JP3468431B2 - 穿刺機構付き超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して被検
体内の対象部位の断層像を計測して表示すると共に該対
象部位へ向けて穿刺針を挿入して経皮的生検などを行う
のに用いる穿刺機構付き超音波診断装置に関し、特に上
記挿入された穿刺針のカラーフロー像を対象部位の断層
像と重畳して表示し、該穿刺針の対象部位内での位置を
明確に表示することができる穿刺機構付き超音波診断装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の穿刺機構付き超音波診断
装置は、被検体内へ超音波を送受信する探触子と、この
探触子に隣接して設けられ被検体内の対象部位へ向けて
穿刺針の挿入を案内するメカニカルガイドと、上記探触
子を駆動して超音波を発生させると共に受信した反射エ
コーの信号を処理する超音波送受信部と、この超音波送
受信部からの受信信号を入力し所定の遅延時間を与えて
整相加算する整相部と、この整相部からの処理信号を入
力して被検体内の対象部位の断層像を形成するＢモード
像処理部と、同じく整相部からの処理信号を入力して被
検体内の対象部位周辺の運動部分のドプラ周波数偏移信
号を検出してカラーフロー像を形成するカラーフローマ
ッピング部と、上記Ｂモード像処理部及びカラーフロー
マッピング部で形成された断層像及びカラーフロー像を
重畳して表示可能な表示装置とを備えて成っていた。

【０００３】このような穿刺機構付き超音波診断装置を
用いて被検体の例えば腹腔内臓器を経皮的に穿刺する手
技は、電子走査型の超音波診断装置の普及に伴い、対象
部位の断層面と同一断面に穿刺針を挿入する際にその位
置関係を実時間で監視することができるようになったの
で、穿刺手技の安全性と確実性とが大幅に向上したとさ
れている。そして、被検体内に挿入された穿刺針を視認
するには、対象部位の臓器の構造を反映した超音波反射
エコーの強度を映像化するいわゆるＢモード像におい
て、同一断面に挿入されてくる穿刺針からの反射エコー
を映像化することにより臓器の断層像の中に一緒に表示
して行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の装置における穿刺針の表示においては、被検体内に
挿入された穿刺針からの超音波の反射エコーは、その超
音波ビームの送信方向と穿刺針の反射面方向とのなす角
度に極めて敏感であり、この角度によってはほとんど反
射エコーが計測できず、穿刺針をまったく表示できない
場合があった。また、穿刺針が表示できる場合でも、そ
の先端部は見えにくいものであった。そこで、穿刺針の
先端部の周面に凹凸を形成したり、先端部に特殊な電鍍
層を施すなどの工夫を行い反射エコーが発生し易いよう
にしているが、それでも針先の臓器内での位置を明確に
把握するのは困難であった。このようなことから、穿刺
針の臓器内での位置を正確に把握するのは、術者の経験
と勘に頼ったものとなり、誰でもできるものではなかっ
た。従って、穿刺手技の安全性と確実性とが向上したと
は言えないものであった。

【０００５】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、被検体の対象部位に挿入された穿刺針のカラーフ
ロー像を対象部位の断層像と重畳して表示し、該穿刺針
の対象部位内での位置を明確に表示することができる穿
刺機構付き超音波診断装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による穿刺機構付き超音波診断装置は、被検
体内へ超音波を送受信する探触子と、上記被検体内の対
象部位へ向けて穿刺針の挿入を案内する案内手段と、上
記探触子を駆動し超音波を送受信して反射エコーの信号
を処理する超音波送受信部と、この超音波送受信部から
の受信信号を処理して被検体内の対象部位の断層像を形
成するＢモード像処理部と、同じく超音波送受信部から
の受信信号を処理して被検体内の運動部分のドプラ周波
数偏移信号を検出してカラーフロー像を形成するカラー
フローマッピング部と、上記形成された断層像及びカラ
ーフロー像を重畳して表示可能な表示装置とを備えて成
る穿刺機構付き超音波診断装置において、上記カラーフ
ロー像のカラー感度を増減させるためにゲインを変化す
る可変ゲイン増幅器と、この可変ゲイン増幅器のゲイン
設定を変更するゲイン設定変更手段と、このゲイン設定
変更手段に対してゲイン設定の変更を指令する切換スイ
ッチと、この切換スイッチによって上記被検体内の対象
部位に挿入された穿刺針のカラーフロー像のカラー感度
のゲインを低減し、その穿刺針のカラーフロー像と対象
部位の断層像とを重畳して上記表示装置に表示させる手
段と、を設けたものである。

