JP2008178589A - 超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像下において用いられる穿刺針の視認性を向上させることが可能な超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラムである。
【解決手段】超音波診断装置１は、内部に強反射体を含む流体を注入した穿刺針２５を被検体Ｐに穿刺した状態で超音波を送信し、超音波反射信号を受信する超音波プローブ３と、超音波プローブ３により受信された超音波反射信号から穿刺針２５内部における流体の視認が可能な画像信号を生成するデータ処理部１２、１３とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検体の治療対象部位に穿刺針を刺入しつつ診断を行うための超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラムに関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る装置である。

この超音波診断装置を用いた治療法の１つに超音波穿刺術式と呼ばれるものがある。超音波穿刺術式による治療では、臓器における癌等の腫瘍部分である被検体の治療対象部位に超音波ガイド下で穿刺針（ＰＥＩＴ(percutaneous ethanol injection treatment)針、ラジオ波穿刺針、マイクロ波穿刺針などの治療針を含む。以下、同じ）が刺入される。

被検体に穿刺針を刺入して超音波診断を行う場合には、超音波診断に用いる超音波診断装置の超音波プローブに穿刺針の刺入方向を設定するガイド機構や穿刺用アダプタが備えられる。そして、超音波診断装置の診断視野内に位置するように穿刺針が刺入される。

また、超音波診断装置の画面には、予めガイド機構や穿刺用アダプタにより設置された穿刺針の刺入経路がプリセット表示される。プリセット表示された穿刺針の刺入経路は、穿刺針を被検体に刺入する際の指標として参照される。すなわち、穿刺針を刺入すべき目的の部位に、プリセット表示された穿刺針の刺入経路を配置して、穿刺針の刺入操作が行なわれる。

そして、刺入された穿刺針から対象部位の細胞を採取したり、穿刺針を介してエタノール等の薬剤を対象部位に注入する癌凝固治療が行われる。また近年では、マイクロ波やラジオ波を放射し、癌部を焼灼する焼灼用穿刺針が刺入されて癌焼灼治療が行われることもある（例えば、非特許文献１参照）。

超音波ガイド下で行われる穿刺針の刺入においては、穿刺針が細く、また刺入方向が超音波診断装置の超音波ビームに対して浅い角度でほぼ平行となる。このため、超音波の送受により超音波画像を撮像する際、穿刺針による十分な強度の反射波信号が得られず、超音波画像上に穿刺針の位置を安定かつ鮮明に表示できない場合がある。

また、穿刺針の刺入の過程において、臓器や組織の抵抗が存在することから、穿刺針の針先が抵抗の少ない方向に曲がり、超音波ビームの断層像方向（スライス方向）の幅からずれて穿刺針が刺入される恐れがある。この場合、超音波断層面内に穿刺針が存在しないことになる。さらに、呼吸とともに臓器や組織が移動するため、刺入後に穿刺針が視野である超音波ビーム外へずれる恐れもある。

そこで、穿刺針から十分な強度の反射信号が得られない場合に、穿刺針ガイド機構のガイド方向に沿った所定の範囲内における反射信号を強調する技術が考案されている（例えば、特許文献１参照）。また、穿刺針が視野外へ外れた場合に、超音波ビームを視野外へ外れた穿刺針に修正する技術も考案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６３−２９０５５０号公報 特開２０００−１０７１７８号公報 國分茂博・森安史典編、「肝癌ラジオ波熱凝固療法の実際」、南江堂、２００２年５月

しかしながら、従来の超音波ガイド下における穿刺針を用いた診断では、超音波画像が十分な精度で得られず、観察が困難な場合が多い。この結果、目標とする診断部位への穿刺針の刺入操作が非常に困難となる恐れがある。つまり、従来の技術では穿刺針を画像表示させる場合の安定性や操作性の点において、十分とはいえないことが問題となっている。

一般に、超音波ガイド下の治療においては、体表の様々な位置において超音波プローブを動かして観察することにより、血管や周囲臓器と腫瘍の位置関係や、穿刺針の針先との位置関係が把握される。特に、超音波ガイド下のラジオ波やマイクロ波による焼灼治療では、治療中に超音波画像により経過を観察する必要がある。

また、焼灼治療では、焼灼による組織の変質や発生する気泡のため、治療部位の直上における超音波プローブの位置からは焼灼部位の後方の観察ができないという問題もある。このため、治療中に超音波プローブから穿刺アダプタを取外し、穿刺針と超音波プローブを切離した後、所望の方向から対象となる診断部位の周辺を含む臓器や組織を、超音波プローブで走査して観察することがしばしば行われる。

しかし、肝臓中に穿刺された穿刺針をＢモード像で確実に検出することは困難である。これは、穿刺針と超音波ビームとの位置の関係や、穿刺針が刺入された臓器の輝度との対比によっては穿刺針が見えにくくなることがあるためである。

