超音波画像表示装置、超音波画像表示方法、内視鏡手術支援システム、超音波画像表示プログラム
【課題】被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる超音波画像表示装置を提供すること。
【解決手段】超音波プローブ５により、生体組織表面での超音波の反射波信号が取得されるとともに、生体組織内部での超音波の反射波信号が取得される。生体組織表面での反射波信号に基づいて、生体組織の表面における音響インピーダンスが算出され、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データが生成される。生体組織内部での反射波信号に基づいて、生体組織８の断層画像の画像データが生成される。表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、生体組織８の立体画像が生成されその立体画像が表示される。
【解決手段】超音波プローブ５により、生体組織表面での超音波の反射波信号が取得されるとともに、生体組織内部での超音波の反射波信号が取得される。生体組織表面での反射波信号に基づいて、生体組織の表面における音響インピーダンスが算出され、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データが生成される。生体組織内部での反射波信号に基づいて、生体組織８の断層画像の画像データが生成される。表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、生体組織８の立体画像が生成されその立体画像が表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して被検査物の立体画像を表示する超音波画像表示装置、超音波画像表示方法、内視鏡手術支援システム、超音波画像表示プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
具体的には、超音波顕微鏡を用いる場合、生体組織などの試料に超音波を照射しその反射波を検出することにより、音響パラメータ（音響インピーダンス、音速、減衰などのパラメータ）を算出して、その算出値に応じた超音波画像（音響インピーダンス像、音速像、減衰像など）を表示する。本発明者らは、パルス励起型の超音波顕微鏡を用いて生体組織の組織音速を算出し、その組織音速に応じた音速像を表示する装置をすでに提案している（例えば、特許文献１や非特許文献１参照）。さらに、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡を利用して生体組織の音響インピーダンス像を表示する装置も提案している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
パルス励起型超音波顕微鏡を用いて音速像を得るためには、生体組織の凍結切片を使用する必要がある。従って、摘出した生体組織を極めて薄く切り落として凍結切片にするといった準備作業が必要となる。これに対して、音響インピーダンス像を得る場合、生体組織を切り出して凍結切片にするといった準備作業の必要がなく、生体組織の表面を迅速に可視化することができる。
【０００５】
具体的には、音響インピーダンス像を得る場合、図１２に示されるように、樹脂プレート９０（透過部材）の上面に生体組織９１を密着させて支持し、その生体組織９１の周縁となる位置にリファレンス部材９２を設けている。そして、超音波振動子９３から樹脂プレート９０を介して生体組織９１及びリファレンス部材９２に超音波Ｓｏを照射する。
【０００６】
ここで、リファレンス部材９２においてその表面と直交する角度で照射される超音波（入射波）Ｓｏと反射波Ｓｒとは次式（１）の関係が成り立つ。
【数１】
【０００７】
ただし、Ｚｓは樹脂プレート９０の音響インピーダンスであり、Ｚｒはリファレンス部材９２の音響インピーダンスである。
【０００８】
また、生体組織９１においてその表面と直交する角度で照射される超音波Ｓｏと反射波Ｓｔとは次式（２）の関係が成り立つ。
【数２】
【０００９】
ただし、Ｚｔは生体組織９１の音響インピーダンスである。
【００１０】
従って、上記式（１），（２）から生体組織９１の音響インピーダンスＺｔは、次式（３）により求められる。
【数３】
【００１１】
この超音波画像検査装置において、音響インピーダンスＺｔを測定しながら超音波Ｓｏの照射点を二次元走査することにより、二次元の音響インピーダンス像が得られる。音響インピーダンスＺｔは、組織の硬さに関連するパラメータであり、音響インピーダンス像によって生体組織９１の性状を観察することができる。
【００１２】
また、本発明者らは、内視鏡を用いた手術において、超音波プローブにより患部の超音波画像を取得して手術を迅速に行う内視鏡手術支援システムを検討している。この種の従来技術としては、内視鏡に超音波プローブの機能を付加した超音波内視鏡が提案されている（例えば、特許文献３等）。特許文献３の超音波内視鏡では、直交する断層画像（超音波画像）を異なる走査方法で取得し、それら超音波画像を表示させることで患部の立体的な構造が確認される。
【特許文献１】特開２００５−２９１８２７号公報
【特許文献２】特開２００６−７８４０８号公報
【特許文献３】特開２００７−３７８４４号公報
【非特許文献１】「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記の音響インピーダンス像は、生体組織９１の表面画像であるため、その表面における組織の構造は確認することが可能であるが、その奥行き側の組織の構造は確認することができない。例えば、生体組織９１に癌組織が含まれる場合、組織表面における癌組織の分布は確認することができるが、その奥行き側の立体的な分布は確認することができない。従って、癌組織の摘出手術を行う場合、得られた表面情報に基づいて、癌組織の周囲の正常組織を傷つけないよう注意して手術する必要があり、癌組織を迅速に摘出することは困難であった。
【００１４】
特許文献３のように、従来の超音波内視鏡は、患部を断層画像として表示するものであり、この断層画像は比較的解像度が低い。また、患部の表面構造は内視鏡で取得した光学像によって確認することができるが、手術中の出血などによって患部表面が覆われると、その表面構造の確認が困難となる場合がある。この場合には、患部の癌組織とその周辺の正常組織とを区別することが困難となり、癌組織を迅速に摘出することが困難となってしまう。
【００１５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査物の立体的な構造をより正確に確認することができる超音波画像表示装置、超音波画像表示方法、超音波画像表示プログラムを提供することにある。また別の目的は、患部の立体的な構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる内視鏡手術支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するデータ生成手段と、前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、透過部材の第１面に被検査物が密着され、超音波振動子から超音波伝達媒体を伝達した超音波が透過部材を介してその第２面側から被検査物に照射される。この超音波の照射点は超音波走査手段によって一次元的または二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が第１信号検出回路により取得され、表面画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が第２信号検出回路により取得され、データ生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物における内部構造に関する内部データが生成される。さらに、画像表示手段により、表面画像の画像データと内部データとに基づいて、被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報が表示される。このようにすれば、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における断層画像の画像データを生成する断層画像生成手段と、前記表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、前記被検査物の立体画像を生成してその立体画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、超音波走査手段によって超音波の照射点が二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が第１信号検出回路により取得され、表面画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が第２信号検出回路により取得され、断層画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物における断層画像の画像データが生成される。そして、画像表示手段により、表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、被検査物の立体画像が生成されて表示される。このようにすれば、被検査物の立体的な構造を容易に確認することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記超音波振動子は、内部に超音波伝達媒体が充填可能な収容体を前記透過部材として備えた超音波プローブ内に設けられ、前記超音波走査手段は、前記超音波振動子を回転駆動させるロータ部を含んで構成されていることをその要旨とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、超音波プローブの収容体が透過部材で形成され、その内部に超音波伝達媒体が充填される。そして、その超音波プローブ内に超音波振動子が設けられ、超音波走査手段を構成するロータ部によりその超音波振動子が回転駆動される。このようにすれば、超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。また、直線的な移動で一次元走査または二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。よって、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な画像を生成することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記ロータ部は、円筒状に形成され、その回転軸を中心に回転するとともにその軸方向に移動することで、前記超音波振動子をスパイラル状に駆動させることをその要旨とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、ロータ部は、円筒状に形成されており、その回転軸を中心に回転されるとともにその軸方向に移動される。このロータ部により、超音波振動子がスパイラル状に駆動され、超音波のスパイラル走査が可能となる。このようにしても、この超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。また、直線的な移動で二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。よって、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な画像を生成することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４において、前記ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられていることをその要旨とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられているので、各超音波振動子１２により画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記複数の超音波振動子として、照射する超音波の焦点位置が前記透過部材の第１面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子よりも分解能が低い第２の超音波振動子とを含み、前記第１信号検出回路は、前記第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得し、前記第２信号検出回路は、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得することをその要旨とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、第１の超音波振動子は、照射する超音波の焦点位置が透過部材の第１面に設定されているので、その第１の超音波振動子から照射された超音波はその第１面（被検査物表面との界面）で確実に反射する。従って、被検査物表面での超音波の反射波信号を第１信号検出回路で正確に取得することができ、鮮明な表面画像を生成することができる。一方、第２の超音波振動子は、第１の超音波振動子よりも分解能が低い超音波振動子であり、照射する超音波の焦点位置が透過部材の第１面よりも後方となるよう焦点がぼかされている。この場合、その第２の超音波振動子から照射された超音波は、被検査物の内部に確実に伝搬する。そのため、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を第２信号検出回路で正確に取得することができ、被検査物の内部構造をより確実に確認することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記第１の超音波振動子から照射される超音波は、前記第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であることをその要旨とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、第１の超音波振動子から照射される超音波は第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であるため、超音波の焦点位置でのビーム幅を狭くすることができる。これにより、画像分解能を高めることができ、鮮明な表面画像を得ることができる。また、第２の超音波振動子から照射される超音波は低周波数であるため、被検査物の内部に確実に伝搬させることができ、その反射波信号に基づいて被検査物の内部構造をより確実に確認することができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、超音波を一次元的または二次元的に走査しながら被検査物に照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示方法であって、超音波を透過しうる透過部材の第１面に被検査物を密着させ、超音波振動子により、超音波伝達媒体及び前記透過部材を介してその透過部材の第２面側から前記被検査物に超音波を照射するステップと、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成するステップと、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するステップと、前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示するステップとを含むことを特徴とする超音波画像表示方法をその要旨とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、透過部材の第１面に被検査物が密着され、超音波振動子から超音波伝達媒体を伝達した超音波が透過部材を介してその第２面側から被検査物に照射される。この超音波の照射点が一次元的または二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が取得され、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されてその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が取得され、その反射波信号に基づいて、被検査物における内部構造に関する内部データが生成される。さらに、表面画像の画像データと内部データとに基づいて、被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報が表示される。このようにすれば、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波画像表示装置を備えた内視鏡手術支援システムをその要旨とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、超音波画像表示装置によって、被検査物としての患部の表面及び内部の構造を表示させることができるので、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の超音波画像表示方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波画像表示プログラムをその要旨とする。