【０００７】また、上記切換スイッチは、可変ゲイン増
幅器のゲイン設定を変更するゲイン設定変更手段に対す
る変更指令を時分割に切り換えるためのコントロール部
を備えたものとしてもよい。

【０００８】

【作用】このように構成された穿刺機構付き超音波診断
装置は、切換スイッチでゲイン設定変更手段に対してゲ
イン設定の変更を指令し、これを受けたゲイン設定変更
手段により可変ゲイン増幅器のゲイン設定を変更し、こ
の結果、可変ゲイン増幅器でカラーフロー像のカラー感
度を増減させるためにゲインを変化させ、上記切換スイ
ッチによって被検体内の対象部位に挿入された穿刺針の
カラーフロー像のカラー感度のゲインを低減し、その穿
刺針のカラーフロー像と対象部位の断層像とを重畳して
表示装置に表示させるように動作する。これにより、穿
刺針を表示する際にはカラーフロー像のカラー感度を適
宜低減させて、被検体内の対象部位に挿入された穿刺針
のカラーフロー像と対象部位の断層像とを重畳して表示
することができ、該穿刺針の対象部位内での位置を明確
に表示することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による穿刺機構付き超音
波診断装置の実施例を示すブロック図である。この穿刺
機構付き超音波診断装置は、超音波を利用して被検体内
の対象部位の断層像を計測して表示すると共に該対象部
位へ向けて穿刺針を挿入して経皮的生検などを行うのに
用いるもので、図１に示すように、探触子１と、メカニ
カルガイド２と、超音波送受信部３と、整相部４と、Ｂ
モード像処理部５と、ドプラ処理部６と、参照信号発生
器７と、複素乗算部８と、速度演算部９と、ディジタル
スキャンコンバータ（以下「ＤＳＣ」と略称する）１０
と、表示装置１１とを有し、さらに可変ゲイン増幅器１
２と、ゲイン設定ＲＯＭ１３と、切換スイッチ１４とを
備えて成る。

【００１０】上記探触子１は、被検体１５内の対象部位
１６へ超音波を送受信するもので、例えば短冊形の小振
動子を多数配列してフェーズドアレイ型に形成されてお
り、被検体１５内で超音波ビーム１７を構成するように
なっている。メカニカルガイド２は、被検体１５の経皮
的生検のために対象部位１６へ向けて穿刺針１８の挿入
を案内する案内手段となるもので、上記探触子１の長手
方向の延長上に隣接して設けられ、ブロック状の部材に
内向きの傾きを付けてガイド用の針挿入孔が形成されて
いる。

【００１１】超音波送受信部３は、上記探触子１を駆動
して超音波を発生させると共に受信した反射エコーの信
号を処理するもので、図示省略したがその内部には、探
触子１に駆動パルスを送出するパルサと、その探触子１
で受信した反射エコー信号を増幅するプリアンプと、そ
れらの制御回路とを有している。また、整相部４は、上
記超音波受信部３から出力された受信信号を入力し所定
の遅延時間を与えて整相加算するもので、図示省略した
がその内部には、各チャンネルの受信信号に遅延時間を
与える遅延回路と、これらの遅延が与えられた後の受信
信号を加算する加算器とを有しており、被検体１５内の
対象部位１６に超音波ビーム１７の焦点を一致させるよ
うになっている。