また、近年、３次元の超音波診断装置でリアルタイムに、所定のボリュームを画像表示したり、指定された複数の断層面を画像表示することが行われる。しかし、３次元画像を表示させる場合に、刺入される穿刺針に追従して、穿刺針の針先やその周囲を表示する方法は確立されていないのが現状である。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、超音波画像下において用いられる穿刺針の視認性を向上させることが可能な超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、内部に強反射体を含む流体を注入した穿刺針を被検体に穿刺した状態で超音波を送信し、超音波反射信号を受信する超音波プローブと、前記超音波プローブにより受信された前記超音波反射信号から前記穿刺針内部における前記流体の視認が可能な画像信号を生成するデータ処理部とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る超音波診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、内部に強反射体を含む流体を注入した穿刺針を被検体に穿刺した状態で超音波を送信し、超音波反射信号を受信する超音波プローブと、前記超音波プローブにより受信された前記超音波反射信号のうち前記穿刺針内部における前記流体から受信した流体信号を検出する信号検出部とを有することを特徴とするものである。

また、本発明に係る超音波診断に用いる穿刺針は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、強反射体を含む流体を注入するための流路を内部に形成したことを特徴とするものである。

また、本発明に係る針情報処理プログラムは、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、コンピュータを、内部に流体の流路を形成し、かつ前記流体の流路の形状が他の部分における流路の形状と異なる形状である特徴形状部位が設けられた穿刺針の内部に強反射体を含む流体が注入され、さらに被検体に穿刺した状態で超音波プローブにより受信された超音波反射信号のうち前記穿刺針内部における前記流体から受信した流体信号を検出する信号検出部、前記信号検出部により検出された流体信号から前記特徴形状部位の位置を検出する信号処理部、および前記信号処理部により検出された前記特徴形状部位の位置と前記穿刺針の形状情報とに基づいて、前記穿刺針に関する情報である針情報を求める針情報演算部として機能させることを特徴とするものである。

本発明に係る超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラムにおいては、超音波画像下において用いられる穿刺針の視認性を向上させることができる。

本発明に係る超音波診断装置、超音波診断に用いる穿刺針および針情報処理プログラムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る超音波診断装置および穿刺針の実施の形態を示す構成図である。

超音波診断装置１は、装置本体２に超音波プローブ３、コンソール４およびモニタ５を設けて構成される。コンソール４は、操作パネル６にキーボード７やトラックボール８等の入力装置９を設けて構成される。装置本体２には、超音波送信部１０、超音波受信部１１、Ｂモード処理部１２、カラーモード処理部１３、表示部１４、シネメモリ１５、データベース１６、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１７、速度パラメータ設定部１８が設けられる他、穿刺針情報処理システム１９が搭載される。

穿刺針情報処理システム１９は、信号検出部２０、信号処理部２１、針情報演算部２２を備えている。穿刺針情報処理システム１９の一部または全部並びに装置本体２の他の構成要素は、コンピュータにプログラムを読み込ませて構築したり、回路により構成することができる。

超音波送信部１０は、送信パルスを生成して超音波プローブ３に与える機能を有する一方、超音波受信部１１は、超音波プローブ３から受信信号を受信してＢモード処理部１２およびカラーモード処理部１３に与える機能を有する。超音波プローブ３は、超音波送信部１０から受けた送信パルスを超音波パルスに変換して被検体Ｐ内の診断部位Ｐ０に送信する一方、診断部位Ｐ０において生じた反射信号を受信して、受信信号として超音波受信部１１に与える機能を有する。

Ｂモード処理部１２は、超音波受信部１１から受けた受信信号を処理してＢモード画像信号を生成する機能を備える。カラーモード処理部１３は、超音波受信部１１からドプラ信号として受けた受信信号を処理してドプラ法によりドプラ画像信号を生成する機能を備える。カラーモード処理部１３には、周知のようにwall filter（フォールフィルタ）２３が設けられる。そして、wall filter２３によって、ドプラ信号から不要なクラッタ成分が除去されて予め設定された速度範囲内に含まれる血流信号等の速度成分が抽出される。さらに抽出された速度成分を基にドプラ画像信号が生成される。

表示部１４は、Ｂモード処理部１２から取得したＢモード画像信号およびカラーモード処理部１３から取得したドプラ画像信号の表示処理を行うことにより、モニタ５に表示させるための画像信号を生成する機能、生成した画像信号をシネメモリ１５に書き込んで記憶させる機能、生成した画像信号をモニタ５に与えてＢモード画像やドプラ画像といった超音波画像を表示させる機能を有する。表示部１４において、例えば、Ｂモード画像とドプラ画像とを合成した画像信号が生成される。また、シネメモリ１５は、表示部１４において作成された画像信号を保存するためのメモリである。

一方、超音波プローブ３は被検体Ｐの診断部位Ｐ０に超音波を送受可能な位置に設けられる。また、超音波プローブ３には、ガイド機構２４が設けられ、ガイド機構２４の所定位置に穿刺針２５が設けられる。そして、ガイド機構２４により、穿刺針２５を被検体Ｐに刺入する際に穿刺針２５の刺入方向がガイドされる。さらに、穿刺針２５には、所要の流体を穿刺針２５に注入するための流体注入装置２６が接続される。流体注入装置２６には、必要に応じて流体の注入速度を制御する機能が備えられる。

そして、超音波診断装置１と穿刺針２５とによって超音波ガイド下穿刺システムが形成される。つまり、超音波診断装置１による超音波ガイド下において、穿刺針２５を被検体Ｐの診断部位Ｐ０に向けて刺入することができるように構成される。