【００３５】
請求項１０に記載の超音波画像表示プログラムをコンピュータに実行させることにより、被検査物の立体的な構造を確認することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳述したように、請求項１〜８，１０に記載の発明によると、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。請求項９に記載の発明によると、患部の表面構造に加えて内部構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
［第１の実施の形態］
【００３８】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における超音波画像表示装置１を示す概略構成図である。
【００３９】
超音波画像表示装置１は、超音波プローブユニット２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）３とから構成されている。超音波プローブユニット２とパソコン３とは例えばＵＳＢケーブル４を介して接続される。
【００４０】
超音波プローブユニット２は、超音波プローブ５と、先端部にその超音波プローブ５を着脱可能なハンドピース部６とを備える。この超音波プローブ５は、超音波を二次元走査しながら被検査物に照射して、その被検査物からの反射波を電気信号に変換して出力する機能を有している。このハンドピース部６はいわゆる把持部であって、手で把持可能な長さ及び直径を有している。それゆえ、この超音波プローブユニット２は、例えば、術中に医師などが患者の体の検査を行うために用いられる。この場合、使用者はハンドピース部６を手で持ち、超音波プローブ５を患者の体（被検査物としてのインビボの生体組織）８に直接当てるようにする。
【００４１】
具体的には、超音波プローブ５は、収容体としてのプローブケース１１と、超音波振動子１２と、超音波走査手段としての第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４と、リファレンス部材１５とを備える。プローブケース１１は、生体組織８とは異なる既知の音響インピーダンスを有し、超音波を透過しうる透過部材（例えば、アクリル樹脂）を用いて、先端部が略半球形状に形成されている。プローブケース１１の内部には、超音波伝達媒体（具体的には純水）Ｗ１が充填されている。
【００４２】
本実施の形態では、プローブケース１１の内部に第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４が収納されており、ケース先端側に設けられた第１ロータ部１３の外周面には、４個の超音波振動子１２が設けられている。これらの超音波振動子１２は、高分子系の圧電材料からなり、第１ロータ部１３の回転軸１３ａを中心として９０度離れた位置にそれぞれ設けられている。この構成であると、回転軸１３ａを中心とする重量バランスがよくなるので、振動の発生を確実に防止することができる。
【００４３】
超音波振動子１２が照射する超音波は、超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束されてプローブケース１１の外表面で焦点を結ぶようになっている。なお本実施形態では、超音波振動子１２が照射する超音波としては、例えば、中心周波数が８０ＭＨｚであり、帯域幅が５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）である。また、プローブケース１１において、生体組織８を密着させる外表面が第１面に相当し、超音波伝達媒体Ｗ１を接触させる内表面が第２面に相当する。
【００４４】
本実施の形態において、第１ロータ部１３は、超音波プローブユニット２の短手方向と平行な回転軸１３ａを介してハウジング１７に回転可能に支持されている。また、第２ロータ部１４は、超音波プローブユニット２の長手方向と平行な回転軸１４ａを介してハウジング１７を支持しており、そのハウジング１７とともに第１ロータ部１３を回転させる。これらロータ部１３，１４は、回転速度や回転位置が制御可能な周知の電動モータで構成される。なお、第１ロータ部１３への電源供給や超音波振動子１２に対する電気信号の授受は図示しないスリップリングを介して行われる。
【００４５】
また、プローブケース１１の外表面において超音波の照射点が走査される範囲内には、リファレンス部材１５（例えば、エポキシ樹脂）が設けられている。本実施形態のリファレンス部材１５は、例えば、エポキシ樹脂により形成される。従って、リファレンス部材１５は、アクリル樹脂からなるプローブケース１１とは異なる既知の音響インピーダンスを有している。
【００４６】
超音波プローブユニット２におけるハンドピース部６内には、各ロータ部１３，１４を駆動制御するロータ制御回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３などが設けられている。Ｉ／Ｆ回路２３としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路２３としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００４７】
図２は、超音波画像表示装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００４８】
図２に示されるように、超音波プローブユニット２におけるロータ制御回路２１は、各ロータ部１３，１４に接続されており、パソコン３から出力される駆動制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その駆動制御信号に基づいて各ロータ部１３，１４を駆動して各ロータ部１３，１４とともに超音波振動子１２を回転させる。具体的には、ロータ制御回路２１は、第１ロータ部１３を所定の回転速度で回転させ、第１ロータ部１３が１／４回転（９０°回転）する度に第２ロータ部１４を所定の角度だけ回転させる。これにより、プローブケース１１の外表面（つまり生体組織８の表面）に沿って超音波の照射点が二次元的に走査される。
【００４９】
信号処理回路２２は、送信回路２４、送受波分離回路２５、プリアンプ２６、対数増幅器２８、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０を備える。
【００５０】
送信回路２４は、超音波振動子１２を駆動させるためのパルスを発生させる回路であり、トリガ回路２４ａとパルス発生回路２４ｂとを備える。送信回路２４において、トリガ回路２４ａは、パソコン３から出力される制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その制御信号に基づいて第１ロータ部１３の回転に同期したトリガ信号を生成する。パルス発生回路２４ｂは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波振動子１２に供給されて超音波振動子１２から超音波が照射される。なお、本実施の形態では、第１ロータ部１３の回転により超音波振動子１２がプローブケース１１の先端側の走査範囲内に移動したときに、制御信号に基づいてトリガ信号が生成され、その走査範囲内でのみ超音波が照射されるようになっている。
【００５１】
本実施の形態の超音波振動子１２は、送受波兼用の振動子であり、生体組織８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路２５を介してプリアンプ２６に供給される。プリアンプ２６は、反射波の信号を増幅して出力する。
【００５２】
生体組織８から反射される超音波の反射波信号としては、組織表面での反射波信号と組織内部での反射波信号とを含み、表面では信号強度が比較的強く、内部に行くほど信号強度が弱くなる。従って、本実施の形態では、生体組織８表面での反射波信号と生体組織８内部での反射波信号とがそれぞれ異なる処理経路で取得される。
【００５３】
具体的には、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。また、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、対数増幅器２８でさらに対数増幅され、Ａ／Ｄ変換回路３０でＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。なお、本実施の形態では、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００５４】
パソコン３は、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。
【００５５】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、各ロータ部１３，１４による二次元走査を制御するためのプログラムや音響インピーダンスを算出するためのプログラム、超音波画像を生成して表示するためのプログラムなどを含む。
【００５６】
Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブユニット２との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、超音波プローブユニット２に制御信号（ロータ制御回路２１や送信回路２４への制御信号）を出力したり、超音波プローブユニット２からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２９，３０からＩ／Ｆ回路２３を介して転送されるデータ）を入力したりする。
【００５７】
表示装置３６は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、生体組織８の超音波画像（立体画像）や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置３５は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００５８】
記憶装置３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３４にインストールして利用する。
【００５９】
本実施の形態の超音波画像表示装置１では、第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）により取得した生体組織８表面の反射波信号に基づいて、音響インピーダンスを求め、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データを生成する。また、第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）により取得した生体組織８内部の反射波信号に基づいて、断層画像の画像データを生成する。そして、それら表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、図３のような立体画像３８を表示装置３６に表示させる。ここでは、組織表面の音響インピーダンスに基づいて癌組織３９を検出し、図３の立体画像３８において、癌組織３９をその周囲の正常組織４０と異なる色で表示させている。
【００６０】
次に、本実施の形態において、生体組織８の立体画像３８を表示させるための処理例について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、図４の処理は、例えば、患者の腹部を開腹して、癌組織３９がある患部に超音波プローブ５を接触させた状態で、入力装置３５に設けられている開始ボタンを操作したときに開始される。
【００６１】
まず、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてロータ制御回路２１により第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４が駆動され、超音波の照射点がリファレンス部材１５に位置するように移動される。またこのとき、励起パルスが超音波振動子１２に供給されると、リファレンス部材１５に超音波が照射され、その表面からの反射波が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で検出される。そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２９で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路２３，３２を介して取得し、そのデータに基づいてリファレンス部材１５の反射波の強度を判定してメモリ３３に一旦格納する（ステップ１００）。
【００６２】
その後、ＣＰＵ３１からの指示に基づいて、ロータ制御回路２１により各ロータ部１３，１４が駆動されて超音波の二次元走査が開始される。ＣＰＵ３１は、各ロータ部１３，１４の回転位置を判断しそれに基づいて測定点の座標データを取得する（ステップ１１０）。そして、生体組織８に超音波が照射され、その表面での反射波が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で検出される。ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２９で変換されたデジタルデータに基づいて組織表面における反射波の強度を判定してメモリ３３に一旦格納する（ステップ１２０）。またこのとき、生体組織８内部での反射波が第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）で検出される。そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路３０で変換されたデジタルデータを内部の反射波信号のデータとしてメモリ３３に一旦格納する。
【００６３】
表面画像生成手段としてのＣＰＵ３１は、得られたリファレンス部材１５及び生体組織８表面での反射波Ｓｒ，Ｓｔの強度と、リファレンス部材１５及びプローブケース１１の音響インピーダンスＺｒ，Ｚｓとを用いて、上記の式（３）に対応した演算処理を行い測定点での音響インピーダンスＺｔを算出する。そして、ＣＰＵ３１は、その音響インピーダンスＺｔを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じた表面画像（音響インピーダンス像）の画像データを生成し、測定点の座標データに関連付けて該画像データをメモリ３３に記憶する（ステップ１３０）。
【００６４】
さらに、断層画像生成手段（データ生成手段）としてのＣＰＵ３１は、生体組織８内部での反射波信号に基づいて、輝度変調処理を行うことで反射波信号の振幅（信号強度）に応じた輝度の画像データを生成し、測定点の座標データに関連付けて該画像データをメモリ３３に記憶する（ステップ１４０）。
【００６５】
ＣＰＵ３１は、全ての測定点での処理が終了し、１画面分の画像データが取得されたか否かを判断する（ステップ１５０）。ここで、全データが取得されていない場合、ＣＰＵ３１は、ステップ１１０に戻って、ステップ１１０〜１５０の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合にはステップ１６０に移行する。そして、画像表示手段としてのＣＰＵ３１は、メモリ３３に記憶した表面画像及び断層画像の画像データを読み出し、各画像データに基づいて生体組織８の立体画像３８のデータを生成する。
【００６６】
具体的には、音響インピーダンスは、生体組織８の硬さに関連するパラメータであり、癌組織３９は正常組織４０よりも硬い組織である。従って、組織表面の音響インピーダンスＺｔに基づいて、二次元的な癌組織３９の分布を検出することができる。さらに、断層画像の画像データに基づいて、奥行き側における癌組織３９と正常組織４０との境界面を検出して、その検出結果に基づいて、癌組織３９の立体画像３８のデータを生成する。その後、生成した立体画像３８のデータを表示装置３６に転送して該データに応じた立体画像３８を表示させた後、図４の処理を終了する。
【００６７】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００６８】
（１）本実施の形態の超音波画像表示装置１において、生体組織８表面での反射波信号が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で取得され、その反射波信号に基づいて表面画像の画像データが生成される。また、生体組織８内部での反射波信号が第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）で取得され、その反射波信号に基づいて断層画像の画像データが生成される。そして、表面画像の画像データと断層画像の画像データとに基づいて、生体組織８の立体画像３８を生成してその立体画像３８を表示することができる。そして、その立体画像３８において、生体組織８表面における癌組織３９の二次元的な分布に加え、奥行き側の立体的な分布を容易に確認することができる。これにより、癌組織３９の摘出手術を迅速に行うことが可能となる。
【００６９】
（２）本実施の形態の超音波画像表示装置１では、超音波走査手段として第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４を備え、各ロータ部１３，１４を回転駆動することにより、超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。またこの場合、直線的な移動で二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。これにより、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な立体画像３８を生成することができる。
【００７０】
（３）本実施の形態の超音波画像表示装置１では、第１ロータ部１３の外周面に複数の超音波振動子１２が設けられているので、各超音波振動子１２によって画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。
【００７１】
（４）本実施の形態の超音波プローブ５では、超音波伝達媒体Ｗ１として純水をプローブケース１１内に充填したので、高周波数の超音波の減衰を低減することができ、音響インピーダンスＺｔを高い精度で求めることができる。また、イオンを含まない純水には電気が殆ど流れない。従って、プローブケース１１内に電動モータ等の電気部品を収容したときでもショートの発生を心配しなくてもよく、絶縁構造を省略することが可能である。
［第２の実施の形態］
【００７２】
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００７３】
図５に示されるように、本実施の形態の超音波画像表示装置４１は、パルス励起型超音波顕微鏡４２とパソコン３とを備える。パルス励起型超音波顕微鏡４２は、試料ステージ４４を有する顕微鏡本体４５と、試料ステージ４４の下方に設置された超音波プローブ４６とを備える。そのパルス励起型超音波顕微鏡４２の超音波プローブ４６がパソコン３と電気的に接続されている。
【００７４】
本実施の形態の試料ステージ４４は、ユーザの手動操作により、水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。この試料ステージ４４には、生体組織４８を載置した樹脂プレート４９が固定されている。なお、生体組織４８は、例えば、ラットの小脳から切り出した脳組織であり、３００μｍ〜４００μｍの厚さを有する。また、樹脂プレート４９としては、超音波を透過する透過部材であるアクリル板などが用いられる。この樹脂プレート４９の上面（第１面）において生体組織４８のセット部の周縁にリファレンス部材５０が設けられている。
【００７５】
超音波プローブ４６は、水などの超音波伝達媒体Ｗ１を貯留可能な貯留部５１をその先端部に有するプローブ本体５２と、プローブ本体５２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ５３と、プローブ本体５２を前記試料ステージ４４の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ５４（超音波走査手段）とを備える。プローブ本体５２の貯留部５１は上部が開口しており、その貯留部５１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ４６が試料ステージ４４の下方に設置されている。
【００７６】
超音波トランスデューサ５３は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子５６（超音波振動子）とサファイアロッドの音響レンズ５７とからなり、パルス励起されることで樹脂プレート４９の下面（第２面）側から生体組織４８に対して超音波を照射する。超音波トランスデューサ５３が照射する超音波は、貯留部５１の超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束されて樹脂プレート４９の上面（生体組織４８の表面）で焦点を結ぶようになっている。なお、超音波トランスデューサ５３としては、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。
【００７７】
図６は、超音波画像表示装置４１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００７８】
図６に示されるように、超音波プローブ４６は、超音波トランスデューサ５３と、Ｘ−Ｙステージ５４と、Ｉ／Ｆ回路２３と、送信回路２４と、送受波分離回路２５と、プリアンプ２６と、対数増幅器２８と、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０と、エンコーダ５９と、コントローラ６０とを備える。なお、Ｉ／Ｆ回路２３、送信回路２４、送受波分離回路２５、プリアンプ２６、対数増幅器２８、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０は上述した第１の実施の形態と同じ回路構成である。
【００７９】
Ｘ−Ｙステージ５４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ５４Ｘ及びＹステージ５４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ５４Ｘ，５４Ｙを駆動するモータ６１Ｘ，６１Ｙを備えている。これらのモータ６１Ｘ，６１Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
【００８０】
各モータ６１Ｘ，６１Ｙにはコントローラ６０が接続されており、該コントローラ６０の駆動信号に応答してモータ６１Ｘ，６１Ｙが駆動される。これらモータ６１Ｘ，６１Ｙの駆動により、Ｘステージ５４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ５４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ５４の高速走査が可能となっている。
【００８１】
また、本実施の形態においては、Ｘステージ５４Ｘに対応してエンコーダ５９が設けられ、エンコーダ５９によりＸステージ５４Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲（例えば、縦横２ｍｍの走査範囲）を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ５９によって検出されパソコン３に取り込まれる。パソコン３はそのエンコーダ５９の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をコントローラ６０に供給する。コントローラ６０は、この駆動制御信号に基づいてモータ６１Ｘを駆動する。また、コントローラ６０は、エンコーダ５９の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ６１Ｙを駆動して、Ｙステージ５４ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
【００８２】
さらに、コントローラ６０は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成して送信回路２４に供給する。これにより、送信回路２４において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波トランスデューサ５３に供給される結果、超音波トランスデューサ５３から超音波が照射される。
【００８３】
超音波トランスデューサ５３の薄膜圧電素子５６は、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織４８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路２５を介してプリアンプ２６に供給されて増幅される。
【００８４】
プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。また、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、対数増幅器２８でさらに対数増幅され、Ａ／Ｄ変換回路３０でＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。なお、本実施の形態においても、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００８５】
パソコン３は、上記第１の実施の形態と同様に、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６（図６では図示略）を備え、超音波顕微鏡４２で取得した各反射波信号に基づいて、超音波画像を生成して表示する。
【００８６】
具体的には、第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）により取得した生体組織４８表面の反射波信号に基づいて、音響インピーダンスを求め、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データを生成する。また、第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）により取得した生体組織４８内部の反射波信号に基づいて、断層画像の画像データを生成する。そして、それら表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、生体組織４８の立体画像を表示装置３６に表示させる。
【００８７】
このように、本実施の形態の超音波画像表示装置４１においても、第１の実施の形態と同様に、生体組織４８の立体画像を生成してその立体画像を表示することができるため、生体組織４８の性状を容易に確認することができる。
［第３の実施の形態］
【００８８】
次に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００８９】
本実施の形態の超音波画像表示装置は、第１の実施の形態の超音波プローブユニット２に代えて図７の超音波プローブ７１を備え、内視鏡を用いた内視鏡手術の支援システムを構成する装置として使用される。
【００９０】
図７に示されるように、超音波プローブ７１において、収容体としてのプローブケース７２内の先端部にはロータ部７３が配置されている。プローブケース７２は、超音波を透過しうる透過部材を用い、外径が５ｍｍ程度の円筒状に形成されている。そして、このプローブケース７２において、ロータ部７３が配置される外周面の一部にリファレンス部材７４が設けられている。ロータ部７３は、円筒状に形成されており、その回転軸を中心に回転する。このロータ部７３の外周面には、複数（具体的には４個）の超音波振動子７５が設けられている。また、プローブケース７２の基端側には、ロータ部７３をプローブケース７２の軸方向に移動させる移動機構７６が設けられている。
【００９１】
超音波プローブ７１では、ロータ部７３と移動機構７６とにより超音波走査手段が構成され、ロータ部７３が回転するとともにその軸方向に移動することにより、超音波振動子７５がスパイラル状に駆動される。これにより、超音波の照射点が二次元的に走査される。
【００９２】
図８は、本実施の形態における超音波画像表示装置７０の電気的な構成を示すブロック図である。
【００９３】
図８に示されるように、超音波プローブ７１は、ロータ部７３と移動機構７６とを駆動制御するロータ制御部７７と、超音波を送受信するための信号処理回路２２と、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３とを備える。なお、信号処理回路２２及びＩ／Ｆ回路２３は、第１の実施の形態と同じ回路構成である。
【００９４】
また、パソコン３は、通信ケーブル７８などを介してＭＲＩ装置７９に接続可能に構成され、手術前にＭＲＩ装置７９で取得された検査画像のデータを取り込んでメモリ３３に記憶する。
【００９５】
本実施の形態では、超音波プローブ７１の先端を患者の体内に挿入して患部に接触させ、その状態で超音波を二次元走査することにより、その患部の立体画像（超音波画像）を生成する。そして、その立体画像の画像データをＭＲＩ装置７９の検査画像の画像データに重ね合わせて重合像データを生成し、そのデータに基づいて重合像を表示装置３６に表示させる。この重合像は、ＭＲＩ装置７９で取得した三次元の検査画像に対して、超音波画像を三次元的に重ねがきした加工画像であり、この画像を確認することにより、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