【００１２】Ｂモード像処理部５は、上記整相部４から
出力されて分配された処理信号を入力して被検体１５内
の対象部位１６の断層像を形成するもので、整相部４か
らの分配信号を圧縮・検波などのアナログ処理を施した
後に内蔵のＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換して標
本化するようになっている。また、ドプラ処理部６は、
同じく整相部４から出力されて分配された処理信号を入
力して被検体１５内の対象部位１６周辺の運動部分のド
プラ周波数偏移信号を検出しドプラモード像を形成する
もので、整相部４からの分配信号について周波数スペク
トラムの時間的変化を抽出した後に内蔵のＡ／Ｄ変換器
でディジタル信号に変換して標本化するようになってい
る。

【００１３】複素乗算部８は、同じく整相部４から出力
されて分配された処理信号を入力すると共に参照信号発
生器７からの複素参照信号を入力して両信号を乗算し、
ドプラ周波数偏移を反映した複素信号を得るもので、図
示省略のＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換して標本
化するようになっている。また、速度演算部９は、上記
複素乗算部８からのドプラ周波数偏移を反映した複素信
号を速度成分に変換し、速度の方向に応じた色調を反映
したディジタルデータとして出力するものである。そし
て、上記参照信号発生器７と複素乗算部８と速度演算部
９とで、被検体１５内の対象部位１６周辺の運動部分の
ドプラ周波数偏移信号を検出してカラーフロー像を形成
するカラーフローマッピング部を構成している。

【００１４】ＤＳＣ１０は、上記Ｂモード像処理部５及
びドプラ処理部６並びに速度演算部９からの３種類のデ
ィジタルデータを入力して混合処理し、内部の記憶手段
に書き込むと共に読み出し、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信
号に変換して出力するものである。また、表示装置１１
は、上記ＤＳＣ１０から出力されるアナログの画像信号
を入力して白黒の断層像及びカラーフロー像などを重畳
して表示するもので、例えばカラーのテレビモニタから
成る。

【００１５】ここで、本発明においては、上記カラーフ
ローマッピング部を構成する複素乗算部８の入力部に、
可変ゲイン増幅器１２とゲイン設定ＲＯＭ１３と切換ス
イッチ１４とが設けられている。上記可変ゲイン増幅器
１２は、カラーフロー像のカラー感度を増減させるため
にゲインを変化するもので、例えば乗算型Ｄ／Ａ変換器
から成り、参照電圧入力として前記整相部４からの分配
信号が供給され、ディジタル入力信号として後述のゲイ
ン設定ＲＯＭ１３からのディジタル信号が供給され、両
信号の乗算によってその出力が定まり可変ゲインの動作
を実現するようになっている。また、ゲイン設定ＲＯＭ
１３は、上記可変ゲイン増幅器１２のゲイン設定を変更
するゲイン設定変更手段となるもので、アドレスに対応
してゲイン設定値を記憶しており、後述の切換スイッチ
１４の切り換えによりそのアドレスが選択されるように
なっている。さらに、切換スイッチ１４は、上記ゲイン
設定ＲＯＭ１３に対してゲイン設定の変更を指令するも
ので、該ゲイン設定ＲＯＭ１３のアドレスを選択するよ
うになっており、例えば図示省略の操作パネル上に設け
られている。

【００１６】次に、このように構成された穿刺機構付き
超音波診断装置の動作について説明する。まず、超音波
送受信部３及び探触子１の動作により、被検体１５内の
対象部位１６へ向けて超音波ビーム１７を送受信し、上
記超音波送受信部３から出力される受信信号を整相部４
及びＢモード像処理部５で処理し、ＤＳＣ１０を介して
表示装置１１に上記対象部位１６の断層像１９を表示す
る。この状態で、超音波穿刺手技においては、術者が被
検体１５の対象部位１６に向けて穿刺針１８をメカニカ
ルガイド２の案内により挿入する。このとき、上記穿刺
針１８はメカニカルガイド２を介して手動によって挿入
されるが、上記メカニカルガイド２の針挿入孔の孔径が
やや大きいことから、術者の手の微妙な振動によって穿
刺針１８自身も微妙に振動している。

