超声波诊断装置及其穿刺辅助用控制方法

专利名称：超声波诊断装置及其穿刺辅助用控制方法
技术领域：
本发明涉及超声波诊断装置及其穿刺辅助用控制方法，特别是涉及能够在超声波图像数据的观察下自动地跟踪穿刺针，并使人能够在视觉上识别穿刺针对患者的对象部位 的进入状态的超声波诊断装置及其穿刺辅助用控制方法。
背景技术：
超声波诊断装置向患者体内放射从设置在超声波探头前端部的振动元件产生的 超声波脉冲，通过利用上述振动元件接收由于患者组织的声阻抗的差异而生成的超声波反 射波，来收集生物信息。由于仅通过使超声波探头与体表接触这样的简单操作，就可以实时 地观测体内的二维超声波图像数据或三维超声波图像数据，因此超声波诊断装置被广泛用 于各种器官的形态诊断和功能诊断。还有人开发出了使用超声波诊断装置在实时显示的超声波图像数据(以下简称 为“图像数据”)的观测下进行利用穿刺针(以下简称为“针”)的侵入性检查或治疗的穿刺 辅助方法。通过在超声波诊断装置的二维图像数据或三维图像数据的观测下，对检查/治 疗对象部位(以下简称为“对象部位”)进行用于注入药物或摘取细胞/组织的穿刺，飞跃 性地提高了检查和治疗中的安全性和效率。以前提出过如下的穿刺辅助方法在超声波图像数据的观测下对对象部位进行穿 刺时，通过将穿刺针安装到设置在超声波探头上的穿刺转接器上，生成同时示出刺入体内 的穿刺针和对象部位的二维图像数据，一边在该二维图像数据的观察下确认穿刺针的位置 和刺入方向，一边对对象部位进行刺入(例如参照日本特开平6-205776号公报)。另外还有人提出了如下的穿刺辅助方法对包含对象部位的第1图像数据和包含 穿刺针的预定刺入路径的第2图像数据进行合成来显示，其中，该第1图像数据是根据从包 含上述对象部位的相应患者的三维区域收集的体数据生成的，该第2图像数据是利用穿刺 转接器的位置传感器检测出的(例如参照日本特开2005-323669号公报)。根据以前提出的穿刺辅助方法，在穿刺针沿着预先设定的路径(预定刺入路径) 在体内行进的情况下，可以使穿刺针的前端部确实地到达对象部位。但是，在位于预定刺入 路径上的生物组织的硬度显著不均勻的情况下，穿刺针会朝向预设方向以外的方向刺入。 在这样地穿刺针偏离预定刺入路径的情况下，利用以前的基于二维的位置检测方法，穿刺 针将会从图像数据上消失。即使利用以前的基于三维图像数据的位置检测方法，穿刺针也 会向着与位置传感器所检测的图像数据所示的预定刺入路径不同的方向刺入，因此存在不 能正确地把握刺入体内的穿刺针的位置和方向的问题。

发明内容
本发明提供一种超声波诊断装置以及穿刺辅助用控制方法，能够解决以前的基于 超声波图像数据的穿刺辅助方法的问题，即使在刺入患者体内的穿刺针由于组织硬度的不 均勻性或超声波探头的变动而进入预设方向以外的方向、产生与对象部位的位置偏离的情况下，也能够正确且容易地把握穿刺针相对于对象部位的相对位置偏离。本发明的超声波诊断装置的一个方面是根据从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据，生成穿刺辅助数据的超声波诊断装置，其特征在于，具备穿刺针数据生成单元，对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的 穿刺针的位置和方向的穿刺针数据；穿刺针MPR (multi-planar reconstruction，多平面重建)剖面设定单元，对上述 体数据设定包含上述穿刺针数据的穿刺针Mra剖面；交叉角度检测单元，检测对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标Mra剖 面与上述穿刺针MPR剖面的交叉角度；MPR图像数据生成单元，生成上述体数据的上述目标MPR剖面上的目标图像数据 以及上述穿刺针MPR剖面上的穿刺针图像数据；穿刺辅助数据生成单元，通过根据上述交叉角度对上述目标图像数据和上述穿刺 针图像数据进行合成，生成上述穿刺辅助数据；和显示单元，显示上述穿刺辅助数据。本发明的超声波诊断装置的另一个方面是根据从包含对象部位的穿刺针刺入时 的三维区域得到的体数据，生成穿刺辅助数据的超声波诊断装置，其特征在于，具备MPR图像数据生成单元，生成对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR 剖面的目标图像数据；穿刺针数据生成单元，对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的 穿刺针的位置和方向的穿刺针数据；投影数据生成单元，通过将上述穿刺针数据投影到上述目标MPR剖面，生成穿刺 针投影数据；穿刺辅助数据生成单元，通过在上述目标图像数据上重叠上述穿刺针投影数据， 生成上述穿刺辅助数据；和显示单元，显示上述穿刺辅助数据。本发明的穿刺辅助用控制方法的一个方面是一种超声波诊断装置的穿刺辅助用 控制方法，其特征在于，对从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据进行处理，生成表示 被刺入上述三维区域的穿刺针的位置和方向的穿刺针数据；对上述体数据设定包含上述穿刺针数据的穿刺针MPR剖面；检测对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR剖面与上述穿刺针MPR 剖面的交叉角度；生成上述体数据的上述目标MPR剖面上的目标图像数据以及上述穿刺针MPR剖面 上的穿刺针图像数据；通过根据上述交叉角度对上述目标图像数据和上述穿刺针图像数据进行合成，生 成上述穿刺辅助数据；显示上述穿刺辅助数据。本发明的穿刺辅助用控制方法的另一个方面是一种超声波诊断装置的穿刺辅助 用控制方法，其特征在于，
生成对从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR剖面的目标图像数据；对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的穿刺针的位置和方向的 穿刺针数据；通过将上述穿刺针数据投影到上述目标MPR剖面，生成穿刺针投影数据；通过在上述目标图像数据上重叠上述穿刺针投影数据，生成上述穿刺辅助数据；显示上述穿刺辅助数据。根据本发明，可以在包含操作者设定的目标和穿刺针的预定进入路径的剖面上重 叠显示自动检测出穿刺针并进行跟踪的剖面、或者对穿刺针进行投影而得到的图像。由此， 即使在刺入患者体内的穿刺针向预设方向以外的方向偏离而进入的情况下，也能够在视觉 上正确且容易地把握穿刺针与对象部位的相对位置偏离关系，因此可以高效率地进行安全 性高的检查和治疗。


结合在本说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的各种实施例和/ 或特征，与说明书一起用于说明本发明的实施例。在可能的情况下，在所有的图中使用相同 的附图标记来说明相同或类似的部件。图1是示出本发明的实施例的超声波诊断装置的整体结构的框图。图2是示出图1所示的超声波诊断装置的收发部以及接收信号处理部的结构的框 图。图3A说明在超声波探头上二维排列的振动元件进行的三维扫描中的超声波的收 发方向。图3B示出在图3A的x_z平面上投影的收发方向。图3C示出在图3A的y-z平面上投影的收发方向。图4是示出图1所示的超声波诊断装置所具有的体数据生成部的结构的框图。图5A是对体数据设定的目标MPR剖面。图5B是在图5A的目标MPR剖面上生成的目标图像数据。图6A示出对穿刺针刺入时的对象部位设定的目标MPR剖面和穿刺针MPR剖面。图6B示出在监视器上显示的穿刺辅助数据的显示例。图7A示出与图6A的目标MPR剖面正交的目标MPR剖面和与图6A的穿刺针MPR 剖面正交的穿刺针MPR剖面。图7B示出在穿刺针MPR剖面上生成并合成的穿刺辅助数据。图7C示出其它在穿刺针MPR剖面上生成并合成的穿刺辅助数据。图8是示出穿刺辅助数据的显示过程的流程图。图9示出本发明的超声波诊断装置的另一个实施例的整体结构。图10是示出穿刺针投影数据的生成方法的图。图11A-11C是用于说明穿刺辅助数据的生成的图。图12是示出穿刺辅助数据的显示过程的流程图。
具体实施例方式本发明的超声波诊断装置首先对通过针对包含对象部位的三维区域的三维扫描 得到的体数据，设定包含上述对象部位的第一Mra剖面(目标Mra剖面)。接着，在通过穿 刺针刺入时的三维扫描得到的体数据的上述目标MI5R剖面上，生成第一 MPR图像数据(目 标图像数据)，根据上述体数据生成表示穿刺针的位置、方向的穿刺针数据。进而，检测出包 含穿刺针数据的第二 Mra剖面(穿刺针Mra剖面)与上述目标Mra剖面的交叉角度，并且 对穿刺针刺入时的体数据设定该穿刺针MPR剖面，生成第二 MPR图像数据(穿刺针图像数据)。根据上述交叉角度将该目标图像数据与重叠了上述穿刺针数据的穿刺针图像数据合 成，生成穿刺辅助数据。在以下的实施例中，说明使用通过二维(2D)阵列超声波探针收集的体数据来生 成目标图像数据和穿刺针图像数据的情况。当然，也可以根据通过机械地移动或旋转ID超 声波探头而得到的体数据，来生成MPR图像数据。在图1中，超声波诊断装置100具有收发部2、超声波探头3、接收信号处理部4、体 数据生成部5和MPR图像数据生成部6。收发部2向超声波探头3的振动元件供给用于向被检体的规定方向发送超声波脉 冲的驱动信号，对从这些振动元件得到的多个通道的接收信号进行调相相加。超声波探头 3具有多个振动元件，在对被检体的对象部位进行穿刺针的刺入前以及刺入时，该多个振动 元件对包含上述对象部位的三维区域发送超声波脉冲(发送超声波)，并将从上述被检体 得到的超声波反射波(接收超声波)转换成电信号。接收信号处理部4对调相相加后的接 收信号进行信号处理，生成超声波数据(B模式数据)。体数据生成部5与超声波的收发方 向相对应地排列通过对被检体进行的三维扫描得到的超声波数据，生成体数据。MPR图像数 据生成部6提取与在输入部13或穿刺针MPR剖面设定部9中设定的MPR剖面对应的体数 据的体素(voxel)，生成目标图像数据以及穿刺针图像数据。超声波诊断装置100还具有穿刺针数据生成部8、穿刺针MPR剖面设定部9、交叉 角度检测部10、穿刺辅助数据生成部11、显示部12、输入部13以及系统控制部15。