JP2000166918A - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、穿刺針の刺入方向をガイドラ
インで表示することと、穿刺針の刺入角度をアダプタ交
換によらず自由に変えることができることとを両立させ
ることができる超音波画像診断装置を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明の超音波診断装置は、比較的厚みの
あるポリマーゲルを介在させて被検体にあてられる超音
波プローブ１と、超音波プローブを駆動し、ポリマーゲ
ルを介して被検体内の断面を超音波で走査する送信ユニ
ット２及び受信ユニット３と、走査により得られるエコ
ー信号に基づいてポリマーゲル及び被検体の断面に関す
る断層像を生成するＢモードユニット４と、断層像のポ
リマーゲル部分から穿刺針の像を抽出し、この抽出した
穿刺針の像に基づいて穿刺針の刺入方向を示すガイドラ
インを断層像に合成するイメージプロセッサ６と、ガイ
ドラインと断層像との合成像を表示する表示ユニット５
とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、穿刺針を被検体に
刺し入れて患部の組織を採取する穿刺術をガイドするた
めの超音波画像診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属製が主流の穿刺針は、音響インピー
ダンスの点で、生体組織と著しく異なっていて、超音波
像（Ｂモードの断層像）に非常によく映るので、穿刺針
を被検体に刺し込んでいくときに、超音波像をガイドと
して使うことが、従来よりさかんに行われてきた。

【０００３】また、従来より、穿刺作業を支援して、そ
の正確性や効率を向上するための様々な工夫が施された
穿刺専用の超音波プローブが実用されている。例えば、
穿刺針を走査断面内でしっかりと保持するために、振動
子配列の一部を割いて、そこに穿刺溝が設けられてい
る。また、穿刺後に超音波プローブから穿刺針を素早く
取り外すことができるように、穿刺溝にアダプタをはめ
込むようになっているタイプもある。

【０００４】さらに、このアダプタとしても、穿刺針の
刺入角度を任意に変えられるようになっているものや、
その刺入角度が固定されているもの等様々である。後者
の場合には、刺入角度を変えるためには、アダプタを交
換する必要があるが、その代わりとして、穿刺溝にはめ
込んだアダプタにより穿刺針の刺入角度が決まるので、
その刺入角度に従って穿刺針の刺入方向を示すガイドラ
インを断層像上に表示することができるという非常に有
益で便利なガイド機能が使えるようになっている。

【０００５】このガイド機能を使えば、穿刺針を実際に
被検体に刺し入れる前に、穿刺針が患部に到達するか否
か、つまり穿刺針の照準が合っているか否かを、断層像
上である程度は確認することができるので、穿刺針を実
際に被検体に刺し入れた後に穿刺針の像を観てその照準
があっていないと分かり、穿刺針を被検体から抜き取っ
て、再度やり直すといった手間だけでなく危険も伴う作
業を激減させることができる。

【０００６】このように穿刺針の刺入方向をガイドライ
ンで表示させることは非常に有効である反面、その刺入
角度がアダプタによって固定されてしまうので、刺入角
度を変更するためには、アダプタを交換しなければなら
なかった。つまり、穿刺針の刺入方向をガイドラインで
表示することと、穿刺針の刺入角度をアダプタ交換によ
らず、自由に変えることができることとを両立させるこ
とができなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、穿刺
針の刺入方向をガイドラインで表示することと、穿刺針
の刺入角度をアダプタ交換によらず自由に変えることが
できることとを両立させることができる超音波画像診断
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、穿刺針
を被検体内に刺し入れて患部組織を採取する穿刺術をガ
イドするための超音波診断装置において、比較的厚みの
あるポリマーゲルを介在させて前記被検体にあてられる
超音波プローブと、前記超音波プローブを駆動し、前記
ポリマーゲルを介して前記被検体内の断面を超音波で走
査する手段と、前記走査により得られるエコー信号に基
づいて、前記ポリマーゲル及び前記被検体の断面に関す
る断層像を生成する手段と、前記断層像のポリマーゲル
部分から前記穿刺針の像を抽出し、この抽出した穿刺針
の像に基づいて前記穿刺針の刺入方向を示すガイドライ
ンを前記断層像に合成する手段と、前記ガイドラインと
前記断層像との合成像を表示する手段とを具備する。 （２）本発明は、（１）の装置において、断層像のポリ
マーゲル部分から抽出した穿刺針の像に基づいて、前記
穿刺針の刺入角度を計算する手段をさらに備えることを
特徴とする。 （３）本発明は、（１）の装置において、断層像のポリ
マーゲル部分から抽出した穿刺針の像に基づいて、前記
断層像に合成される穿刺針マークを作成する手段をさら
に備えることを特徴とする。 （４）本発明は、（１）の装置において、超音波プロー
ブは、リニア電子走査タイプであることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態に
係る超音波画像診断装置の構成を示す。本実施形態にお
いては、超音波プローブ１としては、穿刺溝等の特殊な
工夫が施された穿刺専用のプローブは必要なく、リニア
電子走査型の一般的なプローブが採用される。この超音
波プローブ１の先端部分には、複数の振動子が一次元に
配列されている。この振動子を介して電気的な信号を超
音波に変換し、また逆に超音波の信号を電気的な信号に
変換する。