また、内視鏡手術では、内視鏡で取得した光学像によって患部表面の状態を確認することができるが、手術中の出血などによって患部表面が覆われるとその表面構造の確認が困難となる。このような場合、超音波プローブ７１を用いれば、患部の表面構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【００９６】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施の形態では、第１信号検出回路と第２信号検出回路とでプリアンプ２６を共通化していたが、図９のように、プリアンプ２６，２７を個別に設けてもよい。なおこの場合、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２７、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００９７】
・上記第１及び第３の実施の形態において、ロータ部１３，７３には４個の超音波振動子１２，７５が設けられていたが、この個数は適宜変更することができる。また、超音波振動子１２，７５としては、照射する超音波の焦点距離や周波数が異なる２種類以上の振動子を用いてもよい。例えば、複数の超音波振動子１２として、焦点位置がプローブケース１１の外表面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、焦点位置が外表面よりも外側に設定された低分解用の第２の超音波振動子とをロータ部１３に設ける。なお、第１の超音波振動子は、第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数（例えば、５ＭＨｚ）よりも高い周波数（例えば、８０ＭＨｚ）の超音波を照射するものを使用する。そして、第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を第１信号検出回路で取得し、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を第２信号検出回路で取得するように構成する。この場合、第１の超音波振動子から照射される超音波は高周波数であるため、その焦点位置でのビーム幅を狭くすることができる。また、第１の超音波振動子から照射される超音波は、生体組織表面で確実に反射するため、反射波信号に基づいて音響インピーダンスを正確に求めることができ、より鮮明な音響インピーダンス像（表面画像）を得ることができる。一方、第２の超音波振動子から照射された超音波は、低周波数であり、その焦点位置がプローブケース１１の外側（後方）となるよう焦点がぼかされている。そのため、生体組織８の内部に超音波が確実に伝搬し、その超音波の反射波信号に基づいて、生体組織８の内部構造を確実に確認することができる。
【００９８】
・上記各実施の形態では、異なる周波数成分（５０ＭＨｚ〜１０５ＭＨｚ）を含む広帯域の超音波を超音波振動子１２，７５から照射するものであるため、生体組織８，４８からの各反射波信号も広帯域の周波数成分を有している。従って、各信号検出回路において、特定の周波数の反射波信号を検出し、その反射波信号を用いて、表面画像や断層画像の画像データを生成するように構成することもできる。具体的には、例えば、第１信号検出回路において反射波信号における高周波側の信号成分を抽出し、その高周波側の信号成分を用いて音響インピーダンス像の画像データを生成する。この場合、画像分解能を高めることができ、より鮮明な音響インピーダンス像を得ることができる。
【００９９】
・上記第３の実施の形態では、内視鏡（図示略）とは別に超音波プローブ７１を設けるものであったが、図１０に示されるように、対物レンズ８１やライトガイド８２などを備える内視鏡８３の先端に超音波プローブ７１を一体的に設けてもよい。この場合、内視鏡８３によって取得される光学像と超音波プローブ７１によって取得される立体画像との位置ズレを防止することができる。その結果、各画像を確実に比較することができ、患部の状態をより厳密に確認することができる。
【０１００】
・上記第３の実施の形態では、手術前の検査画像としてＭＲＩ装置７９の画像を用いたが、これに代えてＣＴ装置などの別の検査装置の画像を用いてもよい。
【０１０１】
・上記各実施の形態では、癌組織３９を検出してその癌組織３９を立体的に表示するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、断層画像の画像データに基づいて、癌組織３９の周辺の血管（特に動脈血管）を検出し、癌組織３９とともにその血管を表示するように構成してもよい。この場合、血管を考慮して癌組織３９を摘出することが可能となり、その摘出手術を迅速に行うことができる。
・上記各実施の形態では、超音波の照射点を二次元的に走査して得られた反射波信号に基づいて生体組織８，４８を立体的に表示するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態の超音波プローブ５において、第２のロータ部１４を省略し、第１のロータ部１３のみで超音波走査手段を構成する。そして、その超音波プローブ５を生体組織８表面に接触させて超音波を一次元的に走査し、得られた反射波信号に基づいて、生体組織８表面での所定の検査ライン上の音響インピーダンスＺｔを取得するとともに、その検査ライン上での断層画像のデータを取得する。さらに、その音響インピーダンスＺｔのデータと断層画像のデータとに基づいて、図１１のような超音波画像８５を表示装置３６に表示させる。この超音波画像８５では、生体組織８表面に対応するラインＬ１（画像上端のライン）は、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じて色分けされてカラー表示される。また、超音波画像８５では、生体組織８内部における癌組織３９の分布が表示される。具体的には、生体組織８表面におけるラインＬ１での音響インピーダンスＺｔに基づいて、癌組織３９と正常組織４０とが判別され、断層画像のデータに基づいて、奥行き側における癌組織３９と正常組織４０との境界面が検出される。そして、その検出結果に応じて、癌組織３９が正常組織４０と異なる色で表示される。このようにしても、生体組織８における表面及び内部での癌組織３９の分布を確認することができ、癌組織３９の摘出手術を迅速に行うことが可能となる。
さらに、上記各実施の形態の超音波画像表示装置１，４１，７０において、超音波の照射点を一次元的に走査して図１１のような超音波画像８５を表示させる表示機能を付加してもよい。またこの場合、超音波の二次元走査により得られた立体画像３８と、一次元走査により得られた超音波画像８５とを適宜切り替えて表示させるように構成してもよい。
【０１０２】
・上記第１の実施の形態では、立体画像３８を表示することで生体組織８における癌組織３９の立体構造を確認するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、癌組織３９の奥行き側の構造（癌組織３９の厚さ）を矢印の長さなどで表示するように構成してもよい。なおこの場合、断層画像の画像データに基づいて、癌組織３９と正常組織４０との境界位置を判断することにより、内部構造に関する情報として癌組織３９の厚さのデータ（内部データ）を生成し、その厚さに対応する長さの矢印を表示する。このようにしても、生体組織８の内部構造を容易に確認することができる。
【０１０３】
・上記各実施の形態では、生体組織８，４８表面における音響インピーダンスＺｔを測定して表面画像の画像データを得るものであったが、音響インピーダンスＺｔ以外に、密度や体積弾性率などの音響パラメータを測定して、表面画像の画像データを得るように構成してもよい。
【０１０４】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【０１０５】
（１）請求項１乃至７のいずれか１項において、ＭＲＩ装置またはＣＴ装置で取得された検査画像の画像データを記憶する記憶手段と、前記立体画像の画像データを前記検査画像の画像データに重ね合わせて重合像データを生成する重合像データ生成手段とをさらに備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０６】
（２）請求項１乃至７のいずれか１項において、前記被検査物は生体組織であり、前記画像表示手段は、前記音響パラメータとしての音響インピーダンスに基づいて、前記生体組織における癌組織を検出し、その癌組織を立体的に表示することを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０７】
（３）上記（２）において、前記画像表示手段は、前記癌組織の周辺の血管を検出し、前記癌組織とともに血管を表示することを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０８】
（４）請求項１乃至５のいずれか１項において、前記超音波振動子は、パルス励起されることによって異なる周波数成分を含む超音波を照射するものであり、前記表面画像生成手段は、前記反射波信号における高周波側の信号成分を用いて表面画像を生成するようにしたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０９】
（５）請求項２において、前記超音波振動子は内視鏡の先端部の近傍に装着され、前記内視鏡を使った手術の支援情報として前記立体画像が表示されることを特徴とする超音波画像表示装置。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明を具体化した第１の実施の形態の超音波画像表示装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図３】生体組織の立体画像を示す斜視図。
【図４】立体画像の表示処理を示すフローチャート。
【図５】第２の実施の形態の超音波画像表示装置を示す概略構成図。
【図６】第２の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図７】第３の実施の形態の超音波プローブを示す斜視図。
【図８】第３の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図９】別の実施の形態における信号検出回路を示すブロック図。
【図１０】超音波プローブを有する内視鏡を示す斜視図。
【図１１】生体組織の超音波画像を示す説明図。
【図１２】音響インピーダンスの測定方法を示す説明図。
【符号の説明】
【０１１１】
１，４１，７０…超音波画像表示装置
５，７１…超音波プローブ
８，４８…被検査物としての生体組織
１１，７２…透過部材としてのプローブケース
１２，７５…超音波振動子
１３，１４，７３…超音波走査手段を構成するロータ部
２６…第１信号検出回路を構成するプリアンプ
２７…第２信号検出回路を構成するプリアンプ
２８…第２信号検出回路を構成する対数増幅器
２９…第１信号検出回路を構成するＡ／Ｄ変換回路
３０…第２信号検出回路を構成するＡ／Ｄ変換回路
３１…表面画像生成手段、断層画像生成手段、データ生成手段、画像表示手段としてのＣＰＵ
３８…立体画像
４９…透過部材としての樹脂プレート
５４…超音波走査手段としてのＸ−Ｙステージ
５６…超音波振動子としての薄膜圧電素子
７６…超音波走査手段を構成する移動機構
Ｗ１…超音波伝達媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して被検査物の立体画像を表示する超音波画像表示装置、超音波画像表示方法、内視鏡手術支援システム、超音波画像表示プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療分野では、生体組織の診断を行う装置として、超音波顕微鏡を応用した製品の開発が進められており、高解像度で生体組織の観察が可能なものが実用化されている。光学顕微鏡では生体組織における化学的性質の違いを例えば染色によって区別するのに対し、超音波顕微鏡では物理的性質の違いを無染色で区別することができる。つまり、超音波顕微鏡を用いる場合には、染色を行わなくても生体組織診断を行うことができるといった利点がある。
【０００３】
具体的には、超音波顕微鏡を用いる場合、生体組織などの試料に超音波を照射しその反射波を検出することにより、音響パラメータ（音響インピーダンス、音速、減衰などのパラメータ）を算出して、その算出値に応じた超音波画像（音響インピーダンス像、音速像、減衰像など）を表示する。本発明者らは、パルス励起型の超音波顕微鏡を用いて生体組織の組織音速を算出し、その組織音速に応じた音速像を表示する装置をすでに提案している（例えば、特許文献１や非特許文献１参照）。さらに、本発明者らはパルス励起型の超音波顕微鏡を利用して生体組織の音響インピーダンス像を表示する装置も提案している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
パルス励起型超音波顕微鏡を用いて音速像を得るためには、生体組織の凍結切片を使用する必要がある。従って、摘出した生体組織を極めて薄く切り落として凍結切片にするといった準備作業が必要となる。これに対して、音響インピーダンス像を得る場合、生体組織を切り出して凍結切片にするといった準備作業の必要がなく、生体組織の表面を迅速に可視化することができる。
【０００５】
具体的には、音響インピーダンス像を得る場合、図１２に示されるように、樹脂プレート９０（透過部材）の上面に生体組織９１を密着させて支持し、その生体組織９１の周縁となる位置にリファレンス部材９２を設けている。そして、超音波振動子９３から樹脂プレート９０を介して生体組織９１及びリファレンス部材９２に超音波Ｓｏを照射する。
【０００６】
ここで、リファレンス部材９２においてその表面と直交する角度で照射される超音波（入射波）Ｓｏと反射波Ｓｒとは次式（１）の関係が成り立つ。
【数１】
【０００７】
ただし、Ｚｓは樹脂プレート９０の音響インピーダンスであり、Ｚｒはリファレンス部材９２の音響インピーダンスである。
【０００８】
また、生体組織９１においてその表面と直交する角度で照射される超音波Ｓｏと反射波Ｓｔとは次式（２）の関係が成り立つ。
【数２】
【０００９】
ただし、Ｚｔは生体組織９１の音響インピーダンスである。
【００１０】
従って、上記式（１），（２）から生体組織９１の音響インピーダンスＺｔは、次式（３）により求められる。
【数３】
【００１１】
この超音波画像検査装置において、音響インピーダンスＺｔを測定しながら超音波Ｓｏの照射点を二次元走査することにより、二次元の音響インピーダンス像が得られる。音響インピーダンスＺｔは、組織の硬さに関連するパラメータであり、音響インピーダンス像によって生体組織９１の性状を観察することができる。
【００１２】
また、本発明者らは、内視鏡を用いた手術において、超音波プローブにより患部の超音波画像を取得して手術を迅速に行う内視鏡手術支援システムを検討している。この種の従来技術としては、内視鏡に超音波プローブの機能を付加した超音波内視鏡が提案されている（例えば、特許文献３等）。特許文献３の超音波内視鏡では、直交する断層画像（超音波画像）を異なる走査方法で取得し、それら超音波画像を表示させることで患部の立体的な構造が確認される。
【特許文献１】特開２００５−２９１８２７号公報
【特許文献２】特開２００６−７８４０８号公報
【特許文献３】特開２００７−３７８４４号公報
【非特許文献１】「医用超音波：パルス励起型超音波音速顕微鏡」（「超音波TECHNO」VOL.15 No.6(2003.11〜12)（１０１〜１０５頁）日本工業出版社発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記の音響インピーダンス像は、生体組織９１の表面画像であるため、その表面における組織の構造は確認することが可能であるが、その奥行き側の組織の構造は確認することができない。例えば、生体組織９１に癌組織が含まれる場合、組織表面における癌組織の分布は確認することができるが、その奥行き側の立体的な分布は確認することができない。従って、癌組織の摘出手術を行う場合、得られた表面情報に基づいて、癌組織の周囲の正常組織を傷つけないよう注意して手術する必要があり、癌組織を迅速に摘出することは困難であった。