穿刺针 数据生成部8对在穿刺针刺入时收集的体数据进行处理，生成表示穿刺针的位置和方向的 穿刺针数据。穿刺针Mra剖面设定部9设定包含了该穿刺针数据的穿刺针Mra剖面。交叉 角度检测部10检测包含由输入部13对其位置进行了设定或更新后的对象部位的目标MPR 剖面与上述穿刺针Mra剖面的交叉角度。穿刺辅助数据生成部11根据交叉角度的检测结 果，将目标图像数据与穿刺针图像数据进行组合，生成穿刺辅助数据。显示部12显示在穿 刺针刺入前由Mra图像数据生成部6生成的目标图像数据以及在穿刺针刺入时由穿刺辅助 数据生成部11生成的穿刺辅助数据。输入部13进行患者信息的输入、体数据收集条件的 设定、目标Mra剖面的更新、显示模式的选择、各种指令信号的输入。系统控制部15总体地 控制上述各单元。超声波探头3在前端部具有二维排列的多个(N个)振动元件(未图示)，使该前 端部与患者的体表接触，进行超声波的收发。各振动元件经由多条(N条)多芯线缆(未图 示)与收发部2连接。振动元件在发送时将电脉冲(驱动信号)转换成超声波脉冲(发送 超声波)，在接收时将超声波反射波(接收超声波)转换成电接收信号。在超声波探头3的 侧面上安装有穿刺转接器31，该穿刺转接器31具有用于将另外配备的穿刺针32向该患者的体内刺入的针导棒(needle guide)(未图示)。利用该穿刺转接器31，唯一地决定穿刺 针32对上述体数据的预定刺入路径。在本实施例中，说明超声波探头3使用二维排列了 N个振动元件的扇形扫描用的 超声波探头的情况。当然，操作者可以根据诊断部位任意选择对应于线性扫描或者对应于 凸型扫描的超声波探头。如图2所示，收发部2具有对超声波探头3的振动元件供给驱动信号的发送部 21、以及对从振动元件得到的接收信号进行调相相加的接收部22。发送部21具有额定脉冲发生器211、发送延迟电路212、驱动电路213。额定脉冲 发生器211通过对从系统控制部15供给的基准信号进行分频，生成决定发送超声波的重复 周期的额定脉冲。发送延迟电路212由N个通道的独立延迟电路构成，在发送时向上述额 定脉冲提供用于将发送超声波会聚到规定深度以得到细的波束宽度的延迟时间(会聚用 延迟时间)、以及用于向规定的收发方向(θ ρ、φ q)放射发送超声波的延迟时间(偏向用延迟时间)。N个通道的独立驱动电路213根据上述额定脉冲生成用于驱动超声波探头3中 内置的N个驱动元件的驱动脉冲。接收部22具有由N个通道构成的A/D转换器221和接收延迟电路222以及加法 器223。从振动元件供给的N个通道的接收信号由A/D转换器221转换成数字信号。接收 延迟电路222对从A/D转换器221输出的N个通道的接收信号中的每一个提供用于会聚来 自规定深度的超声波反射波的会聚用延迟时间、以及用于对规定的收发方向(θρ、Φα)设 定强的接收指向性的偏向用延迟时间。加法器223对从这些接收延迟电路222提供的接收 信号进行相加合成。即，通过接收延迟电路222和加法器223，从规定方向得到的接收信号 被调相相加。图3A-3C示出以超声波探头3的中心轴为ζ轴的正交坐标系[x、y、z]中的超声波 收发方向(θρ、Φ0。振动元件31如图3Α所示，在χ轴方向和y轴方向上二维排列。图 3B、3C的角度θ ρ、Φ q分别表示在x-z平面和y-ζ平面上投影的超声波收发方向相对于ζ 轴的角度。按照从图1所示的扫描控制部13供给的扫描控制信号，控制发送部21的发送 延迟电路212中的延迟时间、以及接收部22的接收延迟电路222中的延迟时间，对包含被 检体的诊断对象部位的三维区域依次进行超声波收发。如图2所示，接收信号处理部4具有包络线检波器41和对数变换器42。包络线检 波器41对从接收部22的加法器223供给的调相相加后的接收信号进行包络检波，在对数 变换器42中对经过包络线检波的接收信号的振幅进行对数变换，生成B模式数据。包络线 检波器41和对数变换器42也可以更换顺序而构成。如图4所示，图1的体数据生成部5具有超声波数据存储部51、插值处理部52和 体数据存储部53。超声波数据存储部51将超声波的收发方向作为附带信息，依次保存接收 信号处理部4根据通过对相应患者的三维扫描得到的接收信号而生成的B模式数据。插值处理部52通过与收发方向相对应地排列从超声波数据存储部51读出的多个 B模式数据，形成三维B模式数据，对构成该三维B模式数据的不等间隔的体素进行插值处 理，生成由各向同性的体素构成的体数据。另外，也可以省略插值处理部52，而从接收信号 处理部4直接生成体数据。得到的体数据被保存在体数据存储部53中。在图1中，MPR图像数据生成部6读出在体数据生成部5的体数据存储部53中保存的穿刺针刺入前的体数据。然后，提取与预先设定的目标Mra剖面或者在输入部13中更 新后的目标Mra剖面对应的上述体数据的体素，生成目标图像数据。同样，MPR图像数据生 成部6读出在体数据存储部53中保存的穿刺针刺入时的体数据，提取与上述目标Mra剖面 以及在穿刺针MPR剖面设定部9中设定的穿刺针MPR剖面对应的上述体数据的体素，生成 目标图像数据以及穿刺针图像数据。