【００１０】送信ユニット３は、超音波プローブ１の各
振動子に電気的な信号、つまり高周波の電圧信号を供給
して、振動子を機械的に振動させ、これにより超音波を
発生させるために設けられているもので、クロック信号
を発生するクロック発生器２１と、このクロック信号を
数分の１に分周して例えば６ｋＨｚのレートパルスを生
成するレートパルス発生器２２と、超音波をビーム状に
細線化するためにレートパルスをチャンネル毎に適当に
遅延するための送信遅延回路２３と、遅延されたレート
パルスに従って各振動子に個別に高周波の電圧信号を印
加するためのパルサ２４とから構成されている。なお、
図示しないが、プローブ１とパルサ２４との間には、リ
ニア電子走査のための高速スイッチ群が設けられてい
て、パルサ２４からの高周波の電圧信号を供給して駆動
する振動子を一部だけに選択すると共に、この駆動する
一部の振動子を超音波送受信毎に少しづつずらしていく
ように機能するものとなっている。

【００１１】受信ユニット４は、高速スイッチ群を介し
て送信時と同じ振動子から電気信号、つまり被検体内の
音響インピーダンスの境界面から返ってくるエコーの強
度を反映している微弱な電気信号を受信して、プローブ
１の振動子配列に垂直な深さ方向からのエコー成分が強
調された受信信号を生成するために設けられているもの
で、振動子からの電気信号を増幅するプリアンプ３１
と、各電気信号を送信時と同様に遅延する受信遅延回路
３２と、遅延された電気信号を加算するための加算器３
３とから構成されている。

【００１２】Ｂモードユニット４は、受信ユニットで生
成された受信信号を検波するための検波回路４１と、超
音波減衰の深度依存性を補正するために検波信号を対数
的に増幅する対数増幅器４２と、対数的に増幅された検
波信号、つまり輝度信号をディジタル形式に変換するア
ナログディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）４３とから構成
されている。

【００１３】表示ユニット５は、Ｂモードユニット４か
らの輝度信号をビデオ走査方式に変換するディジタルス
キャンコンバータ（ＤＳＣ）５１と、このビデオ走査方
式に変換された輝度信号（断層像データ）をアナログ形
式に変換するディジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａ）
５２と、このアナログ形式に変換された輝度信号に従っ
て断層像を濃淡で表示するためのディスプレイ５３とか
ら構成されている。

【００１４】イメージプロセッサ６は、穿刺術を支援す
る、つまり穿刺対象の患部に対して穿刺針の照準があっ
ているかどうか術者が判断する手がかりとなる情報を提
供するために必要な演算及びグラフィックに関する処理
機能を装備している本実施形態の特徴的な構成要素であ
る。この処理機能について順番に説明していく。 （穿刺針の像の抽出）図２には、本実施形態における穿
刺術の様子を示している。周知の通り、超音波は空気に
より大きく減衰する。このためゼリー状のゲルを被検体
の体表面に塗布し、その上から超音波プローブをあて
て、超音波送受信の効率を向上することが従来より行わ
れてきた。また、例えば甲状腺や乳腺の検査では、超音
波プローブ１を喉や乳房にあてるが、この部分には凸凹
があり、うまく超音波プローブ１を接触させ難いし、動
かし難い。また、甲状腺や乳腺は体表面から１〜２ｃｍ
の深さで浅く、超音波の焦点域から外れてしまうことも
多い。このような場合、水を挟んで超音波プローブをあ
てるいわゆる水浸法が行われる。近年では、この水浸法
において、水バッグよりも取り扱いの容易な２ｃｍ程度
の比較的厚みのあるこんにゃく状のポリマーゲル１００
が開発され、普及している。

【００１５】本実施形態では、超音波プローブ１は、こ
のポリマーゲル１００を挟んで被検体にあてられ、超音
波の送受信は、このポリマーゲル１００を介して行われ
る。このため図３に示すように、被検体内部分だけでな
く、ポリマーゲル部分も含めて、断層像が生成される。
この状態で、穿刺針２００をポリマーゲル１００から刺
し込むと、ポリマーゲル１００は均一でしかも生体に近
い音響インピーダンスを有するので、穿刺針２００は、
断層像のポリマーゲル部分に非常に高い輝度で明瞭に映
り込む。一方、ポリマーゲル部分にはほとんど輝度がつ
かないので、イメージプロセッサ６でしきい値処理によ
り断層像のポリマーゲル部分から穿刺針２００の像を高
精度で抽出することができる。

【００１６】なお、このように自動的に穿刺針２００の
像を抽出する代わりに、断層像上で穿刺針２００の像を
ポインティングデバイスを使って手動でなぞるようにし
てもよい。この手動は、穿刺針２００の像の自動抽出精
度が低いようなケースで代償的に活用されるものと考え
られる。 （穿刺針マーカの表示）上述したように、穿刺針２００
の像はポリマーゲル１００や生体に比べて音響インピー
ダンスが格段に大きく、周辺に比べて非常に高い輝度
（高コントラスト）で表示される。図４に示すように、
穿刺針２００を被検体に刺し入れた状態では、穿刺針２
００の像の高い輝度によって、周辺組織が非常に見え難
くなってしまうことがある。このような不具合を解決す
るために、イメージプロセッサ６では、抽出した穿刺針
２００の像が断層像から外され、その抜けた部分に、色
付けされた穿刺針マーク４００がはめ込まれるように、
グラフィックデータを発生し、またディジタルスキャン
コンバータ５１に必要な制御信号を出力する。ディジタ
ルスキャンコンバータ５１では、このグラフィックデー
タは、その該当部分において、断層像データと交換され
合成される。この結果、術者は、穿刺針２００の像の高
い輝度に幻惑されることなく、穿刺針２００をとらえ、
且つその周辺組織を正確に把握することができる。 （ガイドラインの表示）上述したように非常に高精度で
穿刺針２００の像が抽出できるので、イメージプロセッ
サ６で、断層像のポリマーゲル部分から抽出した穿刺針
２００の像を細線化し、直線方程式で近似することは比
較的容易である。イメージプロセッサ６は、断層像の上
に直線的なガイドライン３００が重なる(superimpose)
ように、この直線方程式に従ってグラフィックデータを
発生し、またディジタルスキャンコンバータ５１に必要
な制御信号を出力する。このグラフィックデータは、デ
ィジタルスキャンコンバータ５１において、断層像デー
タに加算的に合成され、表示される。

【００１７】術者は、ガイドライン３００を参照して、
このまま穿刺針２００を被検体に刺し入れていくと、穿
刺針２００が患部に到達するか否か、つまり穿刺針２０
０の照準が合っているか否かを、断層像上で確認するこ
とができる。

【００１８】このガイドライン３００は、被検体に刺し
入れる前であっても、穿刺針２００をポリマーゲル１０
０に刺し込んだ段階で自動的に表示されるので、照準合
わせのガイドとしての機能を十分果たすものであり、し
かも、図５に示すように、照準があっていないときに
は、術者は穿刺針２００をポリマーゲル１００から抜き
とり、位置や向きを完全に自由に変えて、再度、ポリマ
ーゲル１００に刺し込めばよく、従来のように刺入角度
がアダプタにより制約されることもはない。 （刺入角度の表示）上述したように穿刺針２００を直線
方程式で近似できるので、この直線方程式を使って、穿
刺針２００の刺入角度、実際には断層像の水平線に対す
る穿刺針２００の角度を計算することができる。イメー
ジプロセッサ６は、ガイドライン３００の近隣に断層像
の上に刺入角度が数値表示されるように、グラフィック
データを発生し、またディジタルスキャンコンバータ５
１に必要な制御信号を出力する。このグラフィックデー
タは、ディジタルスキャンコンバータ５１において、断
層像データに合成され、表示される。