図２は、図１に示す穿刺針２５の構造例を示す断面図である。

穿刺針２５は、先端が鋭利な形状をした針であり、内部に流体Ｘの流路３０が形成される。流体Ｘの流路３０は、例えば穿刺針２５の根元側から先端側を経由した後、再び根元側に導かれる経路とされる。このため、流体注入装置２６から穿刺針２５の流路３０に流体Ｘを流し込むことにより、穿刺針２５の内部に流体Ｘを灌流させることができる。

また、穿刺針２５の内部における流体Ｘの流路３０は、例えば所要の内径を有する穴により形成することができるが、所望の部分の形状が他の部分における形状と異なるものとされる。以下、この異なる流路３０の形状部分を特徴形状部位３１と称する。図２は、穿刺針２５の特徴形状部位３１において、流路３０の直径を他の部分よりも小さくし、流路３０を細くした例を示す図である。

穿刺針２５の流路３０に注入する流体Ｘは、超音波の反射信号を取得できる流体Ｘであれば任意の流体Ｘとすることができる。流体Ｘは、例えばマニュアルにより一定流量で流路３０に注入され、流路３０に灌流あるいは滞留せしめられる。また、被検体Ｐ内の臓器や器官と比較して相対的に強く強度の超音波反射信号を発生させるマイクロバブル等の強反射体を含む造影剤を流体Ｘとして使用すれば、超音波受信部１１により受信した強反射体からの超音波反射信号をＢモード処理部１２において処理することにより、流体ＸをＢモード画像として映像化することができる。

また、穿刺針２５内部の流路３０の形状は特定の部分において他の部分における形状と異なるものとされているため、流路３０が異なる部分（特定形状部位）を映像として確認することができる。例えば、図２に示すように、特定の部分において流路３０が細くなっている場合には、流路３０の形状が映像として捉えられる。

さらに、穿刺針２５内部において流体Ｘが灌流しおり、マイクロバブル等の強反射体が動いている場合には、流体Ｘからのドプラ信号を超音波受信部１１により受信して収集すれば、カラーモード処理部１３において流体Ｘの流れをドプラ法によりドプラ画像として検出することができる。特に、穿刺針２５内部の特定形状部位が、流路３０が狭くなっている形状である場合には、流体Ｘの流速が他の部分よりも速くなるため、ドプラモードにより流体Ｘの速度差として検出することが可能である。従って、逆に、特定の部分の流路３０を広くしても同様にドプラモードにより流体Ｘの速度差として検出することが可能である。

そして、このように穿刺針２５内部の流体ＸをＢモード法やドプラ法により表示部１４において画像信号として生成し、モニタ５に与えて映像化して表示させることにより、ユーザは穿刺針２５の位置をより明瞭に把握することができる。

図３は、図１に示す超音波診断装置１により生成され、穿刺針２５が可視化された画像の一例を示す模式図である。

図３は、穿刺針２５に１方向の流路３０を設け、部分的に流路３０の内径を小さくした例を示す。図３に示すように、被検体Ｐの診断部位Ｐ０に向けて穿刺針２５を刺入する場合、穿刺針２５および特定形状部位の位置を映像化することができる。穿刺針２５および特定形状部位の画像は、Ｂモード画像として得ることもできるし、流体Ｘの速度差を利用してドプラ法によりドプラ画像として得ることも可能である。

尚、穿刺針２５に注入される流体Ｘの具体的な例としては、マイクロバブル等の強反射体を含む造影剤や気体が封入されたマイクロカプセルあるいはマイクロパーティクルを含む造影剤が挙げられる。ただし、薬剤としての造影剤のみならず、強反射体を含む液体であれば、工業用その他の液体を流体Ｘとして用いることができる。造影剤は、適当な溶媒を攪拌して微小気泡を発生させることにより作成できる。例えば、炭酸ガスを主成分とするバブルの作成法が「ＣＯ_２アンギオ法」として知られている。

穿刺針２５に注入される流体Ｘを造影剤とすれば、データ処理が造影剤用にチューンアップされたモードである映像モード（イメージング法）である造影モードにより、Ｂモード画像であるかドプラ画像であるかを問わず、穿刺針２５の位置を高感度で検出することが可能である。例えば、フッ化炭素等の難溶系ガスをマイクロバブルとして封入したＳｏｎｏｖｕｅ（登録商標），ＯＰＴＩＳＯＮ（登録商標），Ｄｅｆｉｎｉｔｙ，Ｓｏｎａｚｏｉｄ（登録商標）等の造影剤を流体Ｘとして用いることができる。この場合、超音波反射信号の基本周波数の２倍、３倍、高調波（ハーモニクス）成分を使って超音波診断画像を生成する低音圧のハーモニックエコー法により超音波診断画像を生成すれば、流体Ｘを灌流しなくても高感度にマイクロバブルを映像化することが可能となり、一定時間安定して穿刺針２５の観察が可能になる。

さらにまた、穿刺針２５に注入される流体Ｘを、空気をマイクロバブルとして封入したＬｅｖｏｖｉｓｔ（登録商標）等の造影剤とれば、高音圧のハーモニックエコー法や疑似ドプラを利用したＤｙｎａｍｉｃ Ｆｌｏｗ法やパワードプラ法等の映像法により、高感度に穿刺針２５を映像化することができる。

ただし、高音圧の造影モードを利用する場合は、送信された超音波によってマイクロバブルが消失する恐れがある。従って、穿刺針２５を明瞭に映像化するためには、造影剤を灌流させて常に穿刺針２５内に新鮮なマイクロバブルを分布させることが重要である。換言すれば、マイクロバブルを含む造影剤を流体Ｘとして穿刺針２５の内部に灌流させれば、マイクロバブルの消失が抑えられ、常に新鮮な造影剤により安定して高輝度の超音波反射信号を得ることが可能となる。

尚、前述のように穿刺針２５の映像法は、造影剤を用いた造影モードに限らず、条件によっては反射信号の基本波を利用したＢモード法でも可能である。

また、流体注入装置２６により流体Ｘの灌流速度を制御して流体Ｘの周辺よりも移動速度が速くなるようにする一方、カラーモード処理部１３に備えられるwall filter２３の所定速度成分抽出用の速度パラメータ（フィルタ係数）を流体Ｘの灌流速度に合わせて設定すれば、ドプラ法で周囲より早く動く流体Ｘを適切に速度検出して映像化することが可能となる。

特に、造影剤による造影下において穿刺針２５を穿刺して肝腫瘍を治療するような場合には、ドプラ法を利用した造影モードで肝臓を明瞭に染影しつつ、穿刺針２５については穿刺針２５内を流れる造影剤の速度情報を利用して着色すれば、肝臓腫瘍と穿刺針２５とを弁別してモニタ５に表示させることができる。この場合、造影剤の速度に応じたwall filter２３の速度パラメータの設定が有効である。

そこで、速度パラメータ設定部１８には、入力装置９から操作パネル６を介して入力された情報に従って、wall filter２３において抽出される速度成分を決定するための速度パラメータを流体Ｘの灌流速度に合わせて設定する機能が備えられる。

ここで、wall filter２３の速度パラメータの設定方法の詳細例について説明する。wall filter２３の速度パラメータを設定する場合には、穿刺針２５の刺入角θが参照される。そのために、速度パラメータ設定部１８には、穿刺針２５の刺入角θがモニタ５に表示されるように、表示部１４に画像情報を与える機能が備えられる。

図４は、図１に示す穿刺針２５の刺入角θを表示した超音波画像の模式図である。

超音波プローブ３には、ガイド機構２４として或いはガイド機構２４に加えて穿刺針２５を超音波プローブ３に固定するための穿刺アダプタが装着される。そして、穿刺アダプタを駆動させることにより穿刺針２５の向きを可変させることができるように構成されている。従って、穿刺アダプタに与えられる制御情報に基づいて、穿刺針２５の刺入角θを表す穿刺ライン５０の傾斜角度を求めることができる。

穿刺針２５の刺入角θは、通常ユーザにより選択され、装置パネル６からＣＰＵ１７に入力される。そうすると、モニタ５に表示される超音波画像上には穿刺ライン４２が、穿刺針の刺入角θに対応して表示される。

ここで、流体注入装置２６により流体Ｘの灌流速度がvに設定されるものとすると、ドプラモードにおいて観測されるドプラ偏移周波数fdは、式(1)のように表される。
［数１］
fd=2vf0cosθ/c (1)
ただし、式(1)において、cは血液の音速を示し、約1500m/secである。また、f0は、超音波の送信周波数を示す。θは前述のように、超音波ビームの進行方向Bと穿刺ライン５０とのなす角度であり、穿刺針２５の刺入角を示す。式(1)において、例えば超音波の送信周波数f0=2MHz、流体Ｘの灌流速度v=250mm/sec、穿刺針２５の刺入角θ=20度であるものとすると、ドプラ偏移周波数fd≒0.6kHzとなる。

従ってwall filter２３の速度パラメータの１つである信号のカットオフ周波数の値は、式(1)により求められる灌流速度v=250mm/secの流体Ｘが観測できるように、ドプラ偏移周波数fd≒0.6kHzのドプラ信号を十分に検出することが可能なカットオフ値に設定すれば良いことになる。

このように、wall filter２３のカットオフ値は、穿刺針２５の刺入角θと流体Ｘの灌流速度vから計算することができる。そこで、速度パラメータ設定部１８では、操作パネル６から穿刺針２５の刺入角θと流体Ｘの灌流速度vの入力を受けて、適切なwall filter２３のカットオフ値を計算するように構成される。そして、速度パラメータ設定部１８は、求めたカットオフ値をwall filter２３に与えて制御するように構成される。

図４に示すように、超音波ビームの進行方向Bと穿刺ライン５０とのなす角度、すなわち穿刺針２５の刺入角θは、超音波ビーム毎に異なる。従って、超音波ビーム毎にwall filter２３のカットオフ値を設定するようにすれば、流体Ｘをより正確かつ特異的に検出し、映像化することが可能となる。

また、生体臓器には、血流が存在するため、血流と流体Ｘとの弁別が十分に行われない恐れがある。しかしながら肝臓のような臓器において、例えば、速度が200mm/secを超えるような血流は、動脈に限られ、かつ拍動間において時相が限られている。そこで、例えば、流体Ｘの灌流速度v=200mm/sec程度に高めに設定すれば、流体Ｘの特異的な視認性の向上に有効である。

また、流体Ｘとして超音波造影剤やマイクロバブルを利用した場合には、流体Ｘが送信される超音波として反応し、バブルが消失することが知られている。一方で、送信超音波の音圧を高めに設定した条件下で、ドプラ法によりマイクロバブルを観察すると、止まっている気泡であっても、広帯域なドプラ偏移周波数が観測される。これらのことから、流体Ｘとして、超音波造影剤やマイクロバブルを利用する場合には、送信超音波の音圧を高めに設定した条件下で、wall filter２３のカットオフ値を臓器における血流としては希な高い速度に設定にすることにより、流体Ｘの特異的な映像化が可能である。

さらに、wall filter２３のカットオフ値を設定する代わりに、式(1)に従って演算されたドプラ偏移周波数fdに対応するカラーマップの色を特異的なものとすることにより、穿刺針２５あるいは穿刺針２５内で灌流する流体Ｘを、ドプラ画像上で視認性良く観察することが可能となる。この場合には、カラーマップ調整部を設け、カラーマップ調整部が操作パネル６から穿刺針２５の刺入角θと流体Ｘの灌流速度vの入力を受けて、ドプラ偏移周波数fdを計算し、得られたドプラ偏移周波数fdに対応するカラーマップの色を予め決定した色に変えるように表示部１４に指示情報を与えるようにすればよい。

このように、投与される造影剤の情報や穿刺針２５の刺入角θが与えられればwall filter２３の最適なカットオフ値を自動的に計算して設定することができる。

次に穿刺針情報処理システム１９、ＣＰＵ１７およびデータベース１６の各機能について説明する。

ＣＰＵ１７は、入力装置９から操作パネル６を介して入力された情報に従って、穿刺針情報処理システム１９の信号検出部２０、信号処理部２１、針情報演算部２２を制御する機能およびデータベース１６への情報の書き込みおよび読み込みを実行する機能を有する。また、ＣＰＵ１７は、入力装置９からの情報に従う超音波診断装置１の操作全般を制御する機能も有するが、ここでは説明を省略する。さらにＣＰＵ１７は、前述のように、装置パネル６から入力された穿刺針２５の刺入角θに従って穿刺ライン４２をモニタ５に表示させるための画像情報を生成し、生成した画像情報を表示部１４に出力する機能を備えている。

信号検出部２０は、表示部１４からＢモード画像信号やドプラ画像信号等の画像信号を取得し、穿刺針２５に注入された流体Ｘ（マイクロバブルやマイクロカプセル等の強反射体）からの画像信号を検出する機能と、検出された流体Ｘからの画像信号を信号処理部２１に与える機能を有する。

信号処理部２１は、信号検出部２０から流体Ｘからの画像信号を受けて、穿刺針２５の流路３０に形成された特徴形状部位３１の位置を、任意の画像認識手法により自動検出する機能と、穿刺針２５および特徴形状部位３１の位置を、位置情報として針情報演算部２２に与える機能を有する。

ここで、流体Ｘ（つまり穿刺針２５）からの画像信号を検出するための画像認識手法の例としては、例えば信号強度の閾値処理を行うことによる検出方法が挙げられる。すなわち、Ｂモード画像の輝度差やドプラ画像における速度差を利用する方法が挙げられる。

Ｂモード画像の輝度差を利用して穿刺針２５からの画像信号を検出する方法では、信号検出部２０において輝度の閾値を設定し、設定した閾値以上の領域を穿刺針２５内の流体Ｘの領域とみなすことにより流体Ｘ（穿刺針２５）の位置を検出することができる。

さらに、信号処理部２１により、流体Ｘ（穿刺針２５）の領域内において、特徴形状部位３１の形状を有する部位を認識することにより、特徴形状部位３１の位置を検出できる。例えば、図２のように流体Ｘの流路３０を細くした部分が特徴形状部位３１である場合には、流体Ｘ（穿刺針２５）の領域内において、幅の小さい部位を特徴形状部位３１として検出することができる。

一方、ドプラ画像の速度差を利用して穿刺針２５からの画像信号を検出する方法では、一定速度以上の領域を穿刺針２５の領域とみなすことにより穿刺針２５の位置を信号検出部２０において検出することができる。さらに、穿刺針２５の領域内において、速度が他の部分と異なる部位を信号処理部２１により特徴形状部位３１として検出できる。例えば、図２のように流体Ｘの流路３０を細くした部分が特徴形状部位３１である場合には、穿刺針２５の領域内において、速度が速い部位を特徴形状部位３１として検出することができる。

データベース１６には、予め穿刺針２５の形状情報が保存される。データベース１６に保存される情報には、特定形状部位の形状および穿刺針２５上の位置情報も含めることができる。そして、ＣＰＵ１７は、入力装置９からの指示に従ってデータベース１６内に保存された穿刺針２５の形状情報を針情報演算部２２に与えることができるように構成される。

針情報演算部２２は、信号処理部２１から受けた穿刺針２５および特徴形状部位３１の位置情報と、データベース１６からＣＰＵ１７を介して受けた穿刺針２５および特徴形状部位３１の形状情報とに基づいて、穿刺針２５の針先位置、穿刺針２５の針先中心における推定焼灼領域、穿刺針２５の針先が検出できない場合における針先の推定位置、穿刺針２５の進路方向等の針情報を求める機能と、求めた針情報を表示させるための記号、図形、文章等の画像情報を表示部１４に与える機能を有する。

そして、表示部１４は、針情報演算部２２から受けた針情報を表示させるための画像信号をモニタ５に与えて表示させることができるように構成される。従って、Ｂモード処理部１２およびカラーモード処理部１３から取得したＢモード画像信号およびドプラ画像信号とともに針情報を重畳表示させることもできる。この場合、必要に応じて針情報はＢモード画像（断層像）上に強調表示させることができる。