目标MPR剖面在例如图3B所示的Xo-Zo平面中被初始设定。通过此时得到的目标图像数据的观测，上述目标MPR剖面的位置不适当的情况下，由输入部13所具有的目标 MPR剖面更新部131来更新到适当的位置。图5A示意性地示出在包含对象部位Cp的三维区域中收集的体数据Vo。在该三 维区域的Xo-Zo平面(图3B)中初始设定目标MPR剖面Mt。图5B是在上述的目标MPR剖 面Mt上生成并且显示在显示部12上的目标图像数据Dmt的例子。表示在目标MPR剖面Mt 的面内自动设定的穿刺针32的预定刺入路径的刺入标记Gn重叠在目标图像数据Dmt上， 并显示在显示部12的监视器上。操作者在按时间序列显示在显示部12上的目标图像数据 Dmt的观测下，调整配置在患者的体表面上的超声波探头3的位置和方向，使得穿刺针32的 刺入标记Gn与对象部位Cp交叉。在图1中，穿刺针数据生成部8具有比较电路(未图示)，将从体数据生成部5供 给的穿刺针刺入时的体数据的体素值与体素检测的规定阈值α进行比较。根据该比较结 果，通过提取从穿刺针32的表面得到的具有比较大的振幅的接收超声波，生成表示穿刺针 32的位置和方向的线状的穿刺针数据。穿刺针MPR剖面设定部9检测穿刺针数据的位置信息，根据得到的位置信息，对上 述体数据设定包含了上述穿刺针数据的穿刺针MI5R剖面Dmn。另外，在同一平面上不存在穿 刺针数据的情况下，例如将与形成该穿刺针数据的各体素之间的距离的平方和最小的平面 设定为穿刺针MPR剖面。交叉角度检测部10根据初始设定的目标Mra剖面Dt的位置信息或者通过输入部 13的操作而更新的目标MPR剖面Dt的位置信息、以及由穿刺针MPR剖面设定部9设定的穿 刺针MPR剖面的位置信息，检测目标MPR剖面Dmt与穿刺针MPR剖面Mn的交叉角度β。穿刺辅助数据生成部11接收穿刺针刺入时从MPR图像数据生成部6供给的目标 图像数据、从穿刺针数据生成部8供给的穿刺针图像数据、以及从交叉角度检测部10供给 的目标MPR剖面与穿刺针MPR剖面的交叉角度信息。根据该交叉角度信息，将目标图像数 据和穿刺针图像数据合成，生成穿刺辅助数据。另外，也可以根据上述交叉角度信息，对重 叠了穿刺针数据生成部8生成的线状的穿刺针数据的穿刺针图像数据与上述目标图像数 据进行合成。根据该方法，更容易把握穿刺针与对象部位的相对位置关系。在图1中，显示部12具有显示数据生成部、数据转换部以及监视器(都未图示)。 显示部12将穿刺针刺入前由MPR图像数据生成部6生成的目标图像数据以及穿刺针刺入 时由穿刺辅助数据生成部11生成的穿刺辅助数据转换成规定的显示格式并显示在监视器 上。S卩，显示部12的显示数据生成部对从MPR图像数据生成部6供给的目标图像数据 以及从穿刺辅助数据生成部11供给的穿刺辅助数据附加患者信息等附带信息，生成显示 数据。显示部12的数据转换部对显示数据生成部生成的显示数据进行D/A转换、电视格式转换等转换处理，并显示在监视器上。图6A示出对穿刺针刺入时的对象部位设定的目标MPR剖面Mt和穿刺针MPR剖面 Mn。如图6A所示，在与穿刺针刺入时收集的体数据的对象部位Cp相交的Xo-Zo平面上设 定目标MPR剖面Mt，根据通过对上述体数据进行处理而得到的穿刺针32的穿刺针数据，设 定穿刺针MPR剖面Mn。图6B示出此时在显示部12的监视器上显示的穿刺辅助数据的显示例子。如图6B 所示，显示根据这些Mra剖面的交叉角度信息β对在目标Mra剖面Mt上生成的目标图像 数据Dmt和在穿刺针MPR剖面Mn上生成的穿刺针图像数据Dmn进行合成而得到的穿刺辅 助数据Dx。在显示通过目标图像数据Dmt与穿刺针图像数据Dmn的合成而得到的穿刺辅助数 据Dx的情况下，显示部12的显示数据生成部，例如对位于目标图像数据Dmt前方的穿刺针 图像数据Dmn设定具有与交叉角度对应的透明度的暖色系色调，对位于目标图像数据Dmt 后方的穿刺针图像数据Dmn设定具有与上述交叉角度对应的透明度的冷色系色调。一般希望目标MPR剖面Mt与穿刺针MPR剖面Mn的交叉角度越大，就设定越大的透明度。但是，不限于此。也可以对位于目标图像数据Dmt前方的穿刺针图像数据Dmn设 定冷色系色调，对位于目标图像数据Dmt后方的穿刺针图像数据Dmn设定暖色系色调。图7A-7C示出在穿刺针刺入时显示在显示部12上的穿刺辅助数据的另一个显示 例子。如图7A所示，除了图6A的目标MPR剖面Mt和穿刺针MPR剖面Mn之外，还对在穿刺 针刺入时收集的体数据设定与目标MPR剖面Mt正交的目标MPR剖面Mta和与穿刺针MPR 剖面Mn正交的穿刺针MPR剖面Mna。如图7B所示，与图6B同样，在显示部12上显示通过对在目标MPR剖面Mt上生成 的目标图像数据Dmt和在穿刺针MPR剖面Mn上生成的穿刺针图像数据Dmn进行合成而得 到的穿刺辅助数据Dx。如图7C所示，在显示部12上显示通过对在目标MPR剖面Mta上生 成的目标图像数据Dmta和在穿刺针MPR剖面Mna上生成的穿刺针图像数据Dmna进行合成 而得到的穿刺辅助数据Dxa。这种情况下，与图6B同样，对穿刺针图像数据Dmn和穿刺针图 像数据Dmna设定透明度和色调。