【００１７】上記において、超音波送受信部３により探
触子１から打ち出された超音波パルスは被検体１５内で
超音波ビーム１７を構成し、対象部位１６及び挿入中の
穿刺針１８から反射されたエコーを上記探触子１で受信
し、超音波送受信部３で増幅された受信信号は整相部４
に並列入力される。そして、この整相部４により、上記
対象部位１６に超音波ビーム１７の焦点が一致するよう
に整相加算される。次に、この整相加算処理された受信
信号は、Ｂモード像処理部５とドプラ処理部６とカラー
フローマッピング部の複素乗算部８とに分配される。

【００１８】上記Ｂモード像処理部５は、整相部４から
の分配信号を圧縮・検波などのアナログ処理を施した後
に内蔵のＡ／Ｄ変換器で標本化し、画像形成処理を行う
ＤＳＣ１０へ供給する。また、ドプラ処理部６は、同じ
く整相部４からの分配信号よりドプラ周波数偏移を検出
し、周波数スペクトラムの時間的変化を抽出して、内蔵
のＡ／Ｄ変換器で標本化し、画像形成を行うＤＳＣ１０
へ供給する。さらに、複素乗算部８は、整相部４からの
分配信号を可変ゲイン増幅器１２を介して入力し、この
可変ゲイン増幅器１２からの出力信号と参照信号発生器
７からの複素参照信号とを乗算し、ドプラ周波数偏移を
反映した複素信号を得て、図示省略のＡ／Ｄ変換器で標
本化し、速度演算部９へ供給する。この速度演算部９で
は、上記のドプラ周波数偏移を速度に変換し、速度の方
向に応じた色調を反映するディジタルデータとしてＤＳ
Ｃ１０へ供給する。そして、以上の３種類のディジタル
データは、ＤＳＣ１０において混合処理され、表示装置
１１上に例えば対象部位１６は断層像（Ｂモード像）１
９として、穿刺針１８はカラーフロー像２０として重畳
表示される。

【００１９】この場合、血流の走行状況をカラーによっ
て描画するカラーフローマッピングにおいて、術者の手
動挿入によって微妙に振動している穿刺針１８をドプラ
効果によりカラーフロー像２０として表示するには、該
穿刺針１８が金属でできており超音波の反射強度が大き
いことから、カラー感度を通常の血流描画時に比べ著し
く低減させることにより、通常の血流などの表示を妨げ
てドプラ感度が大きな穿刺針１８のみを強調し、該穿刺
針１８のカラーフロー像２０のみを表示するようにす
る。このとき、上記穿刺針１８からの反射ドプラ信号
は、対象部位１６の血流からの反射信号に比べて約20〜
30dBも反射強度が強いため、通常のカラーフローマッピ
ングでは両立表示が困難である。

【００２０】そこで、可変ゲイン増幅器１２のゲインを
変化させてカラーフロー像のカラー感度を低減させる。
すなわち、可変ゲイン増幅器１２の参照電圧入力として
整相部４からの分配信号が供給され、ディジタル入力信
号としてゲイン設定ＲＯＭ１３からのディジタル信号が
供給され、両信号の乗算によってその出力が定まり、可
変ゲインの動作が実現される。このとき、前記切換スイ
ッチ１４の操作により、対象部位１６の血流を描画する
のに好適なゲインを選択する「血流モード」と、穿刺針
１８を描画するのに好適なゲインを選択する「穿刺モー
ド」とが手動で切り換えられる。すると、上記可変ゲイ
ン増幅器１２は、上記切換スイッチ１４によって選択さ
れたゲイン設定ＲＯＭ１３のアドレスに対応したゲイン
を提供し、通常の血流を描画する場合にはゲインを増大
し、穿刺針１８を表示する場合には、ゲインを低減す
る。両者のゲインの差は、約20〜30dBに設定することが
望ましい。そして、「穿刺モード」にすると、被検体１
５内の対象部位１６へ挿入された穿刺針１８のカラーフ
ロー像２０と対象部位１６の断層像１９とを重畳して表
示することができ、該穿刺針１８の対象部位１６内での
位置を明確に表示することができる。