ここで、上述のような針情報を求める機能の必要性について説明する。

図５は、図１に示す超音波診断装置１により穿刺針２５の位置を示す針情報を診断画像に重畳表示させた例を示す模式図である。

尚、図５は、穿刺針２５に１方向の流路３０を設け、部分的に流路３０の内径を小さくした例を示す。

図５に示すように、被検体Ｐの診断部位Ｐ０近傍にマイクロバブルが存在することから、穿刺針２５が画像として確認できない場合がある。例えば、穿刺針２５を肝臓の腫瘍に穿刺して治療する場合に、肝臓腫瘍の境界を明瞭にする目的で、肝臓腫瘍を造影剤により染影することがある。このような場合に、穿刺針２５の内部にも造影剤が封入されると、周囲の染影された肝臓腫瘍と穿刺針２５との見分けが困難となる。

しかし、穿刺針２５の内部における流路３０および特徴形状部位３１の形状はデータベース１６に保存されており、既知であるから特徴形状部位３１を基準に穿刺針２５の形状を正確に把握することができる。すなわち、図５のように、焼灼中のガスで穿刺針２５の針先が確認できないような場合であっても、穿刺針２５の形状情報から補完することによって、穿刺針２５の針先位置の目安を記号４０によりマーキング表示させれば、ユーザは容易に穿刺針２５の針先位置を把握することができる。

同様に、仮に穿刺針２５の針先が、目的とする被検体Ｐの断面をはずれているような場合であっても、穿刺針２５の形状情報から補完することによって、穿刺針２５の針先位置の目安を表示させることが可能である。

さらに、針情報演算部２２により自動検出された針情報を利用すれば様々な画像の表示が可能である。例えば、穿刺針２５の強調表示が可能である。また、超音波画像の輝度が一部欠落していても穿刺針２５の形状情報から補完して表示させることも可能である。さらに、穿刺針２５の位置情報から穿刺針２５の進路方向を外挿して求め、穿刺針２５の進路方向をライン表示することもできる。

次に、超音波診断装置１と穿刺針２５とによって形成される超音波ガイド下穿刺システムの動作および作用について説明する。

図６は、図１に示す超音波診断装置１による超音波ガイド下で穿刺針２５を被検体Ｐの診断部位Ｐ０に向けて刺入する際の流れの一例を示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

まずステップＳ１において、流体注入装置２６により穿刺針２５の流路３０に、流体Ｘとして例えばマイクロバブルを含む造影剤が注入される。このとき、造影剤の注入速度が所要の速度となるように、流体注入装置２６によって制御される。この結果、穿刺針２５の流路３０には、造影剤が灌流せしめられる。また、必要に応じて、予め造影剤の注入速度に合わせてwall filter２３の速度パラメータが設定される。

次に、ステップＳ２において、被検体Ｐに超音波が送受される。すなわち、超音波送信部１０は、送信パルスを生成して超音波プローブ３に与え、超音波プローブ３は超音波送信部１０から受けた送信パルスを超音波パルスに変換して被検体Ｐ内の診断部位Ｐ０に送信する。そして、超音波プローブ３は、被検体Ｐの診断部位Ｐ０において生じた反射信号を受信し、受信信号として超音波受信部１１に与える。

次に、ステップＳ３において、Ｂモード処理部１２は超音波受信部１１から受信信号を取得し、Ｂモード画像信号を生成する。また、カラーモード処理部１３は、超音波受信部１１からドプラ信号として受信信号を取得し、ドプラ法によりドプラ画像信号を生成する。Ｂモード画像信号およびドプラ画像信号は、表示部１４に与えられて合成される。また、適宜、シネメモリ１５がＢモード画像信号やドプラ画像信号のメモリとして利用される。

そして、Ｂモード画像やドプラ画像がモニタ５に表示される。このとき、穿刺針２５の内部には、造影剤が注入されているため、穿刺針２５の位置および概略形状がＢモード画像あるいはドプラ画像として映像化される。特に、造影剤の注入速度に合わせてwall filter２３の速度パラメータが設定されている場合には、穿刺針２５の内部を流れる造影剤からのドプラ信号が適切に抽出される。このため、ドプラ画像として、より鮮明に穿刺針２５を映像化することができる。

図７は、図１に示す超音波診断装置１により穿刺針２５をＢモード画像として映像化した例を示す図である。

図７に示すように、穿刺針２５の内部を流れる造影剤からの超音波反射信号を利用してＢモード画像を生成すれば、穿刺針２５を可視化することができる。

しかし、診断部位Ｐ０近傍に造影剤が注入されるような場合には、穿刺針２５の視認が困難となることがある。そのような場合には、入力装置９を操作して針情報の表示指示が入力される。そうすると、ＣＰＵ１７により信号検出部２０、信号処理部２１、針情報演算部２２が制御される。

まず、図６のステップＳ４において、信号検出部２０は、表示部１４からＢモード画像信号やドプラ画像信号等の画像信号を取得し、閾値処理等の手段によって穿刺針２５に注入された造影剤からの画像信号を検出する。そして、信号検出部２０は、穿刺針２５からの画像信号を信号処理部２１に与える。

次に、ステップＳ５において、信号処理部２１は、信号検出部２０から受けた穿刺針２５からの画像信号から、穿刺針２５の流路３０に形成された特徴形状部位３１の位置を自動検出する。そして、信号処理部２１は、穿刺針２５および特徴形状部位３１の位置を、位置情報として針情報演算部２２に与える。

次に、ステップＳ６において、針情報演算部２２は、信号処理部２１から穿刺針２５および特徴形状部位３１の位置情報を取得する。一方で、針情報演算部２２は、ＣＰＵ１７から穿刺針２５および特徴形状部位３１の形状情報を取得する。そして、針情報演算部２２は、穿刺針２５および特徴形状部位３１の位置情報と形状情報とから幾何学的に穿刺針２５の針先位置、穿刺針２５の針先中心における推定焼灼領域、穿刺針２５の針先が検出できない場合における針先の推定位置、穿刺針２５の進路方向等の針情報を求める。さらに、針情報演算部２２は、求めた針情報を表示させるための記号、図形、文章等の画像情報を作成して表示部１４に与える。

次に、ステップＳ７において、表示部１４はＢモード画像信号やドプラ画像信号に加えて針情報を表示させるための画像信号をモニタ５に与える。この結果、モニタ５には、穿刺針２５の針先位置等の針情報が視認可能に表示される。このため、診断部位Ｐ０近傍における造影剤により穿刺針２５の針先位置が視認できないとしても、ユーザは補完表示された針情報により穿刺針２５の針先位置の目安を得ることができる。

以上のような超音波診断装置１および穿刺針２５は、穿刺針２５そのものではなく穿刺針２５内において流体Ｘを灌流させることで、穿刺針２５を高感度に映像化するものである。このため、容易に穿刺針２５の針先の視認性を向上することができる。

従来では、穿刺針自体を動かすことによって、穿刺針の針先を確認する手法がしばしばとられていた。これに対し、図１および図２に示す超音波診断装置１および穿刺針２５を用いれば、穿刺針２５が静止していたとしても、穿刺針２５内において灌流している流体Ｘが可視化に用いられるため、特に、止まっている穿刺針２５の検出感度を向上させることができる。

また、コントラストエコー法によって対象腫瘍を造影するような場合に、穿刺針２５内部のバブルを利用して穿刺針２５のドプラ画像を生成すれば、穿刺針２５を他の造影部位から弁別表示させることができる
さらに、穿刺針２５の針先が診断断面からはずれている場合や、焼灼中に穿刺針２５の針先の視認が困難となる場合であっても、予め既知である穿刺針２５や特徴形状部位３１の形状情報から補完等の処理によって針先位置等の針情報を求めることができる。そして、求めた針情報を表示させることにより、ユーザは容易に穿刺針２５の位置を把握することができる。

尚、上述した穿刺針２５内において流体Ｘを灌流させることで、穿刺針２５を映像化する技術は、３次元の超音波診断装置１においても適用することが可能である。

図８は、図１に示す超音波プローブ３として２次元アレイプローブまたはメカニカル４Ｄプローブを用いて、超音波ガイド下において穿刺針２５を診断部位Ｐ０に向けて刺入する場合における走査面６０を示す模式図である。

図８に示すとおり、３次元の超音波診断装置１では、超音波プローブ３として２次元アレイプローブまたはメカニカル４Ｄプローブを用いて３次元走査が行われる。すなわち、走査面６０を２軸方向に移動させて超音波エコーデータが収集される。尚、メカニカル４Ｄプローブは、１次元アレイプローブが機械的に揺動するように構成された超音波プローブ３である。

そして、３次元の超音波診断装置１では、収集された超音波エコーデータから３次元空間情報を示す超音波ボリューム画像データがＢモード処理部１２やカラーモード処理部１３において生成される。生成された超音波ボリューム画像データは表示部１４からモニタ５に出力されて表示される。

このとき、信号検出部２０では、Ｂモード画像信号やドプラ画像信号等の画像信号として超音波ボリューム画像データが表示部１４から取得され、穿刺針２５中を流れる流体Ｘからのデータが超音波ボリューム画像データ内から検出される。検出された流体Ｘからのデータは、穿刺針２５の３次元空間情報を示す超音波ボリューム画像としてモニタ５に表示される。また、穿刺針２５の３次元画像である超音波ボリューム画像は、MPR (multi-planar reconstruction)画像としてモニタ５に表示させることもできる。

図９は、図８に示す３次元走査によって得られたMPR画像をモニタ５に表示させた例を示す図である。

図９に示すように、穿刺針２５の画像を含む診断部位Ｐ０の超音波画像をMPR画像としてモニタ５に表示させることができる。例針情報演算部２２では、穿刺針２５の針位置情報が３次元情報として検出される。そして、例えば、３次元情報であるMPR画像の１つの軸７０ａが穿刺針２５の刺入方向と一致される。

図９の例では、左上の画面に穿刺針２５の刺入方向を示す軸７０ａおよび軸７０ａに直交する軸７０ｂが診断部位Ｐ０とともに重畳表示されている。このため、穿刺針２５の深さ位置を確認することができる。また、右上の画面には、左上の画面を穿刺針２５の刺入方向を軸として９０度回転させた直交面が表示される。さらに、左下の画面には、穿刺針２５の刺入方向に対する直交面が表示される。このため、左下の画面には、互いに直交する２つの軸７０ｂ、７０ｃが表示される。