【００１４】
特許文献３のように、従来の超音波内視鏡は、患部を断層画像として表示するものであり、この断層画像は比較的解像度が低い。また、患部の表面構造は内視鏡で取得した光学像によって確認することができるが、手術中の出血などによって患部表面が覆われると、その表面構造の確認が困難となる場合がある。この場合には、患部の癌組織とその周辺の正常組織とを区別することが困難となり、癌組織を迅速に摘出することが困難となってしまう。
【００１５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検査物の立体的な構造をより正確に確認することができる超音波画像表示装置、超音波画像表示方法、超音波画像表示プログラムを提供することにある。また別の目的は、患部の立体的な構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる内視鏡手術支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するデータ生成手段と、前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、透過部材の第１面に被検査物が密着され、超音波振動子から超音波伝達媒体を伝達した超音波が透過部材を介してその第２面側から被検査物に照射される。この超音波の照射点は超音波走査手段によって一次元的または二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が第１信号検出回路により取得され、表面画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が第２信号検出回路により取得され、データ生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物における内部構造に関する内部データが生成される。さらに、画像表示手段により、表面画像の画像データと内部データとに基づいて、被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報が表示される。このようにすれば、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における断層画像の画像データを生成する断層画像生成手段と、前記表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、前記被検査物の立体画像を生成してその立体画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする超音波画像表示装置をその要旨とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、超音波走査手段によって超音波の照射点が二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が第１信号検出回路により取得され、表面画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が第２信号検出回路により取得され、断層画像生成手段により、その反射波信号に基づいて、被検査物における断層画像の画像データが生成される。そして、画像表示手段により、表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、被検査物の立体画像が生成されて表示される。このようにすれば、被検査物の立体的な構造を容易に確認することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記超音波振動子は、内部に超音波伝達媒体が充填可能な収容体を前記透過部材として備えた超音波プローブ内に設けられ、前記超音波走査手段は、前記超音波振動子を回転駆動させるロータ部を含んで構成されていることをその要旨とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、超音波プローブの収容体が透過部材で形成され、その内部に超音波伝達媒体が充填される。そして、その超音波プローブ内に超音波振動子が設けられ、超音波走査手段を構成するロータ部によりその超音波振動子が回転駆動される。このようにすれば、超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。また、直線的な移動で一次元走査または二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。よって、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な画像を生成することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記ロータ部は、円筒状に形成され、その回転軸を中心に回転するとともにその軸方向に移動することで、前記超音波振動子をスパイラル状に駆動させることをその要旨とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、ロータ部は、円筒状に形成されており、その回転軸を中心に回転されるとともにその軸方向に移動される。このロータ部により、超音波振動子がスパイラル状に駆動され、超音波のスパイラル走査が可能となる。このようにしても、この超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。また、直線的な移動で二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。よって、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な画像を生成することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４において、前記ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられていることをその要旨とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられているので、各超音波振動子１２により画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記複数の超音波振動子として、照射する超音波の焦点位置が前記透過部材の第１面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子よりも分解能が低い第２の超音波振動子とを含み、前記第１信号検出回路は、前記第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得し、前記第２信号検出回路は、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得することをその要旨とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、第１の超音波振動子は、照射する超音波の焦点位置が透過部材の第１面に設定されているので、その第１の超音波振動子から照射された超音波はその第１面（被検査物表面との界面）で確実に反射する。従って、被検査物表面での超音波の反射波信号を第１信号検出回路で正確に取得することができ、鮮明な表面画像を生成することができる。一方、第２の超音波振動子は、第１の超音波振動子よりも分解能が低い超音波振動子であり、照射する超音波の焦点位置が透過部材の第１面よりも後方となるよう焦点がぼかされている。この場合、その第２の超音波振動子から照射された超音波は、被検査物の内部に確実に伝搬する。そのため、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を第２信号検出回路で正確に取得することができ、被検査物の内部構造をより確実に確認することができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記第１の超音波振動子から照射される超音波は、前記第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であることをその要旨とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、第１の超音波振動子から照射される超音波は第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であるため、超音波の焦点位置でのビーム幅を狭くすることができる。これにより、画像分解能を高めることができ、鮮明な表面画像を得ることができる。また、第２の超音波振動子から照射される超音波は低周波数であるため、被検査物の内部に確実に伝搬させることができ、その反射波信号に基づいて被検査物の内部構造をより確実に確認することができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、超音波を一次元的または二次元的に走査しながら被検査物に照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示方法であって、超音波を透過しうる透過部材の第１面に被検査物を密着させ、超音波振動子により、超音波伝達媒体及び前記透過部材を介してその透過部材の第２面側から前記被検査物に超音波を照射するステップと、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成するステップと、前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するステップと、前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示するステップとを含むことを特徴とする超音波画像表示方法をその要旨とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、透過部材の第１面に被検査物が密着され、超音波振動子から超音波伝達媒体を伝達した超音波が透過部材を介してその第２面側から被検査物に照射される。この超音波の照射点が一次元的または二次元的に走査され、被検査物で反射した超音波が超音波振動子により電気信号に変換される。そして、被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号が取得され、その反射波信号に基づいて、被検査物表面の音響パラメータが算出されてその音響パラメータに応じた表面画像の画像データが生成される。また、被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号が取得され、その反射波信号に基づいて、被検査物における内部構造に関する内部データが生成される。さらに、表面画像の画像データと内部データとに基づいて、被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報が表示される。このようにすれば、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波画像表示装置を備えた内視鏡手術支援システムをその要旨とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、超音波画像表示装置によって、被検査物としての患部の表面及び内部の構造を表示させることができるので、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の超音波画像表示方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波画像表示プログラムをその要旨とする。
【００３５】
請求項１０に記載の超音波画像表示プログラムをコンピュータに実行させることにより、被検査物の立体的な構造を確認することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上詳述したように、請求項１〜８，１０に記載の発明によると、被検査物の表面構造に加え、その奥行き側の内部構造を確認することができる。請求項９に記載の発明によると、患部の表面構造に加えて内部構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
［第１の実施の形態］
【００３８】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施の形態における超音波画像表示装置１を示す概略構成図である。
【００３９】
超音波画像表示装置１は、超音波プローブユニット２と、パーソナルコンピュータ（パソコン）３とから構成されている。超音波プローブユニット２とパソコン３とは例えばＵＳＢケーブル４を介して接続される。
【００４０】
超音波プローブユニット２は、超音波プローブ５と、先端部にその超音波プローブ５を着脱可能なハンドピース部６とを備える。この超音波プローブ５は、超音波を二次元走査しながら被検査物に照射して、その被検査物からの反射波を電気信号に変換して出力する機能を有している。このハンドピース部６はいわゆる把持部であって、手で把持可能な長さ及び直径を有している。それゆえ、この超音波プローブユニット２は、例えば、術中に医師などが患者の体の検査を行うために用いられる。この場合、使用者はハンドピース部６を手で持ち、超音波プローブ５を患者の体（被検査物としてのインビボの生体組織）８に直接当てるようにする。
【００４１】
具体的には、超音波プローブ５は、収容体としてのプローブケース１１と、超音波振動子１２と、超音波走査手段としての第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４と、リファレンス部材１５とを備える。プローブケース１１は、生体組織８とは異なる既知の音響インピーダンスを有し、超音波を透過しうる透過部材（例えば、アクリル樹脂）を用いて、先端部が略半球形状に形成されている。プローブケース１１の内部には、超音波伝達媒体（具体的には純水）Ｗ１が充填されている。
【００４２】
本実施の形態では、プローブケース１１の内部に第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４が収納されており、ケース先端側に設けられた第１ロータ部１３の外周面には、４個の超音波振動子１２が設けられている。これらの超音波振動子１２は、高分子系の圧電材料からなり、第１ロータ部１３の回転軸１３ａを中心として９０度離れた位置にそれぞれ設けられている。この構成であると、回転軸１３ａを中心とする重量バランスがよくなるので、振動の発生を確実に防止することができる。
【００４３】
超音波振動子１２が照射する超音波は、超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束されてプローブケース１１の外表面で焦点を結ぶようになっている。なお本実施形態では、超音波振動子１２が照射する超音波としては、例えば、中心周波数が８０ＭＨｚであり、帯域幅が５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）である。また、プローブケース１１において、生体組織８を密着させる外表面が第１面に相当し、超音波伝達媒体Ｗ１を接触させる内表面が第２面に相当する。
【００４４】
本実施の形態において、第１ロータ部１３は、超音波プローブユニット２の短手方向と平行な回転軸１３ａを介してハウジング１７に回転可能に支持されている。また、第２ロータ部１４は、超音波プローブユニット２の長手方向と平行な回転軸１４ａを介してハウジング１７を支持しており、そのハウジング１７とともに第１ロータ部１３を回転させる。これらロータ部１３，１４は、回転速度や回転位置が制御可能な周知の電動モータで構成される。なお、第１ロータ部１３への電源供給や超音波振動子１２に対する電気信号の授受は図示しないスリップリングを介して行われる。
【００４５】
また、プローブケース１１の外表面において超音波の照射点が走査される範囲内には、リファレンス部材１５（例えば、エポキシ樹脂）が設けられている。本実施形態のリファレンス部材１５は、例えば、エポキシ樹脂により形成される。従って、リファレンス部材１５は、アクリル樹脂からなるプローブケース１１とは異なる既知の音響インピーダンスを有している。
【００４６】
超音波プローブユニット２におけるハンドピース部６内には、各ロータ部１３，１４を駆動制御するロータ制御回路２１、超音波を送受信するための信号処理回路２２、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３などが設けられている。Ｉ／Ｆ回路２３としては、パソコン等の標準インターフェースであるＵＳＢインターフェースが用いられる。なお、Ｉ／Ｆ回路２３としては、ＵＳＢインターフェースの他にＩＥＥＥ１３９４インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。
【００４７】
図２は、超音波画像表示装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００４８】
図２に示されるように、超音波プローブユニット２におけるロータ制御回路２１は、各ロータ部１３，１４に接続されており、パソコン３から出力される駆動制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その駆動制御信号に基づいて各ロータ部１３，１４を駆動して各ロータ部１３，１４とともに超音波振動子１２を回転させる。具体的には、ロータ制御回路２１は、第１ロータ部１３を所定の回転速度で回転させ、第１ロータ部１３が１／４回転（９０°回転）する度に第２ロータ部１４を所定の角度だけ回転させる。これにより、プローブケース１１の外表面（つまり生体組織８の表面）に沿って超音波の照射点が二次元的に走査される。
【００４９】
信号処理回路２２は、送信回路２４、送受波分離回路２５、プリアンプ２６、対数増幅器２８、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０を備える。
【００５０】
送信回路２４は、超音波振動子１２を駆動させるためのパルスを発生させる回路であり、トリガ回路２４ａとパルス発生回路２４ｂとを備える。送信回路２４において、トリガ回路２４ａは、パソコン３から出力される制御信号をＩ／Ｆ回路２３を介して取り込み、その制御信号に基づいて第１ロータ部１３の回転に同期したトリガ信号を生成する。パルス発生回路２４ｂは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波振動子１２に供給されて超音波振動子１２から超音波が照射される。なお、本実施の形態では、第１ロータ部１３の回転により超音波振動子１２がプローブケース１１の先端側の走査範囲内に移動したときに、制御信号に基づいてトリガ信号が生成され、その走査範囲内でのみ超音波が照射されるようになっている。
【００５１】
本実施の形態の超音波振動子１２は、送受波兼用の振動子であり、生体組織８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路２５を介してプリアンプ２６に供給される。プリアンプ２６は、反射波の信号を増幅して出力する。
【００５２】
生体組織８から反射される超音波の反射波信号としては、組織表面での反射波信号と組織内部での反射波信号とを含み、表面では信号強度が比較的強く、内部に行くほど信号強度が弱くなる。従って、本実施の形態では、生体組織８表面での反射波信号と生体組織８内部での反射波信号とがそれぞれ異なる処理経路で取得される。
【００５３】
具体的には、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。また、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、対数増幅器２８でさらに対数増幅され、Ａ／Ｄ変換回路３０でＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。なお、本実施の形態では、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００５４】
パソコン３は、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６を備え、それらはバス３７を介して相互に接続されている。
【００５５】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、各ロータ部１３，１４による二次元走査を制御するためのプログラムや音響インピーダンスを算出するためのプログラム、超音波画像を生成して表示するためのプログラムなどを含む。
【００５６】
Ｉ／Ｆ回路３２は、超音波プローブユニット２との間で信号の授受を行うためのインターフェース（具体的には、ＵＳＢインターフェース）であり、超音波プローブユニット２に制御信号（ロータ制御回路２１や送信回路２４への制御信号）を出力したり、超音波プローブユニット２からの転送データ（Ａ／Ｄ変換回路２９，３０からＩ／Ｆ回路２３を介して転送されるデータ）を入力したりする。
【００５７】
表示装置３６は、例えば、ＬＣＤやＣＲＴなどのカラーディスプレイであり、生体組織８の超音波画像（立体画像）や、各種設定の入力画面を表示するために用いられる。入力装置３５は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。
【００５８】
記憶装置３４は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。ＣＰＵ３１は、入力装置３５による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置３４からメモリ３３へ転送し、それを逐次実行する。なお、ＣＰＵ３１が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置３４にインストールして利用する。
【００５９】
本実施の形態の超音波画像表示装置１では、第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）により取得した生体組織８表面の反射波信号に基づいて、音響インピーダンスを求め、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データを生成する。また、第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）により取得した生体組織８内部の反射波信号に基づいて、断層画像の画像データを生成する。そして、それら表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、図３のような立体画像３８を表示装置３６に表示させる。ここでは、組織表面の音響インピーダンスに基づいて癌組織３９を検出し、図３の立体画像３８において、癌組織３９をその周囲の正常組織４０と異なる色で表示させている。
【００６０】
次に、本実施の形態において、生体組織８の立体画像３８を表示させるための処理例について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、図４の処理は、例えば、患者の腹部を開腹して、癌組織３９がある患部に超音波プローブ５を接触させた状態で、入力装置３５に設けられている開始ボタンを操作したときに開始される。
【００６１】
まず、ＣＰＵ３１からの指示に基づいてロータ制御回路２１により第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４が駆動され、超音波の照射点がリファレンス部材１５に位置するように移動される。またこのとき、励起パルスが超音波振動子１２に供給されると、リファレンス部材１５に超音波が照射され、その表面からの反射波が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で検出される。そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２９で変換されたデジタルデータをＩ／Ｆ回路２３，３２を介して取得し、そのデータに基づいてリファレンス部材１５の反射波の強度を判定してメモリ３３に一旦格納する（ステップ１００）。
【００６２】
その後、ＣＰＵ３１からの指示に基づいて、ロータ制御回路２１により各ロータ部１３，１４が駆動されて超音波の二次元走査が開始される。ＣＰＵ３１は、各ロータ部１３，１４の回転位置を判断しそれに基づいて測定点の座標データを取得する（ステップ１１０）。そして、生体組織８に超音波が照射され、その表面での反射波が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で検出される。ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路２９で変換されたデジタルデータに基づいて組織表面における反射波の強度を判定してメモリ３３に一旦格納する（ステップ１２０）。またこのとき、生体組織８内部での反射波が第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）で検出される。そして、ＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄ変換回路３０で変換されたデジタルデータを内部の反射波信号のデータとしてメモリ３３に一旦格納する。
【００６３】
表面画像生成手段としてのＣＰＵ３１は、得られたリファレンス部材１５及び生体組織８表面での反射波Ｓｒ，Ｓｔの強度と、リファレンス部材１５及びプローブケース１１の音響インピーダンスＺｒ，Ｚｓとを用いて、上記の式（３）に対応した演算処理を行い測定点での音響インピーダンスＺｔを算出する。そして、ＣＰＵ３１は、その音響インピーダンスＺｔを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じた表面画像（音響インピーダンス像）の画像データを生成し、測定点の座標データに関連付けて該画像データをメモリ３３に記憶する（ステップ１３０）。
【００６４】
さらに、断層画像生成手段（データ生成手段）としてのＣＰＵ３１は、生体組織８内部での反射波信号に基づいて、輝度変調処理を行うことで反射波信号の振幅（信号強度）に応じた輝度の画像データを生成し、測定点の座標データに関連付けて該画像データをメモリ３３に記憶する（ステップ１４０）。
【００６５】
ＣＰＵ３１は、全ての測定点での処理が終了し、１画面分の画像データが取得されたか否かを判断する（ステップ１５０）。ここで、全データが取得されていない場合、ＣＰＵ３１は、ステップ１１０に戻って、ステップ１１０〜１５０の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合にはステップ１６０に移行する。そして、画像表示手段としてのＣＰＵ３１は、メモリ３３に記憶した表面画像及び断層画像の画像データを読み出し、各画像データに基づいて生体組織８の立体画像３８のデータを生成する。
【００６６】
具体的には、音響インピーダンスは、生体組織８の硬さに関連するパラメータであり、癌組織３９は正常組織４０よりも硬い組織である。従って、組織表面の音響インピーダンスＺｔに基づいて、二次元的な癌組織３９の分布を検出することができる。さらに、断層画像の画像データに基づいて、奥行き側における癌組織３９と正常組織４０との境界面を検出して、その検出結果に基づいて、癌組織３９の立体画像３８のデータを生成する。その後、生成した立体画像３８のデータを表示装置３６に転送して該データに応じた立体画像３８を表示させた後、図４の処理を終了する。
【００６７】
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００６８】
（１）本実施の形態の超音波画像表示装置１において、生体組織８表面での反射波信号が第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）で取得され、その反射波信号に基づいて表面画像の画像データが生成される。また、生体組織８内部での反射波信号が第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）で取得され、その反射波信号に基づいて断層画像の画像データが生成される。そして、表面画像の画像データと断層画像の画像データとに基づいて、生体組織８の立体画像３８を生成してその立体画像３８を表示することができる。そして、その立体画像３８において、生体組織８表面における癌組織３９の二次元的な分布に加え、奥行き側の立体的な分布を容易に確認することができる。これにより、癌組織３９の摘出手術を迅速に行うことが可能となる。
【００６９】
（２）本実施の形態の超音波画像表示装置１では、超音波走査手段として第１ロータ部１３及び第２ロータ部１４を備え、各ロータ部１３，１４を回転駆動することにより、超音波の照射点をスムーズに走査することができ、画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。またこの場合、直線的な移動で二次元走査を行う場合と比較して、走査時の振動を抑えることができる。これにより、反射波信号をより正確に検出することができ、より鮮明な立体画像３８を生成することができる。
【００７０】
（３）本実施の形態の超音波画像表示装置１では、第１ロータ部１３の外周面に複数の超音波振動子１２が設けられているので、各超音波振動子１２によって画像生成のための反射波信号を迅速に取得することができる。
【００７１】
（４）本実施の形態の超音波プローブ５では、超音波伝達媒体Ｗ１として純水をプローブケース１１内に充填したので、高周波数の超音波の減衰を低減することができ、音響インピーダンスＺｔを高い精度で求めることができる。また、イオンを含まない純水には電気が殆ど流れない。従って、プローブケース１１内に電動モータ等の電気部品を収容したときでもショートの発生を心配しなくてもよく、絶縁構造を省略することが可能である。
［第２の実施の形態］
【００７２】
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００７３】
図５に示されるように、本実施の形態の超音波画像表示装置４１は、パルス励起型超音波顕微鏡４２とパソコン３とを備える。パルス励起型超音波顕微鏡４２は、試料ステージ４４を有する顕微鏡本体４５と、試料ステージ４４の下方に設置された超音波プローブ４６とを備える。そのパルス励起型超音波顕微鏡４２の超音波プローブ４６がパソコン３と電気的に接続されている。
【００７４】
本実施の形態の試料ステージ４４は、ユーザの手動操作により、水平方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に移動できるように構成されている。この試料ステージ４４には、生体組織４８を載置した樹脂プレート４９が固定されている。なお、生体組織４８は、例えば、ラットの小脳から切り出した脳組織であり、３００μｍ〜４００μｍの厚さを有する。また、樹脂プレート４９としては、超音波を透過する透過部材であるアクリル板などが用いられる。この樹脂プレート４９の上面（第１面）において生体組織４８のセット部の周縁にリファレンス部材５０が設けられている。
【００７５】
超音波プローブ４６は、水などの超音波伝達媒体Ｗ１を貯留可能な貯留部５１をその先端部に有するプローブ本体５２と、プローブ本体５２の略中心部に配置される超音波トランスデューサ５３と、プローブ本体５２を前記試料ステージ４４の面方向に沿って二次元的に走査するためのＸ−Ｙステージ５４（超音波走査手段）とを備える。プローブ本体５２の貯留部５１は上部が開口しており、その貯留部５１の開口側を上向きにした状態で超音波プローブ４６が試料ステージ４４の下方に設置されている。
【００７６】
超音波トランスデューサ５３は、酸化亜鉛の薄膜圧電素子５６（超音波振動子）とサファイアロッドの音響レンズ５７とからなり、パルス励起されることで樹脂プレート４９の下面（第２面）側から生体組織４８に対して超音波を照射する。超音波トランスデューサ５３が照射する超音波は、貯留部５１の超音波伝達媒体Ｗ１を介して円錐状に収束されて樹脂プレート４９の上面（生体組織４８の表面）で焦点を結ぶようになっている。なお、超音波トランスデューサ５３としては、口径１．２ｍｍ、焦点距離１．５ｍｍ、中心周波数８０ＭＨｚ、帯域幅５０〜１０５ＭＨｚ（−６ｄＢ）の仕様のものを用いている。
【００７７】
図６は、超音波画像表示装置４１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００７８】
図６に示されるように、超音波プローブ４６は、超音波トランスデューサ５３と、Ｘ−Ｙステージ５４と、Ｉ／Ｆ回路２３と、送信回路２４と、送受波分離回路２５と、プリアンプ２６と、対数増幅器２８と、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０と、エンコーダ５９と、コントローラ６０とを備える。なお、Ｉ／Ｆ回路２３、送信回路２４、送受波分離回路２５、プリアンプ２６、対数増幅器２８、Ａ／Ｄ変換回路２９，３０は上述した第１の実施の形態と同じ回路構成である。
【００７９】
Ｘ−Ｙステージ５４は、超音波の照射点を二次元的に走査させるためのＸステージ５４Ｘ及びＹステージ５４Ｙを備えるとともに、それぞれのステージ５４Ｘ，５４Ｙを駆動するモータ６１Ｘ，６１Ｙを備えている。これらのモータ６１Ｘ，６１Ｙとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。
【００８０】
各モータ６１Ｘ，６１Ｙにはコントローラ６０が接続されており、該コントローラ６０の駆動信号に応答してモータ６１Ｘ，６１Ｙが駆動される。これらモータ６１Ｘ，６１Ｙの駆動により、Ｘステージ５４Ｘを連続走査（連続送り）するとともに、Ｙステージ５４Ｙを間欠送りとなるよう制御することで、Ｘ−Ｙステージ５４の高速走査が可能となっている。
【００８１】
また、本実施の形態においては、Ｘステージ５４Ｘに対応してエンコーダ５９が設けられ、エンコーダ５９によりＸステージ５４Ｘの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲（例えば、縦横２ｍｍの走査範囲）を３００×３００個の測定点（ピクセル）に分割した場合、１回のＸ方向（水平方向）の走査が３００分割される。そして、各測定点の位置がエンコーダ５９によって検出されパソコン３に取り込まれる。パソコン３はそのエンコーダ５９の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をコントローラ６０に供給する。コントローラ６０は、この駆動制御信号に基づいてモータ６１Ｘを駆動する。また、コントローラ６０は、エンコーダ５９の出力信号に基づきＸ方向の１ラインの走査が終了した時点でモータ６１Ｙを駆動して、Ｙステージ５４ＹをＹ方向に１ピクセル分移動させる。
【００８２】
さらに、コントローラ６０は、駆動制御信号に同期してトリガ信号を生成して送信回路２４に供給する。これにより、送信回路２４において、そのトリガ信号に同期したタイミングで励起パルスが生成される。その励起パルスが送受波分離回路２５を介して超音波トランスデューサ５３に供給される結果、超音波トランスデューサ５３から超音波が照射される。
【００８３】
超音波トランスデューサ５３の薄膜圧電素子５６は、送受波兼用の超音波振動子であり、生体組織４８で反射した超音波（反射波）を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は、送受波分離回路２５を介してプリアンプ２６に供給されて増幅される。
【００８４】
プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、Ａ／Ｄ変換回路２９に供給されてＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。また、プリアンプ２６で増幅された反射波信号は、対数増幅器２８でさらに対数増幅され、Ａ／Ｄ変換回路３０でＡ／Ｄ変換された後、Ｉ／Ｆ回路２３を介してパソコン３に転送される。なお、本実施の形態においても、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００８５】
パソコン３は、上記第１の実施の形態と同様に、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｆ回路３２、メモリ３３、記憶装置３４、入力装置３５、及び表示装置３６（図６では図示略）を備え、超音波顕微鏡４２で取得した各反射波信号に基づいて、超音波画像を生成して表示する。
【００８６】
具体的には、第１信号検出回路（プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９）により取得した生体組織４８表面の反射波信号に基づいて、音響インピーダンスを求め、その音響インピーダンスに応じた表面画像の画像データを生成する。また、第２信号検出回路（プリアンプ２６、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０）により取得した生体組織４８内部の反射波信号に基づいて、断層画像の画像データを生成する。そして、それら表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、生体組織４８の立体画像を表示装置３６に表示させる。
【００８７】
このように、本実施の形態の超音波画像表示装置４１においても、第１の実施の形態と同様に、生体組織４８の立体画像を生成してその立体画像を表示することができるため、生体組織４８の性状を容易に確認することができる。
［第３の実施の形態］
【００８８】
次に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００８９】
本実施の形態の超音波画像表示装置は、第１の実施の形態の超音波プローブユニット２に代えて図７の超音波プローブ７１を備え、内視鏡を用いた内視鏡手術の支援システムを構成する装置として使用される。
【００９０】
図７に示されるように、超音波プローブ７１において、収容体としてのプローブケース７２内の先端部にはロータ部７３が配置されている。プローブケース７２は、超音波を透過しうる透過部材を用い、外径が５ｍｍ程度の円筒状に形成されている。そして、このプローブケース７２において、ロータ部７３が配置される外周面の一部にリファレンス部材７４が設けられている。ロータ部７３は、円筒状に形成されており、その回転軸を中心に回転する。このロータ部７３の外周面には、複数（具体的には４個）の超音波振動子７５が設けられている。また、プローブケース７２の基端側には、ロータ部７３をプローブケース７２の軸方向に移動させる移動機構７６が設けられている。
【００９１】
超音波プローブ７１では、ロータ部７３と移動機構７６とにより超音波走査手段が構成され、ロータ部７３が回転するとともにその軸方向に移動することにより、超音波振動子７５がスパイラル状に駆動される。これにより、超音波の照射点が二次元的に走査される。
【００９２】
図８は、本実施の形態における超音波画像表示装置７０の電気的な構成を示すブロック図である。
【００９３】
図８に示されるように、超音波プローブ７１は、ロータ部７３と移動機構７６とを駆動制御するロータ制御部７７と、超音波を送受信するための信号処理回路２２と、電気信号の入出力を行うためのＩ／Ｆ回路２３とを備える。なお、信号処理回路２２及びＩ／Ｆ回路２３は、第１の実施の形態と同じ回路構成である。
【００９４】
また、パソコン３は、通信ケーブル７８などを介してＭＲＩ装置７９に接続可能に構成され、手術前にＭＲＩ装置７９で取得された検査画像のデータを取り込んでメモリ３３に記憶する。
【００９５】
本実施の形態では、超音波プローブ７１の先端を患者の体内に挿入して患部に接触させ、その状態で超音波を二次元走査することにより、その患部の立体画像（超音波画像）を生成する。そして、その立体画像の画像データをＭＲＩ装置７９の検査画像の画像データに重ね合わせて重合像データを生成し、そのデータに基づいて重合像を表示装置３６に表示させる。この重合像は、ＭＲＩ装置７９で取得した三次元の検査画像に対して、超音波画像を三次元的に重ねがきした加工画像であり、この画像を確認することにより、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
また、内視鏡手術では、内視鏡で取得した光学像によって患部表面の状態を確認することができるが、手術中の出血などによって患部表面が覆われるとその表面構造の確認が困難となる。このような場合、超音波プローブ７１を用いれば、患部の表面構造をより正確に確認することができ、内視鏡手術を迅速に行うことができる。
【００９６】
なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施の形態では、第１信号検出回路と第２信号検出回路とでプリアンプ２６を共通化していたが、図９のように、プリアンプ２６，２７を個別に設けてもよい。なおこの場合、プリアンプ２６及びＡ／Ｄ変換回路２９により第１信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８表面での反射波信号が取得される。また、プリアンプ２７、対数増幅器２８、及びＡ／Ｄ変換回路３０により第２信号検出回路が構成され、この回路によって生体組織８内部での反射波信号が取得される。
【００９７】
・上記第１及び第３の実施の形態において、ロータ部１３，７３には４個の超音波振動子１２，７５が設けられていたが、この個数は適宜変更することができる。また、超音波振動子１２，７５としては、照射する超音波の焦点距離や周波数が異なる２種類以上の振動子を用いてもよい。例えば、複数の超音波振動子１２として、焦点位置がプローブケース１１の外表面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、焦点位置が外表面よりも外側に設定された低分解用の第２の超音波振動子とをロータ部１３に設ける。なお、第１の超音波振動子は、第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数（例えば、５ＭＨｚ）よりも高い周波数（例えば、８０ＭＨｚ）の超音波を照射するものを使用する。そして、第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を第１信号検出回路で取得し、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を第２信号検出回路で取得するように構成する。この場合、第１の超音波振動子から照射される超音波は高周波数であるため、その焦点位置でのビーム幅を狭くすることができる。また、第１の超音波振動子から照射される超音波は、生体組織表面で確実に反射するため、反射波信号に基づいて音響インピーダンスを正確に求めることができ、より鮮明な音響インピーダンス像（表面画像）を得ることができる。一方、第２の超音波振動子から照射された超音波は、低周波数であり、その焦点位置がプローブケース１１の外側（後方）となるよう焦点がぼかされている。そのため、生体組織８の内部に超音波が確実に伝搬し、その超音波の反射波信号に基づいて、生体組織８の内部構造を確実に確認することができる。
【００９８】
・上記各実施の形態では、異なる周波数成分（５０ＭＨｚ〜１０５ＭＨｚ）を含む広帯域の超音波を超音波振動子１２，７５から照射するものであるため、生体組織８，４８からの各反射波信号も広帯域の周波数成分を有している。従って、各信号検出回路において、特定の周波数の反射波信号を検出し、その反射波信号を用いて、表面画像や断層画像の画像データを生成するように構成することもできる。具体的には、例えば、第１信号検出回路において反射波信号における高周波側の信号成分を抽出し、その高周波側の信号成分を用いて音響インピーダンス像の画像データを生成する。この場合、画像分解能を高めることができ、より鮮明な音響インピーダンス像を得ることができる。
【００９９】
・上記第３の実施の形態では、内視鏡（図示略）とは別に超音波プローブ７１を設けるものであったが、図１０に示されるように、対物レンズ８１やライトガイド８２などを備える内視鏡８３の先端に超音波プローブ７１を一体的に設けてもよい。この場合、内視鏡８３によって取得される光学像と超音波プローブ７１によって取得される立体画像との位置ズレを防止することができる。その結果、各画像を確実に比較することができ、患部の状態をより厳密に確認することができる。
【０１００】
・上記第３の実施の形態では、手術前の検査画像としてＭＲＩ装置７９の画像を用いたが、これに代えてＣＴ装置などの別の検査装置の画像を用いてもよい。
【０１０１】
・上記各実施の形態では、癌組織３９を検出してその癌組織３９を立体的に表示するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、断層画像の画像データに基づいて、癌組織３９の周辺の血管（特に動脈血管）を検出し、癌組織３９とともにその血管を表示するように構成してもよい。この場合、血管を考慮して癌組織３９を摘出することが可能となり、その摘出手術を迅速に行うことができる。
・上記各実施の形態では、超音波の照射点を二次元的に走査して得られた反射波信号に基づいて生体組織８，４８を立体的に表示するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、第１の実施の形態の超音波プローブ５において、第２のロータ部１４を省略し、第１のロータ部１３のみで超音波走査手段を構成する。そして、その超音波プローブ５を生体組織８表面に接触させて超音波を一次元的に走査し、得られた反射波信号に基づいて、生体組織８表面での所定の検査ライン上の音響インピーダンスＺｔを取得するとともに、その検査ライン上での断層画像のデータを取得する。さらに、その音響インピーダンスＺｔのデータと断層画像のデータとに基づいて、図１１のような超音波画像８５を表示装置３６に表示させる。この超音波画像８５では、生体組織８表面に対応するラインＬ１（画像上端のライン）は、音響インピーダンスＺｔの大きさに応じて色分けされてカラー表示される。また、超音波画像８５では、生体組織８内部における癌組織３９の分布が表示される。具体的には、生体組織８表面におけるラインＬ１での音響インピーダンスＺｔに基づいて、癌組織３９と正常組織４０とが判別され、断層画像のデータに基づいて、奥行き側における癌組織３９と正常組織４０との境界面が検出される。そして、その検出結果に応じて、癌組織３９が正常組織４０と異なる色で表示される。このようにしても、生体組織８における表面及び内部での癌組織３９の分布を確認することができ、癌組織３９の摘出手術を迅速に行うことが可能となる。
さらに、上記各実施の形態の超音波画像表示装置１，４１，７０において、超音波の照射点を一次元的に走査して図１１のような超音波画像８５を表示させる表示機能を付加してもよい。またこの場合、超音波の二次元走査により得られた立体画像３８と、一次元走査により得られた超音波画像８５とを適宜切り替えて表示させるように構成してもよい。
【０１０２】
・上記第１の実施の形態では、立体画像３８を表示することで生体組織８における癌組織３９の立体構造を確認するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、癌組織３９の奥行き側の構造（癌組織３９の厚さ）を矢印の長さなどで表示するように構成してもよい。なおこの場合、断層画像の画像データに基づいて、癌組織３９と正常組織４０との境界位置を判断することにより、内部構造に関する情報として癌組織３９の厚さのデータ（内部データ）を生成し、その厚さに対応する長さの矢印を表示する。このようにしても、生体組織８の内部構造を容易に確認することができる。
【０１０３】
・上記各実施の形態では、生体組織８，４８表面における音響インピーダンスＺｔを測定して表面画像の画像データを得るものであったが、音響インピーダンスＺｔ以外に、密度や体積弾性率などの音響パラメータを測定して、表面画像の画像データを得るように構成してもよい。
【０１０４】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【０１０５】
（１）請求項１乃至７のいずれか１項において、ＭＲＩ装置またはＣＴ装置で取得された検査画像の画像データを記憶する記憶手段と、前記立体画像の画像データを前記検査画像の画像データに重ね合わせて重合像データを生成する重合像データ生成手段とをさらに備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０６】
（２）請求項１乃至７のいずれか１項において、前記被検査物は生体組織であり、前記画像表示手段は、前記音響パラメータとしての音響インピーダンスに基づいて、前記生体組織における癌組織を検出し、その癌組織を立体的に表示することを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０７】
（３）上記（２）において、前記画像表示手段は、前記癌組織の周辺の血管を検出し、前記癌組織とともに血管を表示することを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０８】
（４）請求項１乃至５のいずれか１項において、前記超音波振動子は、パルス励起されることによって異なる周波数成分を含む超音波を照射するものであり、前記表面画像生成手段は、前記反射波信号における高周波側の信号成分を用いて表面画像を生成するようにしたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【０１０９】
（５）請求項２において、前記超音波振動子は内視鏡の先端部の近傍に装着され、前記内視鏡を使った手術の支援情報として前記立体画像が表示されることを特徴とする超音波画像表示装置。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明を具体化した第１の実施の形態の超音波画像表示装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図３】生体組織の立体画像を示す斜視図。
【図４】立体画像の表示処理を示すフローチャート。
【図５】第２の実施の形態の超音波画像表示装置を示す概略構成図。
【図６】第２の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図７】第３の実施の形態の超音波プローブを示す斜視図。
【図８】第３の実施の形態の超音波画像表示装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図９】別の実施の形態における信号検出回路を示すブロック図。
【図１０】超音波プローブを有する内視鏡を示す斜視図。
【図１１】生体組織の超音波画像を示す説明図。
【図１２】音響インピーダンスの測定方法を示す説明図。
【符号の説明】
【０１１１】
１，４１，７０…超音波画像表示装置
５，７１…超音波プローブ
８，４８…被検査物としての生体組織
１１，７２…透過部材としてのプローブケース
１２，７５…超音波振動子
１３，１４，７３…超音波走査手段を構成するロータ部
２６…第１信号検出回路を構成するプリアンプ
２７…第２信号検出回路を構成するプリアンプ
２８…第２信号検出回路を構成する対数増幅器
２９…第１信号検出回路を構成するＡ／Ｄ変換回路
３０…第２信号検出回路を構成するＡ／Ｄ変換回路
３１…表面画像生成手段、断層画像生成手段、データ生成手段、画像表示手段としてのＣＰＵ
３８…立体画像
４９…透過部材としての樹脂プレート
５４…超音波走査手段としてのＸ−Ｙステージ
５６…超音波振動子としての薄膜圧電素子
７６…超音波走査手段を構成する移動機構
Ｗ１…超音波伝達媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、
前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、
前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記超音波の照射点を一次元的または二次元的に走査させる超音波走査手段と、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、
前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、
前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するデータ生成手段と、
前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項２】
被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、
前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、
前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、
前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、
前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における断層画像の画像データを生成する断層画像生成手段と、
前記表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、前記被検査物の立体画像を生成してその立体画像を表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は、内部に超音波伝達媒体が充填可能な収容体を前記透過部材として備えた超音波プローブ内に設けられ、前記超音波走査手段は、前記超音波振動子を回転駆動させるロータ部を含んで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波画像表示装置。
【請求項４】
前記ロータ部は、円筒状に形成され、その回転軸を中心に回転するとともにその軸方向に移動することで、前記超音波振動子をスパイラル状に駆動させることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像表示装置。
【請求項５】
前記ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波画像表示装置。
【請求項６】
前記複数の超音波振動子として、照射する超音波の焦点位置が前記透過部材の第１面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子よりも分解能が低い第２の超音波振動子とを含み、前記第１信号検出回路は、前記第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得し、前記第２信号検出回路は、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の超音波画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の超音波振動子から照射される超音波は、前記第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であることを特徴とする請求項６に記載の超音波画像表示装置。
【請求項８】
超音波を一次元的または二次元的に走査しながら被検査物に照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示方法であって、
超音波を透過しうる透過部材の第１面に被検査物を密着させ、超音波振動子により、超音波伝達媒体及び前記透過部材を介してその透過部材の第２面側から前記被検査物に超音波を照射するステップと、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成するステップと、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するステップと、
前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示するステップと
を含むことを特徴とする超音波画像表示方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波画像表示装置を備えた内視鏡手術支援システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波画像表示方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波画像表示プログラム。
【請求項１】
被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、
前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、
前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記超音波の照射点を一次元的または二次元的に走査させる超音波走査手段と、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、
前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、
前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するデータ生成手段と、
前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項２】
被検査物に超音波を照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示装置であって、
前記被検査物を密着させるための第１面と、その第１面の反対側に位置しかつ超音波伝達媒体を接触させるための第２面とを有し、前記超音波を透過しうる透過部材と、
前記超音波伝達媒体及び前記透過部材を介して前記第２面側から前記被検査物に超音波を照射するとともに、前記被検査物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記超音波の照射点を二次元的に走査させる超音波走査手段と、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得する第１信号検出回路と、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得する第２信号検出回路と、
前記第１信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成する表面画像生成手段と、
前記第２信号検出回路が取得した反射波信号に基づいて、前記被検査物における断層画像の画像データを生成する断層画像生成手段と、
前記表面画像及び断層画像の画像データに基づいて、前記被検査物の立体画像を生成してその立体画像を表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする超音波画像表示装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は、内部に超音波伝達媒体が充填可能な収容体を前記透過部材として備えた超音波プローブ内に設けられ、前記超音波走査手段は、前記超音波振動子を回転駆動させるロータ部を含んで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波画像表示装置。
【請求項４】
前記ロータ部は、円筒状に形成され、その回転軸を中心に回転するとともにその軸方向に移動することで、前記超音波振動子をスパイラル状に駆動させることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像表示装置。
【請求項５】
前記ロータ部の外周面に複数の超音波振動子が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の超音波画像表示装置。
【請求項６】
前記複数の超音波振動子として、照射する超音波の焦点位置が前記透過部材の第１面に設定された高分解能用の第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子よりも分解能が低い第２の超音波振動子とを含み、前記第１信号検出回路は、前記第１の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得し、前記第２信号検出回路は、第２の超音波振動子から照射された超音波の反射波信号を取得することを特徴とする請求項５に記載の超音波画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の超音波振動子から照射される超音波は、前記第２の超音波振動子から照射される超音波の周波数よりも高い周波数であることを特徴とする請求項６に記載の超音波画像表示装置。
【請求項８】
超音波を一次元的または二次元的に走査しながら被検査物に照射し、その超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物の超音波画像を表示する超音波画像表示方法であって、
超音波を透過しうる透過部材の第１面に被検査物を密着させ、超音波振動子により、超音波伝達媒体及び前記透過部材を介してその透過部材の第２面側から前記被検査物に超音波を照射するステップと、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号を取得するステップと、
前記被検査物の表面で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物表面の音響パラメータを算出しその音響パラメータに応じた表面画像の画像データを生成するステップと、
前記被検査物の内部で反射した超音波の反射波信号に基づいて、前記被検査物における内部構造に関する内部データを生成するステップと、
前記表面画像の画像データと内部データとに基づいて、前記被検査物の表面画像とその奥行き側の内部構造に関する情報を表示するステップと
を含むことを特徴とする超音波画像表示方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超音波画像表示装置を備えた内視鏡手術支援システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波画像表示方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波画像表示プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１７９８８（Ｐ２００９−１７９８８Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８１８１６（Ｐ２００７−１８１８１６）
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【出願人】（０００２４３３６４）本多電子株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]