶領域には、本例では、超音波診断に特有のパラメータ２４ａや、超音波受信データ２３ａから体腔画像を作成するのに使用されるパラメータ２４ｂ、ガイディングカテーテルなどの部品の径などの既知の寸法値２４ｃが記憶される。プログラム記憶領域には、本例では、超音波振動子の制御も含む超音波計測プログラム２４ｄ、超音波受信データ２３ａから体腔画像データ２３ｂを作成する体腔画像作成プログラム２４ｅ、装置のキャリブレーションを行なうキャリブレーション手段であるキャリブレーション・プログラム２４ｆ、表示画像からの各種寸法を測定する測定寸法算出手段である寸法測定プログラム２４ｆが記憶される。尚、かかるプログラムの分類はこれに限定されず、複数のプログラムが一体化されていても、更に分割されてもよい。又、図２には、システムプログラムなどの汎用プログラムは図示していない。

入力インタフェース２５には、データ入力や操作指示用のキーボード２５ａ、ポインティングデバイスのマウス（登録商標）２５ｂや指示ペン２５ｃ、超音波プローブ８０からの受信データが接続される。

出力インタフェース２６には、表示部２６ａ、図示しないが超音波プローブ８０の超音波振動子への送信信号が接続される。

＜本実施形態の体腔内超音波診断装置の動作例＞
図３は、本実施形態の体腔内超音波診断装置の動作手順例として、制御装置２０の処理プログラムの一例を示すフローチャートである。以下の各分岐は、キーボードからの指示、マウス（登録商標）や指示ペンによるメニューの選択により行われる。

図３では、まず、ステップＳ３１でキャリブレーションか否かを判定する。キャリブレーションと判定するとステップＳ３２に進んで、キャリブレーション処理（図４参照）を行なう。キャリブレーションで無い場合はステップＳ３２で寸法計測か否かが判定され、寸法計測であればステップＳ３４に進んで、寸法計測処理（図６参照）を行なう。他の診断処理であればステップＳ３５からＳ３６に進んで、それぞれの処理を行なう。尚、図３では寸法計測処理と他の処理とを分離して図示したが、一連の処理により実現されてもよい。

ステップＳ３７では処理の終了か否かが判定され、終了でなければステップＳ３１に戻って、上記手順を繰り返す。

図４は、本実施形態のステップＳ３２のキャリブレーション処理の手順例を示したフローチャートである。本例では、既知の寸法の対象部品として、ガイディングカテーテルを使用する例を示す。

まず、ステップＳ３２１では、超音波によりガイディングカテーテルの画像を描出する。かかる超音波振動子による超音波の発信とエコーの受信、エコー信号による画像の作製については、既知の方法を使用するので詳説しない。ステップＳ３２２で抽出したガイディングカテーテルの画像を表示する。

ステップＳ３２３では、オペレータによるガイディングカテーテル画像の径（測定寸法）を測定する位置の指定を待つ。指定があれば、ステップＳ３２４に進んで指定位置からガイディングカテーテル画像の径を測定する。

（ガイディングカテーテル画像の径の測定位置の指定例）
以下に、上記ステップＳ３２３の、ガイディングカテーテル画像の径を測定する位置の指定について、その数例を説明する（図５参照）。

(a)表示画面上で、ガイディングカテーテルの管腔内表面を示すガイディングカテーテル画像５２の所望の始点５３ｓを確定する。ポインタ位置５３ｉを変化させると、始点５３ｓとポインタ位置５３ｉとを結ぶ直線を直径とする円５４ｉを表示する。この円５４がガイディングカテーテル画像５２と重なるようにポインタ位置５３ｉを移動させ、重なった円５４ｅのポインタ位置５３ｅを終点とする。

(b)表示画面上で、ガイディングカテーテル画像５２の左端５３ｓを始点として確定する（図示しないが、右端でも同様）。ポインタ位置５３ｉを左端５３ｓから右に水平移動しながら、左端５３ｓとポインタ位置５３ｉとを結ぶ直線を直径とする円５４ｉを表示する。この円５４がガイディングカテーテル画像５２と重なるようにポインタ位置５３ｉを移動させ、重なった円５４ｅのポインタ位置５３ｅを終点とする。

(c)表示画面上で、ガイディングカテーテル画像５２の所望の始点５３ｓを確定する。装置が自動的に、ガイディングカテーテル画像５２を時計回りに辿りながら（５３ｉ）、始点５３ｓと位置５３ｉとの間の距離５５ｉを算出する。距離５５ｅが極大となった（増加から減少に変わる）位置５３ｅを終点とする。尚、反時計回りでもよく、ガイディングカテーテル画像５２を辿る技術は、画像の境界線を辿る技術として既知の技術を使用すればよい。

（ガイディングカテーテル画像の径の測定例）
以下に、上記ステップＳ３２４の、ガイディングカテーテル画像の径を測定する（測定寸法を算出する）例について説明する（図６参照）。

図６は、始点５３ｓと終点５３ｅとの指定が確定した時点の表示画面である。かかるガイディングカテーテル画像５２の表示は、カテーテル６１の中心位置を原点とする画素数（ドット数）の座標で現わされている。例えば、始点５３ｓ（ｘｓ，ｙｓ）、終点５３ｅ（ｘｅ，ｙｅ）である。

従って、ガイディングカテーテル画像の表示上の径６２は、１画素（１ドット）が表わす距離は既知であるので、
｛（ｘｅ−ｘｓ）²＋（ｙｅ−ｙｓ）²｝^1/2×（１画素が表わす距離）で算出される。

図４に戻って、ステップＳ３２５でこのガイディングカテーテル画像から算出された表示上の径の長さと、予めオペレータにより入力又は選択された既知のガイディングカテーテルの径の長さを比較して、本装置における超音波の速度などの変化による計測のズレを算出する。かかる計測のズレは、測定部位の温度や体液、生体組織などの変化によるものであり、これらの条件が変わらなければ、この計測のズレを較正することで真値を得ることが可能となる。ステップＳ３２６で較正値を計測のズレを較正するために記憶する。尚、かかる較正値がゼロとなるように、超音波の速度などのキャリブレーションを行なうことも可能であるが、本例では、後述するように、測定値あるいは作成画像を較正することで較正を実現する。

尚、図４に記載の上記実施形態では、ガイディングカテーテル画像の径（測定寸法）の測定のために、オペレータがガイディングカテーテル画像中の輪郭位置を入力する必要があるが、本発明はこれに限定されず、キャリブレーション処理の実行命令に基づいて、自動的に測定寸法の算出を行う構成とすることもできる。

図７は、自動的に測定寸法の算出を行う方法の例について説明するものである。

図７はガイディングカテーテル画像５２を示すもので、画像中の原点は、プローブ８０の中心位置に一致する。また、プローブ８０の中心位置は当然にガイディングカテーテルの管腔内に存在する。従って、原点を通るＸ軸上（水平軸上）の＋方向と−方向における、原点に近い最も輝度変化が大きい点をそれぞれ検出する（図７中、Ａ＋点及びＡ−点）。

次に、この２点を結ぶ線分の中心点ＣＡからＹ軸方向（垂直方向）の＋方向と−方向における、原点に近い最も輝度変化が大きい点をそれぞれ検出する（図７中、Ｂ＋点及びＢ−点）。このＢ＋点とＢ−点を結ぶ線分の長さがガイディングカテーテル画像５２の内径（測定寸法）に相当する。

なお、精度を向上させるため、Ｂ＋点とＢ−点を結ぶ線分の中心点ＣＢからＸ軸方向の＋方向と−方向における最も輝度変化が大きい点をそれぞれ検出し、新たな線分を決定し、この線分とＢ＋点とＢ−点を結ぶ線分との平均値をとれば、より精度の高い測定寸法を得ることが出来る。

尚、本例における較正は、0.05mm単位の較正ができれば充分であり、従って、図６及び図７のガイディングカテーテル画像の表示はかかる較正が可能な画素数（ドット数）での表示を行なうことになる。

図８は、図３のステップＳ３４の寸法計測処理の手順例を示すフローチャートである。

ステップＳ３４１で、超音波のエコー信号から体腔（本例では血管）の断面画像を取得する。ステップＳ３４２で、キャリブレーション処理で記憶した較正値を読出す。

ステップＳ３４３で、寸法測定値を読出した較正値により較正する。尚、かかる寸法測定値の較正の方法としては、以下のような例がある。

(1)本例のような、体腔内の画像を観察しながらリアルタイムの診察・治療を行なう場合には、表示画面上にスケールを重ね合わせる。従って、かかるスケールの寸法を補正することで、寸法測定値の較正が行われる。

(2)上記(1)の逆で、体腔内の画像を作成する場合に補正を行なうことで、寸法測定値の較正が行われる。

(3)装置により、自動的に寸法を算出する場合は、算出された寸法測定値に係数として較正値を掛けることで、寸法測定値の較正が行われる。

又、キャリブレーション処理のところで前述したが、超音波（又は光）などの発信や受信回路中において、実際の寸法測定に先立ってキャリブレーションを実施することも可能であり、その場合は、寸法測定時の較正は必要なくなる。

尚、本実施形態では、超音波による体腔内の寸法測定について、そのキャリブレーション例を説明したが、被検体を走査することにより得られた複数の反射信号から被検体の体腔画像を生成して表示する体腔内診断装置としては、光信号を発信し、その光の干渉により光干渉断層（ＯＣＴ）画像を生成し描画するＯＣＴ装置などもあり、かかる装置においても本発明が適用可能である。又、体腔内に限定されず、予め既知の寸法の基準部品が使用され、診断装置でかかる基準部品の画像が取得されるのであれば、他の測定部位においても本発明は適用可能である。本発明はこれらの技術も含むものである。

本実施形態の体腔内超音波診断装置の構成例を示す図である。 図１の制御装置２０の構成例を示すブロック図である。 本実施形態の体腔内超音波診断装置のメインの動作手順例を示すフローチャートである。 図３のキャリブレーション処理（ステップＳ３２）の処理手順例を示すフローチャートである。 図４の測定位置の指定（ステップＳ３２３）における指定の数例を示す図である。 図４のガイディングカテーテル画像の径の測定を説明する図である。 自動的にガイディングカテーテル画像の径を測定を行う方法を説明する図である。 図３の寸法測定処理（ステップＳ３４）の処理手順例を示すフローチャートである。

Claims (6)

1. 被検体に対して信号を発振し、前記被検体からの反射信号を取得する機能を有するプローブと、該プローブと共に術中に用いられる既知の寸法を有する部品とを備える体腔内診断装置であって、
   前記取得された反射信号から既知の寸法を有する部品の測定寸法を算出する測定寸法算出手段と、
   前記測定寸法算出手段によって算出された測定寸法と前記既知の寸法との比較から、当該装置のキャリブレーションを行なうキャリブレーション手段とを有することを特徴とする体腔内診断装置。
2. 前記体腔内診断装置は、超音波のエコー信号又は干渉用光信号を使用することを特徴とする請求項１に記載の体腔内診断装置。
3. 前記既知の寸法を有する部品は、ガーディングカテーテル、シースの中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の体腔内診断装置。
4. 前記測定寸法算出手段は、画像表示手段に表示される前記既知の寸法を有する部品の像の画素数に基づいて、測定寸法の算出を行なうことを特徴とする請求項１に記載の体腔内診断装置。
5. 前記キャリブレーション手段によりキャリブレーションされた結果に基づき、被検体の体腔の寸法測定を行なう寸法測定手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の体腔内診断装置。
6. 前記測定寸法算出手段が、前記既知の寸法を有する部品の径を自動的に算出することを特徴とする請求項１に記載の体腔内診断装置。

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