このように、３次元の超音波診断装置１では、穿刺針２５の位置情報を３次元情報として得ることができる。

本発明に係る超音波診断装置および穿刺針の実施の形態を示す構成図。 図１に示す穿刺針の構造例を示す断面図。 図１に示す超音波診断装置により生成され、穿刺針が可視化された画像の一例を示す模式図。 図１に示す穿刺針の刺入角を表示した超音波画像の模式図。 図１に示す超音波診断装置により穿刺針の位置を示す針情報を診断画像に重畳表示させた例を示す模式図。 図１に示す超音波診断装置による超音波ガイド下で穿刺針を被検体の診断部位に向けて刺入する際の流れの一例を示すフローチャート。 図１に示す超音波診断装置により穿刺針をＢモード画像として映像化した例を示す図。 図１に示す超音波プローブとして２次元アレイプローブまたはメカニカル４Ｄプローブを用いて、超音波ガイド下において穿刺針を診断部位に向けて刺入する場合における走査面を示す模式図。 図８に示す３次元走査によって得られたMPR画像をモニタ５に表示させた例を示す図。

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 コンソール
５ モニタ
６ 操作パネル
７ キーボード
８ トラックボール
９ 入力装置
１０ 超音波送信部
１１ 超音波受信部
１２ Ｂモード処理部
１３ カラーモード処理部
１４ 表示部
１５ シネメモリ
１６ データベース
１７ ＣＰＵ
１８ 速度パラメータ設定部
１９ 穿刺針情報処理システム
２０ 信号検出部
２１ 信号処理部
２２ 針情報演算部
２３ wall filter
２４ ガイド機構
２５ 穿刺針
２６ 流体注入装置
３０ 流路
３１ 特徴形状部位
４０ 記号
５０ 穿刺ライン
６０ 走査面
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ 軸
Ｐ 被検体
Ｐ０ 診断部位
Ｘ 流体

Claims (12)

1. 内部に強反射体を含む流体を注入した穿刺針を被検体に穿刺した状態で超音波を送信し、超音波反射信号を受信する超音波プローブと、
   前記超音波プローブにより受信された前記超音波反射信号から前記穿刺針内部における前記流体の視認が可能な画像信号を生成するデータ処理部と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記データ処理部は、前記超音波反射信号から前記流体の視認が可能なＢモード画像を生成するＢモード処理部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。
3. 前記データ処理部は、ドプラ信号として受信された前記超音波反射信号から前記流体の視認が可能なドプラ画像を生成するカラーモード処理部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。
4. 前記データ処理部は、前記流体の速度を利用することにより、ドプラ信号として受信された前記超音波反射信号から前記被検体内の他の部位から弁別して前記流体の視認が可能なドプラ画像を生成するカラーモード処理部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。
5. 前記データ処理部は、ドプラ信号として受信された前記超音波反射信号から前記流体の視認が可能なドプラ画像を生成するカラーモード処理部を備え、
   前記カラーモード処理部が有するフィルタの速度パラメータを前記流体の速度に応じて設定する速度パラメータ設定部を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 内部に強反射体を含む流体を注入した穿刺針を被検体に穿刺した状態で超音波を送信し、超音波反射信号を受信する超音波プローブと、
   前記超音波プローブにより受信された前記超音波反射信号のうち前記穿刺針内部における前記流体から受信した流体信号を検出する信号検出部と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
7. 前記穿刺針内部には前記流体の流路の形状が他の部分における流路の形状と異なる形状である特徴形状部位が設けられ、
   前記信号検出部により検出された流体信号から前記特徴形状部位の位置を検出する信号処理部と、
   前記信号処理部により検出された前記特徴形状部位の位置と前記穿刺針の形状情報とに基づいて、前記穿刺針に関する情報である針情報を求める針情報演算部と、
   前記針情報演算部により作成された針情報をモニタに表示させる表示部と、
   を設けたことを特徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
8. 前記針情報演算部は、前記穿刺針の針先位置、針先中心での推定焼灼領域および進路方向の少なくとも１つを針情報として求めるように構成されることを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
9. 前記穿刺針の３次元空間情報を示す信号を前記流体から取得するように構成されることを特徴とする請求項１または６記載の超音波診断装置。
10. 強反射体を含む流体を注入するための流路を内部に形成したことを特徴とする超音波診断に用いる穿刺針。
11. 前記流路の形状が他の部分における流路の形状と異なる形状である特徴形状部位を設けたことを特徴とする請求項１０記載の超音波診断に用いる穿刺針。
12. コンピュータを、
    内部に流体の流路を形成し、かつ前記流体の流路の形状が他の部分における流路の形状と異なる形状である特徴形状部位が設けられた穿刺針の内部に強反射体を含む流体が注入され、さらに被検体に穿刺した状態で超音波プローブにより受信された超音波反射信号のうち前記穿刺針内部における前記流体から受信した流体信号を検出する信号検出部、
    前記信号検出部により検出された流体信号から前記特徴形状部位の位置を検出する信号処理部、および
    前記信号処理部により検出された前記特徴形状部位の位置と前記穿刺針の形状情報とに基づいて、前記穿刺針に関する情報である針情報を求める針情報演算部、
    として機能させることを特徴とする針情報処理プログラム。

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