【００２１】図２は本発明の第二の実施例を示すブロッ
ク図である。この実施例は、ゲイン設定ＲＯＭ１３に対
してゲイン設定の変更を指令する切換スイッチ１４に対
し、上記ゲイン設定ＲＯＭ１３に対する変更指令を時分
割に切り換えるためのコントロール部２１を接続したも
のである。このコントロール部２１は、血流描画と穿刺
針描画とを別表示するか同時表示するかのモードを切り
換えるモード選択スイッチ２２と、超音波診断装置全体
の動作を制御するＣＰＵ（中央処理装置）２３と、超音
波ビーム１７の送受信のラインアドレスに従って切換ス
イッチ１４を血流描画の高ゲイン側と穿刺針描画の低ゲ
イン側とで時分割的に切り換えるデータが記憶されたＲ
ＯＭ２４とから成る。なお、この場合、上記切換スイッ
チ１４は、例えば電子スイッチとされている。

【００２２】そして、モード選択スイッチ２２を「別表
示」のモードとすると、図１において切換スイッチ１４
を手動で「血流モード」又は「穿刺モード」に切り換え
たように、それぞれ血流描画の画像又は穿刺針描画の画
像が別々に表示される。また、上記モード選択スイッチ
２２を「同時表示」のモードとすると、図２において、
ＣＰＵ２３を介してモード信号がＲＯＭ２４へ送られ、
このＲＯＭ２４から血流描画の高ゲイン側と穿刺針描画
の低ゲイン側とで時分割的に切り換えるデータが読み出
され、電子スイッチから成る切換スイッチ１４を時分割
的にオン、オフさせる。これにより、図１に示すと同様
に、ゲイン設定ＲＯＭ１３を介して可変ゲイン増幅器１
２のゲインを変化させ、カラーフロー像のカラー感度を
時分割的に低減又は復帰させて、穿刺針描画と血流描画
とを表示装置１１の画面に擬似的に同時表示することが
できる。

【００２３】この状態を図３を参照して説明すると、Ｒ
ＯＭ２４から読み出したデータにより切換スイッチ１４
を時分割的にオン、オフさせ、例えば超音波ビーム１７
の送受信方向にてラインアドレスのときは血流描画の
高ゲインに切り換え、それと同一方向にてラインアドレ
スのときは穿刺針描画の低ゲインに切り換え、次の超
音波ビーム１７の送受信方向にてラインアドレスのと
きは血流描画の高ゲインに切り換え、それと同一方向に
てラインアドレスのときは穿刺針描画の低ゲインに切
り換えという具合に、一つの超音波ビーム１７の送受信
方向にてラインアドレス毎に交互に高ゲインと低ゲイン
とを時分割的に切り換える。これにより、前述のように
穿刺針描画と血流描画とが擬似的に同時表示される。こ
の場合、切換スイッチ１４の切り換えの時分割の時間比
率は、術者が血流描画又は穿刺針描画のいずれにより関
心があるかによって、不等間隔としてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
切換スイッチでゲイン設定変更手段に対してゲイン設定
の変更を指令し、これを受けたゲイン設定変更手段によ
り可変ゲイン増幅器のゲイン設定を変更し、この結果、
可変ゲイン増幅器でカラーフロー像のカラー感度を増減
させるためにゲインを変化させ、上記切換スイッチによ
って被検体内の対象部位に挿入された穿刺針のカラーフ
ロー像のカラー感度のゲインを低減し、その穿刺針のカ
ラーフロー像と対象部位の断層像とを重畳して表示装置
に表示させることができる。これにより、穿刺針を表示
する際にはカラーフロー像のカラー感度を適宜低減させ
て、被検体内の対象部位に挿入された穿刺針のカラーフ
ロー像と対象部位の断層像とを重畳して表示することが
でき、該穿刺針の対象部位内での位置を明確に表示する
ことができる。従って、従来のように術者の経験と勘に
頼ることなく、誰でも穿刺針の対象部位内での位置を正
確に把握することができる。このことから、穿刺手技の
安全性と確実性とを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による穿刺機構付き超音波診断装置の実
施例を示すブロック図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。

【図３】上記第二の実施例において穿刺針描画と血流描
画とを擬似的に同時表示する状態を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１…探触子 ２…メカニカルガイド ３…超音波送受信部 ４…整相部 ５…Ｂモード像処理部 ６…ドプラ処理部 ７…参照信号発生器 ８…複素乗算部 ９…速度演算部 １０…ＤＳＣ １１…表示装置 １２…可変ゲイン増幅器 １３…ゲイン設定ＲＯＭ １４…切換スイッチ １５…被検体 １６…対象部位 １８…穿刺針 １９…断層像 ２０…カラーフロー像 ２１…コントロール部 ２２…モード選択スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−300745（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−92647（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−53547（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−227239（ＪＰ，Ａ) Ｔｏｓｈｉｈｉｋｏ Ｋｕｒｏｈｉｊ ｉ ｅｔ ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎ Ｍｅｄ ｉｃｉｎｅ，Ｍｏｔｉｏｎ Ｍａｒｋｉ ｎｇ ｉｎ Ｃｏｌｏｒ Ｄｏｐｐｌｅ ｒ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｎｅｅｄｌ ｅ ａｎｄ Ｃａｔｈｅｔｅｒ Ｖｉｓ ｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，1990年 ４月, ｖｏｌ．９，ｎｏ．４，ｐｐ．243−245 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体内へ超音波を送受信する探触子と、
   上記被検体内の対象部位へ向けて穿刺針の挿入を案内す
   る案内手段と、上記探触子を駆動し超音波を送受信して
   反射エコーの信号を処理する超音波送受信部と、この超
   音波送受信部からの受信信号を処理して被検体内の対象
   部位の断層像を形成するＢモード像処理部と、同じく超
   音波送受信部からの受信信号を処理して被検体内の運動
   部分のドプラ周波数偏移信号を検出してカラーフロー像
   を形成するカラーフローマッピング部と、上記形成され
   た断層像及びカラーフロー像を重畳して表示可能な表示
   装置とを備えて成る穿刺機構付き超音波診断装置におい
   て、上記カラーフロー像のカラー感度を増減させるためにゲ
   インを変化する可変ゲイン増幅器と、この可変ゲイン増
   幅器のゲイン設定を変更するゲイン設定変更手段と、こ
   のゲイン設定変更手段に対してゲイン設定の変更を指令
   する切換スイッチと、この切換スイッチによって上記被
   検体内の対象部位に挿入された穿刺針のカラーフロー像
   のカラー感度のゲインを低減し、その穿刺針のカラーフ
   ロー像と対象部位の断層像とを重畳して上記表示装置に
   表示させる手段と、を設けた ことを特徴とする穿刺機構
   付き超音波診断装置。
2. 【請求項２】上記切換スイッチは、可変ゲイン増幅器の
   ゲイン設定を変更するゲイン設定変更手段に対する変更
   指令を時分割に切り換えるためのコントロール部を備え
   たものであることを特徴とする請求項１記載の穿刺機構
   付き超音波診断装置。