超音波観測装置、超音波内視鏡装置、及び、画像処理方法
【課題】 患者の体内に挿入される人工物を強調した超音波断層像を容易に得ることができるようにする。
【解決手段】 超音波観測装置３は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路１４と、受信回路１４によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段１５、１７と、超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段２０と、人工物強調操作手段２０の操作に従って、超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段１６とを具備する。
【解決手段】 超音波観測装置３は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路１４と、受信回路１４によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段１５、１７と、超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段２０と、人工物強調操作手段２０の操作に従って、超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段１６とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断のために患者の体内に挿入される超音波内視鏡に接続して超音波断層像を得るための超音波観測装置、及び、そのような超音波観測装置と超音波内視鏡とによって構成される超音波内視鏡装置に関する。さらに、本発明は，そのような超音波観測装置において用いられる画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波内視鏡を用いた穿刺処理は、患者の体内に挿入された超音波内視鏡の挿入部の先端部から突出される穿刺針の突出状態を、超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた複数個の超音波トランスデューサ（超音波振動子）を用いて撮影した超音波断層像をリアルタイムで確認しながら行われている。しかし、このような超音波内視鏡を用いた穿刺処理は、非常に難易度が高く、高度な手法を必要とする。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１は、目的部位が繊維化等により硬くなった組織であっても、穿刺針を穿入する時の反動を抑えることにより穿刺処理の難易度を低減する超音波内視鏡を開示している。この超音波内視鏡によれば、患者の体外に配置した磁場発生装置から磁力を印加すると共に、超音波内視鏡の可撓管部の先端側の湾曲部に近接する位置に設けられた電磁石に電流を流すことにより、超音波内視鏡の可撓管部の先端側の湾曲部に近接する位置が、患者の気管の管腔壁に磁力で吸い付けられて固定される。これにより、超音波内視鏡を用いて穿刺針を体腔内の目的部位に穿入する時に、穿刺の反作用によって超音波内視鏡の挿入部が撓むことを防止して、目的部位が繊維化等により硬くなった組織であっても、容易かつ確実に目的部位に穿刺針を穿入することができるようにしている。
【０００４】
また、下記の特許文献２は、生体内における穿刺針を強調して表示する超音波診断装置を開示している。この超音波診断装置によれば、穿刺アダプタに設けられた角度検出器を用いて取得した穿刺針の刺入角度に関する情報と、超音波ビームの反射波の受信信号に基づいて取得した輝度信号とから生体内における穿刺針の位置を判断すると共に、穿刺針からの反射信号がモニタ上において強調して表示されるような処理を施している。しかしながら、このような超音波診断装置においては、特殊なビーム走査が必要であるために制御が難しく、また、穿刺針の刺入角度を取得するための角度検出器が必要であるため、超音波内視鏡に採用するには必ずしも適していないという問題がある。
【０００５】
さらに、下記の特許文献３は、超音波（放射線）イメージ装置により患者の体内に挿入されるカテーテルの画像を強調するエコー生成装置を開示している。このエコー生成装置によれば、マトリックス材料製のチューブ部分の上に配置される境界層の音響インピーダンスをマトリックス材料のそれと異なるようにしている。しかしながら、このようなエコー生成装置においては、カテーテルの構成が従来のものとは異なるため、従来のカテーテルには適用できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１０５２８９号公報（段落００２２及び００２３、図２）
【特許文献２】特開２００４−２０８８５９号公報（段落０００６、００１７及び００１８、図１）
【特許文献３】特開平５−３４５０１５号公報（段落０００４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、患者の体内に挿入される人工物（穿刺針やカテーテル等）を強調した超音波断層像を容易に得ることができる超音波観測装置、超音波内視鏡装置、及び，画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波観測装置は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路と、受信回路によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段と、人工物強調操作手段の操作に従って、超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段とを具備する。
【０００８】
また、本発明の１つの観点に係る超音波内視鏡装置は、本発明の超音波観測装置と、超音波観測装置に接続され、超音波を送受信するための超音波トランスデューサ部、及び、人工物を突出させるための孔を備えた超音波内視鏡とを具備する。
【０００９】
さらに、本発明の１つの観点に係る画像処理方法は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する第１のステップと、第１のステップにおいて処理された受信信号に基づいて、超音波画像に含まれている人工物を強調するための処理を行う第２のステップと、第２のステップにおいて人工物が強調された超音波画像を生成する第３のステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、穿刺針等の人工物を強調した超音波画像を容易に作成して表示することができるので、穿刺処理等の難易度を低下させることができる。
また、人工物強調操作手段を操作した場合にのみ、人工物を強調した超音波画像を表示することができるので、オペレータは、通常の超音波画像と人工物を強調した超音波画像との切替えを必要に応じて行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置１は、超音波内視鏡（超音波内視鏡装置において用いられる超音波プローブ）２と、超音波内視鏡２を接続可能な超音波観測装置３と、超音波観測装置３に接続された表示装置４とを含んでいる。
【００１２】
超音波観測装置３は、操作卓１１と、ＣＰＵ（中央処理装置）１２と、送信回路１３と、受信回路１４と、Ｂモード処理部１５と、穿刺針強調部１６と、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１７と、画像メモリ１８と、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１９とを含んでいる。
【００１３】
図２に示すように、超音波内視鏡２は、挿入部３１と、操作部３２と、接続コード３３と、ユニバーサルコード３４とを含んでいる。
超音波内視鏡２の挿入部３１は、患者の体内に挿入することができるように細長い可撓性の管状となっている。操作部３２は、挿入部３１の基端に設けられており、接続コード３３を介して超音波観測装置３に接続されていると共に、ユニバーサルコード３４を介して図示しない光源装置と接続されている。
【００１４】
超音波内視鏡２の挿入部３１には、照明窓及び観察窓が設けられている。照明窓には、光源装置からライトガイドを介して供給される照明光を出射させるための照明用レンズが装着されている。これらは、照明光学系を構成する。また、観察窓には、対物レンズが装着されており、この対物レンズの結像位置に、イメージガイドの入力端又はＣＣＤカメラ等の固体撮像素子が配置されている。これらは、観察光学系を構成する。
【００１５】
超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、複数の超音波トランスデューサが配置されたコンベックス型の超音波トランスデューサ部４０が設けられている。超音波トランスデューサ部４０は、図１に示す超音波観測装置３の送信回路１３から接続コード３３を介して供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に、目的部位等から反射された超音波エコーを受信して、複数の受信信号を超音波観測装置３の受信回路１４に接続コード３３を介して出力する。また、超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、操作部３２に設けられた処置具挿入口３５から挿入された、穿刺針３６等の人工物が突出される孔が形成されている。
【００１６】
図１に示す超音波観測装置３の操作卓１１は、オペレータの操作に基づいて、超音波内視鏡２を用いた超音波撮像動作の開始／停止を制御するための制御信号ＡをＣＰＵ１２に出力する。また、操作卓１１は、オペレータが穿刺針強調ボタン２０を操作すると、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７における穿刺針強調動作の開始／停止を制御するための穿刺針強調指示信号ＢをＣＰＵ１２に出力する。
【００１７】
ＣＰＵ１２は、操作卓１１から入力される制御信号Ａに基づいて、送信回路１３の動作を制御するための送信制御信号Ａ１を送信回路１３に出力すると共に、受信回路１４の動作を制御するための受信制御信号Ａ２を受信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、操作卓１１から入力される穿刺針強調指示信号Ｂに基づいて、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７の動作を制御するための穿刺針強調制御信号Ｂ１を穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７に出力する。
【００１８】
送信回路１３は、送信制御信号Ａ１に基づいて複数の駆動信号を生成し、これらの駆動信号を超音波内視鏡２に出力する。これらの駆動信号に従って、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０から超音波ビームが送信され、被検体が走査される。
【００１９】
一方、受信回路１４は、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０から入力される受信信号を所定の増幅度で増幅した後、アナログ／ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行うことにより、増幅された受信信号をディジタル受信信号に変換する。
【００２０】
図３に示すように、Ｂモード処理部１５は、位相整合部５１と、音線メモリ５２と、検波部５３とを備える。位相整合部５１は、受信回路１４から入力されるディジタル受信信号に対して位相整合を行って受信フォーカス処理を施し、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データを形成する。音線メモリ５２は、位相整合部５１によって形成された音線データを格納する。検波部５３は、音線メモリ５２から読み出した音線データに対して、超音波ビームの反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を行った後、包絡線検波処理を行うことにより、Ｂモード画像用データを生成する。
【００２１】
穿刺針強調部１６は、相関値算出部６１と、相関値メモリ６２と、参照信号メモリ６３とを備える。相関値算出部６１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から出力される位相整合された音線データによって表される波形と、参照信号メモリ６３に格納されている参照信号データによって表される波形との相関値を算出する。参照信号メモリ６２は、穿刺針３６から反射された超音波エコーに基づく受信信号を予め計測して得られたデータである参照信号データを格納する。
【００２２】
ここで、参照信号データは、穿刺針３６だけからの反射信号を計測して得るために、例えば以下のようにして作成される。
超音波内視鏡２における穿刺角でもって穿刺針３６を水中に突出させた後に、この穿刺針３６に向けて超音波ビームを送信して、図４に黒点で示す穿刺針３６の第１から第４の位置Ｐ１〜Ｐ４に向けて送信される４つの超音波ビーム（音線ｋ、音線ｌ、音線ｍ及び音線ｎ）のエコー信号を計測する。この計測した４つのエコー信号から得られる音線データを、第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４とする。相関値メモリ６２は、相関値算出部６１において算出された、音線データによって表される波形と参照信号データによって表される波形との相関値を表す相関値データを格納する。
【００２３】
以上において、Ｂモード処理部１５〜ＤＳＣ１７（但し、メモリを除く）は、ディジタル回路で構成しても良いし、あるいは、ＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２に各種の処理を行わせるためのソフトウェア（画像処理プログラム）とによって構成しても良い。その場合には、ＣＰＵ１２が、記録媒体に記録されている画像処理プログラムに基づいて、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する。記録媒体としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２４】
ＤＳＣ１７は、ＲＧＢ処理部７１と、走査変換部７２とを備える。ＲＧＢ処理部７１は、通常動作時には、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード画像用データに基づいて、３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の振幅を０〜２５５階調（８ビット）でそれぞれ表す。なお、Ｂモード処理部１５とＤＳＣ１７とは、受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成している。
【００２５】
また、ＲＧＢ処理部７１は、穿刺針強調動作時には、穿刺針３６（図２）の先端ほど赤色で示すために、図５に示すように、Ｂモード画像用データの３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、穿刺針強調部１６から入力される第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に応じてＲ信号の振幅を最大で２５５階調まで大きくする。このとき、ＲＧＢ処理部７１は、第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に対して重み付けをもってＲ信号の振幅を大きくしている。即ち、ＲＧＢ処理部７１は、第１の相関値ＣＲｅｆ１に比例してＲ信号の振幅を最大で３５階調まで大きくし、第２の相関値ＣＲｅｆ２に比例してＲ信号の振幅を最大で１５階調まで大きくし、第３の相関値ＣＲｅｆ３に比例してＲ信号の振幅を最大で１０階調まで大きくし、第４の相関値ＣＲｅｆ４に比例してＲ信号の振幅を最大で５階調まで大きくする。
【００２６】
走査変換部７２は、Ｂモード処理部１５において生成されたＢモード画像用データが通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものであるため、ＲＧＢ処理部７１から出力されるＢモード画像用データを通常の画像データに変換（ラスター変換）する。
【００２７】
再び図１を参照すると、画像メモリ１８は、ＤＳＣ１７の走査変換部７２から入力される画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器１９は、画像メモリ１８から読み出したディジタルの画像データをアナログの画像信号に変換して表示装置４に出力する。これにより、表示装置４において、超音波内視鏡２により撮影された超音波断層像が表示される。
【００２８】
次に、本実施形態に係る超音波内視鏡装置１の動作について説明するが、通常動作時の動作については通常の超音波内視鏡装置と同様であるので、穿刺針強調動作時の動作についてのみ説明する。また、穿刺針強調部１６の参照信号メモリ６３には、図４に示す第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４が格納されているものとする。
【００２９】
図２に示す超音波内視鏡２を用いて超音波断層像を撮影する際に、オペレータは、ユニバーサルコード３４の一端に接続された光源から光を発して、挿入部３１の先端部に設けられた照明窓から患者の体内に照明光を出射すると共に、観察窓から挿入状態を観察しながら、超音波内視鏡２の挿入部３１を被検体である患者の体内に挿入して行く。超音波内視鏡２の挿入部３１が目的位置に達すると、オペレータは、穿刺針３６を処置具挿入口３５から挿入して挿入部３１の先端の孔から突出させる。
【００３０】
その後、オペレータは、図１に示す操作卓１１を操作することにより、超音波撮像動作を開始させる制御信号Ａを操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。また、オペレータは、操作卓１１の穿刺針強調ボタン２０を押すことにより、穿刺針強調動作を開始させる穿刺針強調指示信号Ｂを操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。
【００３１】
ＣＰＵ１２は、制御信号Ａに基づいて、送信回路１３の動作の開始とