JP2007222322A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視点設定、カットプレーン設定、３次元空間内での断面設定等の３次元的制御を直感的に行うことができる指示デバイスを有する超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波プローブを駆動して被検体内を超音波で走査する送受信手段と、該送受信手段による走査によって得られる受信信号に基づいて、上記被検体内の対象臓器の形態を表す画像データを生成する超音波画像生成手段と、該超音波画像生成手段により生成された画像を表示する表示手段と、操作者が携帯可能な形状を有し、上記送受信手段、超音波画像生成手段及び表示手段を遠隔制御する操作デバイスと、上記走査デバイスの位置情報を検出する位置情報検出手段と、該位置情報検出手段により検出された位置情報に基づいて画像の表示についての３次元的制御を行う３次元制御手段とを備える。
【選択図】 図１１

Description

本発明は超音波診断装置に係り、特に、３次元画像情報を取得可能な医療用の超音波診断装置に関する。

３次元画像を取得可能な超音波診断装置を用いて診断する場合、診断しようとする部分が最もよく見える視点の位置、走査性向上のために視界から診断に不要な部分を取り除く面（カットプレーン）、３次元空間内で断面走査を行う断面等を設定する必要がある。

これらの設定を、トラックボールやマウス等の２次元ポインティングデバイスを用いて行うことは、２次元の断層走査範囲設定に比べると直感的とは言えず、特に奥行き方向の設定にはある程度習熟が必要となり、そうでない場合、満足できる設定を得るまでに長時間を要したり、それを嫌って不満足な設定で妥協することが多々見受けられる。

この問題を解決すべく、３次元設定用ポインティングデバイスも開発されているが、この３次元設定用ポインティングデバイスを通常の走査パネルとは別に設けられるので、操作者は、一方の手で探触子（プローブ）の位置設定をしながら、もう一方の手で走査パネルの設定をしたり、３次元設定用ポインティングデバイスを持ち変えて操作したりしなければならず煩に堪えない。

そこで、現状では、操作パネル内にトラックボールの他に位置設定方向を切り替えるスイッチを設け、このスイッチを切り換えることにより、トラックボールによる位置制御を、水平方向、垂直方向、回転方向と切り換え、所望の視点の設定、カットプレーンの設定、走査断面設定を行うようにする使用方法が実施されている。

計算機システム内に作られた仮想空間内の三次元形状モデルを、グローブ型デバイスやマスタスレーブアーム等各種の入力デバイスにより仮想的に操作することにより三次元形状情報を入力するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）が、超音波診断装置においては、このようなシステムは未だ開発されていない。
特開平１１−２４８７３号公報

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、視点設定、カットプレーン設定、３次元空間内での断面設定等の３次元的制御を直感的に行うことができる指示デバイスを有する超音波診断装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、超音波プローブを駆動して被検体内を超音波で走査する送受信手段と、該送受信手段による走査によって得られる受信信号に基づいて、上記被検体内の対象臓器の形態を表す画像データを生成する超音波画像生成手段と、該超音波画像生成手段により生成された画像を表示する表示手段と、操作者が携帯可能な形状を有し、上記送受信手段、超音波画像生成手段及び表示手段を遠隔制御する操作デバイスと、該走査デバイスとの位置関係を計測して走査デバイスの位置情報を検出する位置情報検出手段と、該位置情報検出手段により検出された位置情報に基づいて画像の表示についての３次元的制御を行う３次元制御手段とを備えるものである。

前記位置情報検出手段は、好適には、請求項２に記載したように、ｘ，ｙ，ｚの直交３軸と各軸回りの回転角との最大で６軸情報を検出するものとすることができる。

前記３次元制御手段は、好適には、請求項３に記載したように、３次元画像表示における視点の制御を行え、請求項４に記載したように、３次元画像表示におけるカットプレーンの制御を行え、また請求項５に記載したように、３次元空間の中で断面操作を行う走査断面の設定を行うことができることが望ましい。

また、前記３次元制御手段は、好適には、請求項６に記載したように、制御開始・終了を制御する制御器を備えること望ましい。より好適には、前記制御器は、請求項７に記載したように、前記超音波プローブに取り付けられることが好ましい。

そして、前記３次元制御手段は、好適には、請求項８に記載したように、前記制御器により制御開始・終了を制御し、前記操作デバイスの開始時の位置と開始時における３次元操作情報を対応させる構成とすることができる。

さらに、請求項９に記載したように、前記操作デバイスは、音声入力を受け付けるマイクロフォンと、該マイクロフォンから入力された音声信号を制御するマイクロフォン用コントローラとを備え、前記３次元制御手段は、入力された音声を認識することにより３次元的制御の開始・終了を行うようにしてもよい。

一方、前記位置情報検出手段は、好適には、請求項１０に記載したように、前記操作デバイス側に複数の送信器が取り付けられ、前記超音波診断装置側に一又は複数の受信器が取り付けられた位置検出用のユニットが設けられ、これら送信器及び受信器間の信号の送受信の所要時間により位置を検出する構成とすることができ、また、請求項１１に記載したように、前記操作デバイス側に複数の受信器が取り付けられ、前記超音波診断装置側に複数の送信器が取り付けられた位置検出用のユニットが設けられ、これら送信器及び受信器間の信号の送受信の所要時間により位置を検出する構成としてもよい。

或いは、前記位置情報検出手段は、好適には、請求項１２に記載したように、前記操作デバイスに複数の加速度を検出する手段を有し、移動の加速度を検出することにより位置を検出するものとしてもよい。

さらに、前記位置情報検出手段は、好適には、請求項１３に記載したように、前期操作デバイスに複数の反射体が取り付けられ、前期超音波診断装置側に設けられた赤外線による反射体の追従システムにより位置を検出する構成とすることも可能である。

本発明に係る超音波診断装置によれば、視点設定、カットプレーン設定、３次元空間内での断面設定等の３次元的制御を直感的に行うことが可能となる。

以下、本発明に係る超音波診断装置の実施の形態を添付図面を参照して具体的に説明する。図１に示す超音波診断装置１は、モダリティとしての装置本体２のほか、被検体内を走査する超音波振動子を備えた超音波プローブ３と、超音波診断装置１の動作を離れた位置からリモート操作でコントロール可能な操作デバイス４とを備える。

そして、超音波診断装置１は、そのハードウェア構成として、装置本体２に接続される操作パネル６及びモニタ７を備える。操作パネル６には、スイッチ、ボタン、キーボード、トラックボール、マウス等の入力デバイスが装備される。

また、超音波診断装置１のモニタ７近傍には、操作デバイス４からの信号を受信して操作デバイス４との距離及び角度等の位置関係を検出する位置検出ユニット５が備えられ、３次元形態画像データの視点やクリッピングの範囲の制御を最適に設定する用に供される。したがって、操作デバイス４は、３次元位置制御デバイスの機能も果たすものである。

操作者は、図１に示すように、一方の手で超音波プローブ３を保持し、被検者に当てて被検体内の画像を観察しつつ、操作デバイス４を他方の手に持ち、超音波プローブ３又は操作でバイス４に取り付けられた、３次元位置制御起動スイッチを押し、視点を制御する状態を起動する。この状態で制御デバイス４の位置・向きを動かし視点を制御する。

このように、３次元位置制御デバイスによれば、２次元ポインティングデバイスを制御方向などを切り換えて制御するのに比べ、３次元形態画像データの視点やクリッピングの範囲の制御を最適且つ容易に設定できる。

図２は、斯かる超音波診断装置１の概略構成を示すブロック図である。ここで超音波プローブ３は、被検体の内部の３次元領域を超音波により電子的に高速で走査することができるように、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の振動子がマトリクス状に配列されてなる２次元アレイ型が採用されている。

装置本体２は、超音波診断装置１全体の制御中枢を担うホストＣＰＵ２５のほか、このホストＣＰＵ２５による制御の元で動作する各ユニット、すなわち、送受信ユニット２１と、ディジタルビームフォーマユニット２２と、信号処理ユニット２３と、ディスプレイユニット２４とを備える。

また、この装置本体２には、操作デバイス４との間で無線による通信を可能とする通信インターフェース（赤外線通信（ＩｒＤＡ）、電波（ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１等の所定無線通信規格）等）２７が搭載される。通信インターフェース２７には、赤外線通信窓や無線アンテナ等のアンテナ部２７ａが接続される。

送受信ユニット２１は、図示しないスイッチと、送信走査回路と、受信処理回路とから構成される。スイッチは、超音波の送信時には、超音波プローブ３に送信走査回路を接続し、またエコーの受信時には、超音波プローブ３に受信処理回路を接続する。これらの切り換えは、ホストＣＰＵ２５の走査制御の下に行われる。プローブケーブルの本数を素子アレイの数より少なくするためにプローブ内に送信回路を設けたり、送信または受信の部分ビームフォーマを設けても良い。

送信走査回路は、図示しないが、クロック発生器、分周器、送信遅延回路、パルサから構成され、クロック発生器で発生されたクロックパルスを分周器で例えば５ＫＨｚ程度のレートパルスに落とし、このレートパルスを送信遅延回路を通してパルサに与えて高周波の電圧パルスを発生し、振動子を駆動する、つまり機械的に振動させるようになっている。

こうして発生された超音波は、被検体内の音響インピーダンスの境界で反射して、超音波プローブ３に戻ってきて、振動子を機械的に振動する。これにより各振動子に電気信号が個別に発生する。

ホストＣＰＵ２５は２次元に配列された多数の（リニアアレイ）超音波振動子に与える電圧のタイミングを変えることにより、送信される超音波ビームを電子的に扇状に走査することや、フォーカスさせることができる。

この電気信号は、受信処理回路で増幅された後、ディジタルビームフォーマユニット２２に送られ、整相加算される。これにより、指向性を有する信号（エコー信号）が生成される。

なお、３次元走査（ボリュームスキャンともいう）に要する時間を短縮して、１秒あたりの３次元領域の走査回数（ボリュームレート）を向上しリアルタイム性を促進するために、各振動子に与えられる電圧パルスの遅延制御によって超音波ビームが意図的に太くされている。また、この太い超音波ビームを１回送信する毎に、指向性の異なる複数のエコー信号を生成すること、つまりいわゆる多方向同時受信を実現するために、ディジタルビームフォーマユニット２２には、複数のディジタルビームフォーマが装備されていて、それぞれ異なる位相ずれパターンで整相加算を行うようになっている。

ホストＣＰＵ２５は、この複数のディジタルビームフォーマの指向性も制御する。指向性は３次元走査の形態がピラミッド形状の場合は横方向の偏向と縦方向の変更を組み合わせて行われる。なお、走査断面の形態はセクタ式電子走査型に限定されず、リニア式走査型でもよく、３次元走査形態はピラミッド形状に限定されず、扇型の断面を平行移動したものや円錐状でも良い。

信号処理ユニット２３には、３つのプロセッサ２３１〜２３３が装備されている。エコープロセッサ２３１は、ディジタルビームフォーマユニット２２からのエコー信号に基づいて、組織の形態的な情報を提供するＢモード像データを生成する。

ドプラプロセッサ２３２は、いわゆるカラードプライメージング（ＣＤＩ）を実現するユニットであり、まず、ディジタルビームフォーマユニット２２からのエコー信号を直交位相で検波して周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出し、この取り出したドプラ信号からＭＴＩフィルタで特定の周波数成分だけを通し、その通過した信号の周波数を自己相関器により求め、この周波数から演算部で平均速度、分散、パワーを演算するように構成されている。

なお、ＭＴＩフィルタの通過帯域を調整することにより、主に血流を映像化する一般的なドプラモード（このモードによる画像データを血流ドプラ画像データと称する）と、主に心筋等の臓器を映像化する組織ドプラモード（このモードによる画像データを組織ドプラ画像データと称する）とを切り換えることができるようになっている。

３Ｄプロセッサ２３３は、上述したエコープロセッサ２３１で生成したＢモード像データから、例えば左室内壁の３次元的な形態を表す３次元形態画像データを、まず３Ｄ表示用メモリ（図示せず）に蓄え、これをプロセッサ２３３でボリュームレンダリングや多断面表示を行う。このボリューム表示では収集された情報をすべて用いる表示以外にクリッピングと呼ばれる部分的なデータで３次元再構成を行う機能が実装されており、このクリッピングの範囲の制御は３Ｄプロセッサ２３３により他の３次元表示制御（輝度、透過度、視線方向など）とともに行われる。

さらに、３Ｄプロセッサ２３３は、上述した３次元形態画像データを、血流ドプラ画像などの任意の３次元の機能画像データの対応する位置に位置整合して合成する。この３次元形態画像データと３次元の機能画像データとの合成画像は、ディスプレイユニット２４を介してモニタ７に表示される。

ホストＣＰＵ２５は、本発明の制御手段としての機能を有し、その一例として、図示しない内部バスに接続されたＣＰＵ（プロセッサ）、メモリ（ＲＡＭ／ＲＯＭ）、ハードディスク装置、リムーバブルメディア（ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、メモリカード等）の駆動装置、及びその他の周辺装置を有するコンピュータとしての機能を有し、検査時に予めプログラムされた手順に従って超音波診断装置１全体の動作を制御する。この制御動作は、操作パネル６上のほか、操作デバイス４からの指令により、診断、検査、表示等の各モードや送受信条件等に基づいて行われる。

超音波診断装置１はまた、装置本体２内に、ワークフローシステム（「Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＰＡＳ」とも呼ばれるが、以下、本実施形態の説明では便宜上、「ＷＦＳ」と略称する）２６を搭載し、操作デバイス４は、このＷＦＳ２動作時を含む超音波診断装置１の動作を離れた位置からリモート操作でコントロールする。

ＷＦＳ２は、ホストＣＰＵ２５の動作を通して本発明の制御手段を実現させるソフトウェアで構成され、例えば特開２００１−１３７２３７号公報で開示されているワークフローシステムが適用される。このシステム２は、装置本体２の動作で実施される複数の実施項目（以下、「アクティビティー」という。）の実行順序を予め定めた作業手順のデータ（以下、「ワークフローデータ」という。）に基づいて複数のアクティビティーに対応した小プログラム（以下、「アクティビティープログラム」という。）を順次読み出し実行することにより装置本体２の動作を切り換えると共に、操作デバイス４による操作に応じてアクティビティーの実行順序を変更可能に構成されている。

このＷＦＳ２６は、そのソフトウェアモジュール構成の一例として、図示しないが、ワークフローデータを格納するワークフローデータ格納部と、アクティビティープログラムを格納するアクティビティープログラム格納部と、ワークフローデータ格納部のワークフローデータを元にそのワークフローの各段階のアクティビティー毎にこれに対応するアクティビティープログラムをアクティビティープログラム格納部から読み出して実行するワークフローエンジン部とを含む。

操作デバイス４は、装置本体２との間で無線通信によるリモート操作が可能に構成される。この操作デバイス４は、装置本体２から離れたベッドサイド等の位置で操作者がその手元に携帯して操作可能な適宜な大きさ及び形状のものであり、例えば小型で手で握ることが容易にできるハンディタイプ（手のひらサイズ）が適用される。

図２に示す例として、この操作デバイス４は、その内部にバッテリー等の電源ユニット４５からの給電で動作する各ユニット、すなわち制御中枢を担うＣＰＵ等のホストコントローラ４４と、このホストコントローラ４４に接続される各種スイッチコントローラ４８及び通信インターフェース（赤外線通信（ＩｒＤＡ）、電波（ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１等の所定無線通信規格）等）４７とを内蔵する。

また、この操作デバイス４には、ホストコントローラ４４に各種スイッチコントローラ４８及び通信インターフェース４７を介して接続される、割り付け変更が可能な複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、…、ＳＷｎ、及び赤外線通信窓又は無線アンテナ等のアンテナ部４７ａが搭載される。

ホストコントローラ４４は、例えばＣＰＵを搭載したマウスコントローラ等のＩＣ（集積回路）ユニットで構成されるが、各種スイッチコントローラ４８及び通信インターフェース４７の少なくとも一部と共に一体のＩＣユニットとして構築されるものでもよい。

このホストコントローラ４４は、操作者の操作に応じて通信インターフェース４７を介して装置本体２に対し予め設定された各種スイッチコマンド等の制御指令（コマンド）Ｓ１を送ると共に、装置本体２のホストＣＰＵ２５から、その通信インターフェース２７を介して後述する各種の制御指令（コマンド）Ｓ２を受け、これらコマンド送受信により超音波診断装置１の動作を制御する。

複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎには、プッシュ式や回転式（ロータリーエンコーダー等）等のいずれのタイプのスイッチ類でも適用可能である。例えば、これらのスイッチ類は、オプティカルデセンサの機構を有するもので構成されるが、この場合には凹凸（溝）や駆動部を無くして手入れが容易になる等のクリーニング性を向上させたり、或は凹凸がない点を活かして汚れ防止用カバーを被せて使用する等の効果が得られる。

上記の各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎには、その一例として、ＷＦＳ２６操作に必要な移動ボタン、実行ボタン、切換ボタン等の各種のスイッチ類や予備的なスイッチが設けられる。その一例を図３に示す。

この例では、操作デバイス４は矩形状のデバイス本体を有し、そのフラット状の正面側に７つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７のほか、その左側面側に３つのスイッチＳＷ８〜ＳＷ１０、その右側面側に１つのスイッチＳＷ１１がそれぞれ設けられている。（この例では操作デバイス４上側の側面にアンテナ部（赤外線通信窓）４７ａ及びパワースイッチ４６が設置されている）。

このうち、デバイス正面上側のスイッチＳＷ１１は、ＷＦＳ動作時にアクティビティー等の項目を決定するジョイスティック式の実行ボタン、アクティビティー等の項目を選択する上下左右移動用の方向キーであり、スイッチＳＷ１２は、カーソル移動等の２次元的な位置指定が可能な方向キー（トラックボール機能）、その他ロータリーエンコーダーの機構を利用するゲインコントロール用のスイッチから構成される。

そして、デバイス正面中央のスイッチＳＷ３は、例えば超音波スキャンで得られる超音波像の視野深度を調整可能なロータリー式のボタンで構成され、デバイス正面中央左側のスイッチＳＷ４は、例えばポップアップメニュー起動用の実行ボタンで構成される。

また、デバイス正面中央右側のスイッチＳＷ５は、例えばＷＦＳ動作時及び通常検査時に関係なく、フリーズ用のプッシュ式実行ボタンで構成され、デバイス正面下左側のスイッチＳＷ６は、例えば印刷（プリントアウト）用のプッシュ式実行ボタンで構成される。

さらに、デバイス正面下右側のスイッチＳＷ７は、例えば超音波スキャンのフォーカスを調整可能なプッシュ式のボタンで構成され、デバイス左側面のスイッチＳＷ８は、例えばＷＦＳ用キー／通常検査時の装置用キーの切替スイッチで構成される。以下スイッチＳＷ９〜ＳＷ１１にも各種の機能が割り当てられる。

上記の各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎが操作されると、各種スイッチコントローラ４８及びホストコントローラ４４の制御の元で、その操作されたスイッチＳＷ１〜ＳＷｎに割り当てられた移動ボタン、実行ボタン、切替ボタン等に種別に応じたスイッチコマンド（任意のコマンドが規定可能）の制御指令Ｓ１が通信インターフェース４７経由で操作デバイス４側から装置本体２側に送られる。

操作デバイス４にはまた、その上側側面に３つの送信器４１〜４３が取り付けられており、位置検出ユニット５に取り付けられた３つの受信器５１〜５３に赤外線パルスなどを送信する。３つの送信器４１〜４３から別々のタイミングで送信するか、異なるパルス系列で送信することにより、各々の３点からの送信から受信までの時間を独立に測定できる状態で、操作デバイス４及び位置検出ユニット５間の距離測定を周期的に行う。送受信する信号は音波、電波、磁場などでも時間分解能を有すればいかなるエネルギーでも実現できる。

位置検出ユニット５は、操作デバイス４の送信器４１〜４３と同期可能なタイマー機能を持った少なくとも３つの受信器５１〜５３を有し、この受信器５１〜５３により受信された、操作デバイス４からの信号は、装置本体２内に設けられた位置解析部２８により受信され位置情報が解析される。

受信器５１〜５３は同じ構成による受信器で、その１つの受信器５１を例にとると、例えばその内部に、図示を省略するが、受信アンテナ、この受信アンテナ２５からの電波を増幅する受信部、位置解析部２８からの同期信号を基に発振するクロック発生部、受信信号を前記クロック発生部のクロック信号のタイミングでサンプリングするサンプリング部、このサンプリング部によるサンプリングデータを記憶する記憶部等を備える。他の受信器５２，５３においても同様である。

図２において装置本体２内に示す位置解析部２８は、その内部に図示しない各受信器５１〜５３からのデータをもとに信号の相関を調べる相関部、相関がとれた時の時間より相対距離を計算し被測定物の位置を求める演算部、各受信器５１〜５３へ同期信号を送る同期信号発生部を備える。

操作デバイス４から位置検出ユニット５までの距離は、送信器４１〜４３から例えば特定の無線信号を送信させ、これを受信器５１〜５３で受信し、これらの受信信号をクロック信号でサンプリングして各受信局への到達時間差を検出し、送信器４１〜４３から各受信器５１〜５３までの距離を計算することにより求める。

なお、本実施形態に係る信号処理ユニット２３は、本発明に係る超音波画像生成手段を構成し、本実施形態に係る送信器４１〜４３、位置検出ユニット５及び位置解析部２８は、本発明に係る位置情報検出手段を構成する。また、本実施形態に係る３次元位置制御スイッチ３１は、本発明に係る制御器を構成する。

次に、図４に示す状態において、測定された３つの距離から、送信器群の位置から受信器の３次元的位置を計算する計算を、３つの送信器４１〜４３から１つの受信器５１へ送信する場合を例に採って説明する。

ここで、送信器４１の座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、送信器４２の座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、送信器４３の座標を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とし、それぞれの送信器４１〜４３から受信器５１までの距離測定結果をＤ１，Ｄ２，Ｄ３として、対象の受信器５１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。

座標の定義は、図４に示すように、Ｘ軸は操作デバイス４の長軸（長い方向の中心線）と操作デバイス４の先端面（３つの受信器で形成される面）の交差するところを原点するもので、Ｙ軸は操作デバイス４の操作面と平行な線、Ｚ軸は操作デバイス４の操作面と垂直な線である。

これにより、受信器５１の座標（ｘ，ｙ，ｚ）が求まる。同様にして、受信器５２及び受信器５３の座標も求めることができる。そして、図４に示すように、位置検出ユニット５の３つの受信器５１〜５３をそれぞれ位置検出することにより、操作デバイス４の位置のみならず、ｘ軸回りの回転角α，ｙ軸回りの回転角β，及びｚ軸回りの回転角γを加えた６軸情報を得ることができる。

続いて、３次元空間内での面の位置の設定手順について、カットプレーンを設定する場合を例に採って、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

まず操作者が、操作デバイス４の１または２以上のスイッチＳＷを操作することにより、図６に示すように、暫定的なカットプレーンが設定される（ステップＳ１）。この時点では、暫定カットプレーンＣＰは、モニタ上において３次元超音波画像ＩＭに対して静止して表示される。

その後操作者により、３次元位置制御スイッチがＯｎされると、３次元位置の制御が開始される（ステップＳ２）。すなわち、操作デバイス４が前後左右に動かされることによりカットプレーンは移動し、また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りに回転されることによりカットプレーンも回転する。

カットプレーンの設定が常に動作する構成とすると、操作デバイス４のちょっとした動きでもカットプレーンＣＰが移動・回転する。操作者は、斯かる不本意な移動・回転を防止するために操作デバイス４を保持し続ける必要があり、これは操作者の負担になる。そこで、これらの制御を操作者による開始及び終了のコマンドを待って行う構成としたものである。

この３次元位置制御の開始・終了は、図７（ａ）に示すように、超音波プローブ３に設けられた３次元位置制御スイッチ３１をＯｎ、Ｏｆｆすることにより行う。この超音波プローブ３の３次元位置制御スイッチ３１の制御は、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈなどの無線によるか或いはプローブケーブルを通じて制御信号を与える。

また、この３次元位置制御起動は物理的なスイッチには限られず、例えば操作デバイス４にマイクロフォン及びマイクロフォン用コントローラを搭載して、開始・終了を音声認識で制御することも可能である。

但し、このような３次元位置制御スイッチ３１を設けた超音波プローブ３が特別なものとなって高価になったり、滅菌し難い等の問題もあるので、図７（ｂ）に示すように、操作デバイス４のスイッチＳＷのいずれかを、３次元位置制御スイッチに割り振って、３次元位置制御の開始・終了を制御することが好適な実施例ともなる。

３次元位置制御開始の指示が発信されると、ホストＣＰＵ２５の制御の下、図６に示すように、カットプレーンＣＰ上にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸と、それぞれの軸回りの回転角α，β，γを加えた６軸が設定される（ステップＳ３）。これにより、カットプレーンＣＰの移動・回転を、操作デバイス４の移動・回転に対応せせることができる。３次元位置制御スイッチ３１をＯｎにして３次元位置制御を開始した時のカットプレーンＣＰの位置・方向が、その時の操作デバイス４の位置・方向に対応付けられ、その後の相対変化を反映して３次元位置制御を行う。これにより、３次元位置制御の開始にカットプレーンの位置・方向が突然変化することが防止される。

例えば、図８に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度β１だけ上方に回転させ、それを位置解析部２８が認識すると（ステップＳ４）、カットプレーンＣＰ及びこのカットプレーンＣＰ上に設定された座標系は、ホストＣＰＵ２５の指示の下、信号処理ユニット２３及びディスプレイユニット２４により、３次元超音波画像ＩＭ対して角度β１だけ下方に回転される（ステップＳ５）。同様に、図９に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度γ１だけ右方向に回転させると、カットプレーンＣＰ及び座標系は、３次元超音波画像ＩＭ対して角度γ１だけ左方向に回転される。

また、図１０に示すように、操作者が操作デバイス４を距離Δ１だけモニタ７上の３次元超音波画像に接近させ、それを位置解析部２８が認識すると（ステップＳ６）、カットプレーンＣＰ及び座標系は、ホストＣＰＵ２５の指示の下、信号処理ユニット２３及びディスプレイユニット２４により、３次元超音波画像ＩＭ対して距離ｋΔ１だけ後方に移動する（ステップＳ７）。ここでｋは予め設定された比例定数である。実際のカットプレーンＣＰの位置・方向変化量は操作デバイス４の位置・方向変化量に対して、一定の尺度で拡大・縮小を行うことがより容易な操作が実現できる。そして、このｋの値を変更すれば、カットプレーンＣＰの移動量を調整することも可能である。

操作者は、所望のカットプレーンＣＰが得られるまで、回転及び／又は移動の指示を繰り返す（ステップＳ４〜Ｓ７）。そして、所望のカットプレーンＣＰが得られたならば、３次元位置制御スイッチが押されて、３次元位置の制御終了の指示がだされる（ステップＳ８）。

これにより、ホストＣＰＵ２５は、位置解析部２８に作業終了の信号を送出して、カットプレーンＣＰが静止した状態に決定される（ステップＳ９）。

このように、操作デバイス４を片手に持ったままそれを移動・回転させるだけで、３次元再構成の際のカットプレーンＣＰの位置・方向が制御されるので、極めて容易にカットプレーンの設定を行うことが可能となる。

３次元位置制御は、このカットプレーンの場合に限られず、３次元超音波画像の視点の３次元位置・方向を制御することもできる。この場合の設定手順は、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１の「暫定カットプレーン設定」が「暫定視点設定」と、またステップＳ９の「カットプレーン決定」が「視点決定」と変更になるだけで、他の手順はカットプレーン設定の場合と実質的に同じであり、説明を省略する。

制御対象をカットプレーンから視点へ、或いは視点からカットプレーンに変更するには、操作者が、操作デバイス４の１または２以上のスイッチＳＷを操作することにより、行われる。

或いは、例えば操作デバイス４にマイクロフォン及びマイクロフォン用コントローラを搭載して、視点の設定とカットプレーンの設定との切り換え等を音声認識で制御することも可能である。

例えば、図１１（ａ）に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度β２だけ上方に回転させ、それを位置解析部２８が認識すると（ステップＳ４）、３次元超音波画像の視点及びこの３次元超音波画像上に設定された座標系は、ホストＣＰＵ２５の指示の下、信号処理ユニット２３及びディスプレイユニット２４により、元の３次元超音波画像ＩＭ対して角度β２だけ下方に回転される（ステップＳ５）。同様に、図１１（ｂ）に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度γ２だけ右方向に回転させると、３次元超音波画像の視点及び座標系は、元の３次元超音波画像ＩＭ対して角度γ２だけ右方向に回転される。

また、図１１（ｃ）に示すように、操作者が操作デバイス４を距離Δ２だけモニタ７上の３次元超音波画像に接近させ、それを位置解析部２８が認識すると（ステップＳ６）、カットプレーンＣＰ及び座標系は、ホストＣＰＵ２５の指示の下、信号処理ユニット２３及びディスプレイユニット２４により、元の３次元超音波画像ＩＭ対して距離ｋΔ２だけ後方に移動する（ステップＳ７）。

このように、操作デバイス４を片手に持ったままそれを移動・回転させるだけで、３次元再構成の際の視点の位置・方向が制御されるので、極めて容易に視点の設定を行うことが可能となる。

また、この３次元位置制御は、３次元空間内の走査断面の３次元位置・方向を制御する場合、例えば、任意の走査断面を設定する場合等にも用いられる。この場合の設定手順を図１２のフローチャートに示す。この設定手順は、同図に示すように、ステップＳ１の「暫定カットプレーン設定」が「暫定走査断面」と、またステップＳ９の「カットプレーン決定」が「走査断面決定」と変更になり、また、ステップＳ６，Ｓ７がない点で、図５におけるカットプレーンの場合と基本的に相違し、他の構成は実質的に同じであり、説明を省略する。

走査断面は必ず振動子面中心を通る断面に制約される場合、つまり、超音波送受信ビームの軸中心が振動子面中心を基点とする３次元セクタスキャンの場合には、位置制御は不要で、走査面の方向つまり振動子面に対する走査面の傾きを制御する。これは二つの傾きで定義される。したがって、ステップＳ６，Ｓ７が不要となる。

例えば、図１３（ａ）に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度β３だけ上方に回転させ、それを位置解析部２８が認識すると（ステップＳ１４）、沿おう差断面ＳＳ及びこの走査断面ＳＳ上に設定された座標系は、ホストＣＰＵ２５の指示の下、信号処理ユニット２３及びディスプレイユニット２４により、元の走査断面ＳＳに対して角度β３だけ下方に回転される（ステップＳ１５）。同様に、図１３（ｂ）に示すように、操作者が操作デバイス４の先端を角度γ３だけ右方向に回転させると、走査断面ＳＳ及び座標系は、元の走査断面ＳＳに対して角度γ３だけ右方向に回転される。

このように、操作デバイス４を片手に持ったままそれを移動・回転させるだけで、走査断面の方向が制御されるので、極めて容易に走査断面の方向の設定を行うことが可能となる。

以上に説明した実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものによって置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。

例えば、本実施形態では、カットプレーンの設定、視点の設定及び３次元空間内での走査断面の設定について説明したが、これらの場合のみに限られず、３次元形態画像内で距離測定の為の基準点の設定や曲面の設定、或いは特定の３次元領域を指定すること等に用いてもよい。

また、本実施形態では、操作デバイス４側に送信器４１〜４３を、そして、位置検出ユニット５側に受信器５１〜５３を備える構成の場合を例に採って説明したが、これとは逆に、操作デバイス４側に受信器を、そして、位置検出ユニット５側に送信器を備える構成とすることもできる。

さらに、本実施形態では、送信器４１〜４３と受信器５１〜５３との距離を測定することにより操作デバイスの位置情報を得る構成の場合を例に採って説明したが、これとは異なり、操作デバイス４側に例えば３つの赤外線反射体を所定の位置に貼付し、超音波装置側又は患者用のベット上に赤外線を放射する送信器と赤外線カメラを有し、この赤外線カメラで操作デバイスに添付された３つの反射体の画像をカメラ画像で認識し、この３つの位置より操作デバイスの６軸情報（３次元座標位置と３つの回転角）を計算し、この情報より表示などの３次元的制御を行う構成とすることも可能であり、或いは、操作デバイス４側に複数の加速度を検出器を有し、移動の加速度を検出することにより位置を検出する構成としてもよい。

また、カラードプラ走査領域の設定やパルスドプラの検出位置の３次元的設定に用いることも可能であり、さらに、操作デバイス４に位置検出の送信器４１〜４３を設ける例で説明を行ったが、操作デバイス４を保持する機構に位置検出の送信器又は受信器を設けることにより操作デバイスの位置を間接的に検出し、３次元的制御を行う構成とすることも可能である。

本発明に係る超音波診断装置の実施形態の概要を示す図。 本実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。 操作デバイスの一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図。 操作デバイス及び位置検出ユニットの座標系を説明する図。 ３次元空間内でのカットプレーンの位置の設定手順を示すフローチャート。 暫定カットプレーンとこの暫定カットプレーン上に設定された座標系の一例を示す図。 ３次元位置制御スイッチの例を示す図であり、（ａ）は超音波プローブに、（ｂ）は操作デバイスにそれぞれ設けられた場合を示す図。 カットプレーンを垂直方向に回転させる一例を示す図。 カットプレーンを水平方向に回転させる一例を示す図。 カットプレーンを前後方向に移動させる一例を示す図。 ３次元超音波画像の視線を回転・移動させる例を示す図であり、（ａ）は垂直方向、（ｂ）は水平方向にそれぞれ回転させる場合、（ｃ）は前後方向に移動させる場合を示す図。 ３次元空間内での走査断面の位置の設定手順を示すフローチャート。 超音波走査断面を回転させる例を示す図であり、（ａ）は水平軸回り、（ｂ）は垂直軸回りにそれぞれ回転させる場合を示す図。

符号の説明

１ 超音波診断装置
２ 装置本体
３ 超音波プローブ
４ 操作デバイス
５ 位置検出ユニット
５１〜５３ 受信器１〜３
６ 操作パネル
７ モニタ
２１ 送受信ユニット
２２ ディジタルビームフォーマユニット
２３ 信号処理ユニット
２３１ エコープロセッサ
２３２ ドップラープロセッサ
２３３ ３Ｄプロセッサ
２４ ディスプレイユニット１４
２５ ホストＣＰＵ
２６ ワークフローシステム（ＷＦＳ）
２７ 通信インターフェース（装置本体側）
２７ａ アンテナ部（装置本体側）
３１ ３次元位置制御スイッチ
４１〜４３ 送信器１〜３
４４ ホストコントローラ
４５ 電源ユニット
４６ パワースイッチ
４７ 通信インターフェース（操作デバイス側）
４７ａ アンテナ部（操作デバイス側）
４８ 各種スイッチコントローラ
ＣＰ カットプレーン
ＩＭ ３次元超音波画像
ＳＳ 走査断面
ＳＷ１〜ＳＷｎ スイッチ（実行ボタン、移動ボタン、切替ボタン等）

Claims (13)

1. 超音波プローブを駆動して被検体内を超音波で走査する送受信手段と、
   該送受信手段による走査によって得られる受信信号に基づいて、上記被検体内の対象臓器の形態を表す画像データを生成する超音波画像生成手段と、
   該超音波画像生成手段により生成された画像を表示する表示手段と、
   操作者が携帯可能な形状を有し、上記送受信手段、超音波画像生成手段及び表示手段を遠隔制御する操作デバイスと、
   上記走査デバイスの位置情報を検出する位置情報検出手段と、
   該位置情報検出手段により検出された位置情報に基づいて画像の表示についての３次元的制御を行う３次元制御手段と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記位置情報検出手段は、ｘ，ｙ，ｚの直交３軸と各軸回りの回転角との最大で６軸情報を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記３次元制御手段は、３次元画像表示における視点の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記３次元制御手段は、３次元画像表示におけるカットプレーンの制御を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記３次元制御手段は、３次元空間の中で断面操作を行う走査断面の設定を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記３次元制御手段は、制御開始・終了を制御する制御器を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記制御器は、前記超音波プローブに取り付けられたことを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
8. 前記３次元制御手段は、前記制御器により制御開始・終了を制御し、前記操作デバイスの開始時の位置と開始時における３次元操作情報を対応させることを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
9. 前記操作デバイスは、音声入力を受け付けるマイクロフォンと、該マイクロフォンから入力された音声信号を制御するマイクロフォン用コントローラとを備え、
   前記３次元制御手段は、入力された音声を認識することにより３次元的制御の開始・終了を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
10. 前記位置情報検出手段は、前記操作デバイス側に複数の送信器が取り付けられ、前記超音波診断装置側に一又は複数の受信器が取り付けられた位置検出用のユニットが設けられ、これら送信器及び受信器間の信号の送受信の所要時間により位置を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
11. 前記位置情報検出手段は、前記操作デバイス側に複数の受信器が取り付けられ、前記超音波診断装置側に複数の送信器が取り付けられた位置検出用のユニットが設けられ、これら送信器及び受信器間の信号の送受信の所要時間により位置を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
12. 前記位置情報検出手段は、前記操作デバイスに複数の加速度を検出する手段を有し、移動の加速度を検出することにより位置を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
13. 前期位置情報検出手段は、前期操作デバイスに複数の反射体が取り付けられ、前期超音波診断装置側に設けられた赤外線による反射体の追従システムにより位置を検出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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