图6B所示的显示通过合成一个目标图像数据和穿刺针图像数据而得到的穿刺辅 助数据的显示模式、或者图7B和图7C所示的显示通过合成多个目标图像数据和穿刺针图 像数据而得到的穿刺辅助数据的显示模式的选择由输入部13所具备的显示模式选择部 132进行。图1所示的输入部13操作面板上具有显示面板和键盘、轨迹球、鼠标等输入设备。 输入部13具有进行目标MPR剖面更新的目标MPR剖面更新部131和进行显示模式选择的 显示模式选择部132。使用上述显示面板或输入设备进行患者信息的输入、体数据收集条件 的设定、穿刺针数据的生成所需的阈值α的设定、各种指令信号的输入。系统控制部15具有CPU和存储电路(都未图示)。存储电路中保存由输入部13 输入/设定/选择的各种信息。CPU根据输入信息、设定信息和选择信息控制超声波诊断装 置100的各单元，进行对于对象部位的穿刺辅助数据的生成和显示。图8说明本实施例中的穿刺辅助数据的显示过程。在对包含对象部位的三维区域 收集体数据之前，超声波诊断装置100的操作者在输入部13中输入患者信息，进而进行体数据收集条件的设定、目标MPR剖面的设定、显示模式的选择、穿刺针数据的生成中使用的 阈值α的设定等装置的初始设定(图8的步骤Si)。在本实施例中，在输入部13中，将图 3所示的Xo-Zo平面设定为最初的目标MPR剖面，作为显示模式，选择图6Β所示的显示通过 合成一个目标图像数据和穿刺针图像数据而得到的穿刺辅助数据的显示模式。输入部13 的输入信息、选择信息和设定信息保存在系统控制部15的存储电路中。在初始设定之后，操作者在使超声波探头前端部与患者体表面接触的状态下，从 输入部13输入体数据的收集开始指令。通过将收集开始指令提供给系统控制部15，开始体 数据的收集。在收集体数据时，发送部21的额定脉冲发生器211 (图2)按照从系统控制部15提供的控制信号，生成额定脉冲并供给发送延迟电路212。发送部21的发送延迟电路212在 发送时向额定脉冲提供用于将超声波会聚到规定深度以得到细的波束宽度的延迟时间、以 及用于沿着最初的收发方向(Θ 1、Φ1)发送超声波的延迟时间，并将该额定脉冲提供给N 个通道的独立驱动电路213。发送部21的驱动电路213根据从发送延迟电路212提供的额 定脉冲，生成具有规定的延迟时间的驱动信号，并将该驱动信号提供给超声波探头3中的N 个振动元件，向患者体内的收发方向(Θ 1、Φ1)放射发送超声波。所放射的发送超声波的一部分在声阻抗不同的器官边界面或组织上反射，由上述 振动元件接收，转换成N个通道的电接收信号。该接收信号在接收部22的A/D转换器221 中转换成数字信号后，在N个通道的接收延迟电路222中被提供了用于会聚来自规定深度 的接收超声波的延迟时间、以及用于对来自收发方向(Θ1、Φ1)的接收超声波设定较强的 接收指向性的延迟时间，并由加法器223进行相加合成。被供给了调相相加后的接收信号的接收信号处理部4的包络线检波器41和对数 变换器42对该接收信号进行包络检波和对数变换，生成B模式数据。所生成的B模式数据 被保存在体数据生成部5的超声波数据存储部51中。在针对收发方向(θ 1、φ 1)的B模式数据的生成和保存结束后，对于利用将超声 波的收发方向在Φ方向上每Δ φ更新后的Cj5q= Φ1+(α-1) Δ φ (q = 2 Q)设定的收 发方向(Θ1、Φ2 Φ0)，按照同样的过程进行超声波的收发。此时，系统控制部15利用 该控制信号，与超声波收发方向对应地更新发送延迟电路212和接收延迟电路222的延迟 时间。针对收发方向(θ 1、Φ2 Φ0)的超声波收发结束后，设定将超声波的收发方向 在θ方向上每Δ θ更新后的θρ= θ 1+(ρ-1) Δ θ (ρ = 2 P)，针对收发方向θ 2 θ P 中的每一个重复进行上述的Φ1 Φ9的超声波收发，由此进行三维扫描。通过针对各个 收发方向的超声波收发而得到的B模式数据与收发方向相对应地保存在体数据生成部5的 超声波数据存储部51中。体数据生成部5的插值处理部52根据保存在超声波数据存储部 51中的超声波数据生成体数据，并保存在自己的体数据存储部53中(图8的步骤S2)。然后，MPR图像数据生成部6从保存在上述体数据存储部53中的体数据中，提取 被初始设定为最初的目标MPR剖面的Xo-Zo平面的体素，生成目标图像数据。将表示穿刺 针的预定刺入路径的刺入标记重叠在目标图像数据上，并显示在显示部12的监视器上(图 8的步骤S3)。操作者在显示部12上观测重叠了刺入标记的目标图像数据，判定目标MI5R剖面相对于对象部位的位置和预定刺入标记相对于对象部位的位置是否适当。不适当的情况下， 利用输入部13的目标Mra剖面更新部131更新目标Mra剖面的位置，并且改变超声波探头 3的位置和方向(图8的步骤S4)。在进行了目标MI5R剖面的位置更新和超声波探头3的位置和方向的改变后，返回图8的步骤S2，体数据生成部5根据通过超声波探头3在该变更位置得到的接收信号，生 成新的体数据。进而，在图8的步骤S3中，MPR图像数据生成部6生成其位置已被更新的 目标MI3R剖面上的目标图像数据，并与刺入标记一起显示在显示部12上。重复步骤S2 S4，直到在对象部位的适当位置上设定刺入标记。在对象部位的适当位置上设定了刺入标记后，操作者在安装于超声波探头3的侧 面上的穿刺转接器31的针导棒上安装穿刺针32，向患者对象部位刺入(图8的步骤S5)。进而，在输入部13中再次输入体数据收集开始指令。体数据生成部5按照与步骤 S2同样的过程，生成穿刺针刺入时的体数据(图8的步骤S6)。所生成的体数据保存在体 数据存储部53中。MPR图像数据生成部6从保存在体数据存储部53中的穿刺针刺入时的体数据中， 提取目标MPR剖面上的体素，生成目标图像数据(图8的步骤S7)。穿刺针数据生成部8通过将在穿刺针刺入时收集的体数据的体素值与体素检测 的规定阈值α进行比较，提取与从穿刺针32的表面得到的超声波反射波相对应的体素，对 这些体素进行处理，生成表示穿刺针32的位置和方向的线状的穿刺针数据(图8的步骤 S8)。穿刺针MPR剖面设定部9检测从穿刺针数据生成部8供给的穿刺针数据的位置信 息，根据所得到的位置信息，将包含了穿刺针数据的平面设定为穿刺针Mra剖面(图8的步 骤 S9)。MPR图像数据生成部6读出保存在体数据生成部5的体数据存储部53中的穿刺针 刺入时的体数据，提取与由穿刺针MPR剖面设定部9设定的穿刺针MPR剖面相对应的体数 据的体素，生成穿刺针图像数据(图8的步骤S10)。交叉角度检测部10根据预先设定的目标Mra剖面或者通过输入部13更新的目标 MPR剖面的位置信息、以及由穿刺针MPR剖面设定部9设定的穿刺针MPR剖面的位置信息， 检测目标MPR剖面与穿刺针MPR剖面的交叉角度(图8的步骤Sll)。穿刺辅助数据生成部11接收从MPR图像数据生成部6供给的穿刺针刺入时的目 标图像数据和穿刺针图像数据、从交叉角度检测部10供给的交叉角度信息、以及从穿刺针 数据生成部8供给的穿刺针数据，根据上述交叉角度信息将重叠了穿刺针数据的穿刺针图 像数据和目标图像数据进行合成，由此生成穿刺辅助数据。显示部12对所得到的穿刺辅助 数据进行规定的转换处理，并显示在监视器上(图8的步骤S12)。通过重复上述的步骤S5 S12或步骤S2 S12，在按时间序列生成/显示的穿刺 辅助数据的观察下，对对象部位刺入穿刺针。在本实施例中，描述了将重叠了穿刺针数据Dnd的穿刺针图像数据Dmn和目标图 像数据Dmt进行合成，生成穿刺辅助数据Dx的情况。当然也可以合成未重叠穿刺针数据 Dnd的穿刺针图像数据Dmn和目标图像数据Dmt。在本实施例中，描述了对穿刺针图像数据Dmn进行色调的设定和透明度的设定的情况。也可以仅设定色调或透明度中的某一方。并且，也可以对目标图像数据Dmt设定色 调或透明度。根据上述实施例，即使在刺入患者体内的穿刺针进入预设方向以外的方向的情况下，也能够正确且容易地把握穿刺针与对象部位的相对位置关系。因此可以高效率地进行 安全性高的检查和治疗。在本实施例中，分别独立地设定包含了对象部位的目标Mra剖面和包含了穿刺针 的穿刺针MPR剖面，根据目标MPR剖面与穿刺针MPR剖面的交叉角度信息，对目标MPR剖面 上的目标图像数据和穿刺针Mra剖面上的穿刺针图像数据进行合成，由此生成穿刺辅助数 据。因此，可以容易地把握穿刺针相对于检查/治疗对象部位的位置偏离。并且，通过在与 目标图像数据合成的上述穿刺针图像数据上重叠穿刺针数据，可以正确地观察穿刺针MPR 剖面上的穿刺针的位置和方向。在本实施例中，利用色调来识别位于目标图像数据前方的穿刺针图像数据和位于 后方的穿刺针图像数据，并且根据目标MPR剖面与穿刺针MPR剖面所构成的交叉角度的大 小，来设定穿刺针图像数据的透明度，由此可以直观地把握穿刺针相对于对象部位的位置 偏离方向和位置偏离大小。因此可以安全且正确地进行使用穿刺针的治疗和检查。参照图9说明本发明的超声波诊断装置的另一个实施例。为了避免冗长的说明， 对具有与图1所示的超声波诊断装置100相同的结构和功能的单元附加同一符号并省略其 详细说明。在超声波诊断装置的本实施例中，首先，在穿刺针刺入前，对通过针对包含对象部 位的三维区域进行的三维扫描得到的体数据，设定包含对象部位的目标Mra剖面。接着，在 通过穿刺针刺入时的三维扫描得到的体数据的上述目标MPR剖面上，生成目标图像数据。 根据所生成的体数据生成表示穿刺针的位置和方向的穿刺针数据。然后，在目标Mra剖面 上对穿刺针数据进行投影，生成穿刺针投影数据。在目标图像数据上重叠穿刺针投影数据， 生成穿刺辅助数据。图9所示的超声波诊断装置200利用超声波探头3，在对对象部位进行穿刺针的刺 入前以及刺入时，对包含对象部位的三维区域发送超声波脉冲，并将通过该发送得到的超 声波反射波转换成接收信号。接收信号处理部4对调相相加后的接收信号进行信号处理， 生成B模式数据。体数据生成部5依次保存通过对三维区域的超声波收发而得到的B模式 数据，生成体数据。MPR图像数据生成部6提取与预先设定的目标MPR剖面或在输入部13a 中更新后的目标MPR剖面相对应的上述体数据的体素，生成目标图像数据。穿刺针数据生成部8对在穿刺针刺入时收集的体数据进行处理，生成表示穿刺针 的位置和方向的穿刺针数据。本实施例的超声波诊断装置200具有投影数据生成部14， 通过在目标MPR剖面上对所生成的穿刺针数据进行投影，生成穿刺针投影数据；和穿刺辅 助数据生成部11a，在目标图像数据上重叠穿刺针投影数据，生成穿刺辅助数据。在显示部 12a上显示由MPR图像数据生成部6生成的目标图像数据和由穿刺辅助数据生成部Ila生 成的穿刺辅助数据。输入部13a具有进行目标MI3R剖面的更新的目标MI3R剖面更新部131、显示模式选 择部132和设定穿刺针投影数据的生成所需的光源的位置和方向的光源设定功能部。如图10所示，投影数据生成部14以在输入部13a中设定的光源Ls为基准，将穿刺针数据生成部8根据穿刺针刺入时的体数据生成的线状的穿刺针数据Dnd向着目标MPR 剖面Mt投影，由此生成包含穿刺针数据Dnd的投影像Tnd。穿刺辅助数据生成部Ila根据穿刺针刺入时的体数据，在由MPR图像数据生成部 6生成的目标MPR剖面的目标图像数据上，重叠由投影数据生成部14生成的穿刺针投影数 据，生成穿刺辅助数据。显示部12a在监视器上显示由MPR图像数据生成部6根据穿刺针刺入前的体数据 生成的目标图像数据和在穿刺针刺入时由穿刺辅助数据生成部Ila生成的穿刺辅助数据。图11A-11C说明本实施例中的穿刺辅助数据Dy的生成。图IlA示出对穿刺针刺 入时的体数据设定的目标MPR剖面Mt的目标图像数据Dmt。图IlB是通过向图10所示的 目标MI5R剖面Mt投影而得到的穿刺针数据Dnd的穿刺针投影数据Do。如图IlC所示，通过 在目标图像数据Dmt (图11A)上重叠穿刺针投影数据Do (图11B)，生成穿刺辅助数据Dy。 这种情况下，利用目标MPR剖面Dmt和穿刺针数据Dnd的位置关系设定穿刺针投影数据所 具有的色度和透明度。参照图12说明本实施例中的穿刺辅助数据的显示过程。另外，与在图8中说明的 穿刺辅助数据的显示过程相同的步骤附加同一符号并省略说明。即，图12的步骤Sl S8 通过与图8的步骤Sl S8同样的过程，生成基于穿刺针刺入时的体数据的穿刺针数据。在生成了穿刺针数据后，投影数据生成部14以在输入部13a中设定的光源为基 准，将穿刺针数据生成部8根据穿刺针刺入时的体数据生成的线状的穿刺针数据向着目标 MPR剖面投影，由此生成穿刺针投影数据(图12的步骤S19)。穿刺辅助数据生成部Ila根据穿刺针刺入时的体数据，在由MPR图像数据生成部 6生成的目标MPR剖面的目标图像数据上，重叠由投影数据生成部14生成的穿刺针投影数 据，生成穿刺辅助数据，并显示在显示部12a的监视器上(图12的步骤S20)。通过重复图12的步骤S5 S20或步骤S2 S20，在按时间序列生成/显示的穿 刺辅助数据的观察下，对对象部位刺入穿刺针。在本实施例中，描述了将包含通过对穿刺针数据Dnd进行投影而形成的线状的投 影像Tnd的二维穿刺针投影数据Do重叠在目标图像数据Dmt上，生成穿刺辅助数据Dy的 情况，但也可以将投影像Tnd原样作为穿刺针投影数据Do重叠在目标图像数据Dmt上。在本实施例中，描述了对穿刺针投影数据Do进行色调的设定和透明度的设定的 情况，但也可以仅设定色调或透明度中的某一方。并且，也可以代替穿刺针投影数据Do而 对目标图像数据Dmt来设定色调或透明度。本实施例与上述第1实施例同样，即使在刺入患者体内的穿刺针进入预设方向以 外的方向的情况下，也能够正确且容易地把握穿刺针与对象部位的相对位置关系。特别是，在本实施例中，在生成穿刺辅助数据时，可以利用穿刺针投影数据的色调 来识别位于目标MPR剖面前方的穿刺针和位于后方的穿刺针。并且，根据目标MPR剖面与 穿刺针形成的交叉角度的大小，来设定穿刺针投影数据的透明度，由此可以直观地看到穿 刺针相对于对象部位的位置偏离的方向和偏离的大小。因此可以高效率地进行使用穿刺针 的检查和治疗。

本发明不限于上述实施例，也可以变形来实施。例如，在上述实施例中，对重叠了 表示预定刺入路径的刺入标记的目标图像数据和穿刺针图像数据进行合成，生成了穿刺辅助数据，但是在用于生成穿刺辅助数据的目标图像数据中，不一定需要刺入标记。
另外，在上述实施例中，描述了根据通过三维扫描收集的B模式数据来生成体数 据的情况。但不限于此，也可以根据彩色多普勒数据等其它超声波数据来生成体数据。也可以通过凸型扫描、线性扫描、径向扫描来收集体数据。
权利要求
一种超声波诊断装置，根据从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据，生成穿刺辅助数据，其特征在于，具备穿刺针数据生成单元，对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的穿刺针的位置和方向的穿刺针数据；穿刺针MPR剖面设定单元，对上述体数据设定包含上述穿刺针数据的穿刺针MPR剖面；交叉角度检测单元，检测对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR剖面与上述穿刺针MPR剖面的交叉角度；MPR图像数据生成单元，生成上述体数据的上述目标MPR剖面上的目标图像数据以及上述穿刺针MPR剖面上的穿刺针图像数据；穿刺辅助数据生成单元，通过根据上述交叉角度对上述目标图像数据和上述穿刺针图像数据进行合成，生成上述穿刺辅助数据；和显示单元，显示上述穿刺辅助数据。
2.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述穿刺辅助数据生成单元通过根据上述交叉角度对重叠了上述穿刺针数据的上述 穿刺针图像数据和上述目标图像数据进行合成，生成上述穿刺辅助数据。
3.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述显示单元根据上述交叉角度的大小，设定构成上述穿刺辅助数据的上述穿刺针图 像数据或上述目标图像数据中的任意一个的透明度。
4.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述显示单元根据构成上述穿刺辅助数据的上述穿刺针图像数据相对于上述目标图 像数据的位置关系，设定其色调。
5.如权利要求1所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述穿刺针MH 剖面设定单元设定与对上述体数据设定的包含上述对象部位的多个 目标MPR剖面中的每一个相对应的多个穿刺针MPR剖面。
6.一种超声波诊断装置，根据从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数 据，生成穿刺辅助数据，其特征在于，具备MPR图像数据生成单元，生成对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR剖面 的目标图像数据；穿刺针数据生成单元，对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的穿刺 针的位置和方向的穿刺针数据；投影数据生成单元，通过将上述穿刺针数据投影到上述目标MPR剖面，生成穿刺针投 影数据；穿刺辅助数据生成单元，通过在上述目标图像数据上重叠上述穿刺针投影数据，生成 上述穿刺辅助数据；和显示单元，显示上述穿刺辅助数据。
7.如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述显示单元根据上述穿刺针数据相对于上述目标MPR剖面的位置关系，设定构成上 述穿刺辅助数据的上述穿刺针投影数据的色调和透明度中的至少一个。
8.如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述投影数据生成单元通过将上述穿刺针数据投影到对上述体数据设定的、包含上述 对象部位的多个目标MPR剖面，生成多个穿刺针投影数据。
9.如权利要求6所述的超声波诊断装置，其特征在于，上述穿刺针数据生成单元根据通过对上述体数据的体素值与规定的阈值进行比较而 提取的上述体数据的体素，生成上述穿刺针数据。
10.一种超声波诊断装置的穿刺辅助用控制方法，其特征在于，对从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据进行处理，生成表示被刺 入上述三维区域的穿刺针的位置和方向的穿刺针数据；对上述体数据设定包含上述穿刺针数据的穿刺针MPR剖面；检测对上述体数据设定的、包含上述对象部位的目标MPR剖面与上述穿刺针MPR剖面 的交叉角度；生成上述体数据的上述目标MI5R剖面上的目标图像数据以及上述穿刺针MI5R剖面上的 穿刺针图像数据；通过根据上述交叉角度对上述目标图像数据和上述穿刺针图像数据进行合成，生成上 述穿刺辅助数据；显示上述穿刺辅助数据。
11.一种超声波诊断装置的穿刺辅助用控制方法，其特征在于，生成对从包含对象部位的穿刺针刺入时的三维区域得到的体数据设定的、包含上述对 象部位的目标Mra剖面的目标图像数据；对上述体数据进行处理，生成表示被刺入上述三维区域的穿刺针的位置和方向的穿刺 针数据；通过将上述穿刺针数据投影到上述目标MPR剖面，生成穿刺针投影数据；通过在上述目标图像数据上重叠上述穿刺针投影数据，生成上述穿刺辅助数据；显示上述穿刺辅助数据。
全文摘要
本发明提供一种超声波诊断装置及其穿刺辅助用控制方法，即使在刺入患者体内的穿刺针进入预设方向以外的方向而与对象部位产生位置偏离的情况下，也能够正确且容易地把握穿刺针与对象部位的相对位置偏离。MPR图像数据生成部对在包含对象部位的三维区域中收集的穿刺针刺入时的体数据设定规定的目标MPR剖面，生成目标图像数据。穿刺针MPR剖面设定部根据体数据生成表示穿刺针的位置和方向的穿刺针数据。交叉角度检测部检测上述目标MPR剖面与包含上述穿刺针数据的穿刺针MPR剖面的交叉角度。穿刺辅助数据生成部通过根据上述交叉角度对重叠了穿刺针数据的穿刺针图像数据和目标图像数据进行合成，生成穿刺辅助数据。
文档编号A61B17/34GK101843502SQ201010150728
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者市冈健一, 掛江明弘, 鹫见笃司 申请人:株式会社东芝;东芝医疗系统株式会社