【００１９】術者は、この刺入角度を参考にしながら、
穿刺針２００を被検体に刺し入れることができる。

【００２０】このように本実施形態によると、穿刺針２
００の刺入角度をアダプタ交換によらず自由に変えるこ
とができるようにしながらも、穿刺針２００の刺入方向
をガイドラインで表示することができるものである。つ
まり、穿刺針２００は、ポリマーゲル１００を介して被
検体に刺し入れられ、このポリマーゲル１００への穿刺
針２００の刺し入れにはアダプタのような制約がないの
で、被検体に対して任意の刺入角度で穿刺針を刺し入れ
ることができる。また、ポリマーゲル１００にどのよう
な角度で刺入しても、断層像のポリマーゲル部分から穿
刺針２００の像を高精度に抽出できるので、その穿刺針
２００の像に基づいて穿刺針２００の刺入方向をガイド
ライン３００として断層像上に示すことができる。しか
も、このガイドライン３００の表示は、実際に穿刺針２
００を被検体に刺し込む前、つまり穿刺針２００をポリ
マーゲルに刺し入れた段階で行うことができる。そし
て、上述の効果は全て、穿刺専用でなくて、一般的なプ
ローブを使って実現できる。

【００２１】本発明は、上述してきたような実施形態に
限定されることなく、種々変形して実施可能であること
は言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、穿刺針は、ポリマーゲルを
介して被検体に刺し入れられる。ポリマーゲルへの穿刺
針の刺し入れにはアダプタのような制約がないので、被
検体に対して任意の刺入角度で穿刺針を刺し入れること
ができる。また、ポリマーゲルにどのような角度で刺入
しても、断層像のポリマーゲル部分から穿刺針の像を高
精度に抽出できるので、その穿刺針の像に基づいて穿刺
針の刺入方向をガイドラインとして断層像上に示すこと
ができる。しかも、このガイドラインの表示は、実際に
穿刺針を被検体に刺し込む前、つまり穿刺針をポリマー
ゲルに刺し入れた段階で行うことができる。そして、上
述の効果は全て、穿刺専用でなくて、一般的なプローブ
を使って実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る超音波画像診断装置の構成を
示すブロック図。

【図２】本実施形態における穿刺術の様子を示す図。

【図３】穿刺針をポリマーゲルに刺し入れているが、被
検体には未だ刺し入れていないときの本実施形態による
画面表示例を示す図。

【図４】穿刺針を被検体に刺し入れた後の本実施形態に
よる画面表示例を示す図。

【図５】穿刺針の照準があっていないときの本実施形態
の画面表示例を示す図。

【符号の説明】

１…プローブ、 ２…送信ユニット、 ３…受信ユニット、 ４…Ｂモードユニット、 ５…表示ユニット、 ６…イメージプロセッサ、 ２１…クロック発生器、 ２２…レートパルス発生器、 ２３…送信遅延回路、 ２４…パルサ、 ３１…プリアンプ、 ３２…受信遅延回路、 ３３…加算器、 ４１…検波回路、 ４２…対数増幅器、 ４３…アナログディジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）、 ５１…ディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）、 ５２…ディジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａ）、 ５３…ディスプレイ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 穿刺針を被検体内に刺し入れて患部組織
   を採取する穿刺術をガイドするための超音波診断装置に
   おいて、 比較的厚みのあるポリマーゲルを介在させて前記被検体
   にあてられる超音波プローブと、 前記超音波プローブを駆動し、前記ポリマーゲルを介し
   て前記被検体内の断面を超音波で走査する手段と、 前記走査により得られるエコー信号に基づいて、前記ポ
   リマーゲル及び前記被検体の断面に関する断層像を生成
   する手段と、 前記断層像のポリマーゲル部分から前記穿刺針の像を抽
   出し、この抽出した穿刺針の像に基づいて前記穿刺針の
   刺入方向を示すガイドラインを前記断層像に合成する手
   段と、 前記ガイドラインと前記断層像との合成像を表示する手
   段とを具備することを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 【請求項２】 前記抽出した穿刺針の像に基づいて、前
   記穿刺針の刺入角度を計算する手段をさらに備えること
   を特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
3. 【請求項３】 前記抽出した穿刺針の像に基づいて、前
   記断層像に合成される穿刺針マークを作成する手段をさ
   らに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波画像
   診断装置。
4. 【請求項４】 前記超音波プローブは、リニア電子走査
   タイプであることを特徴とする請求項１記載の超音波画
   像診断装置。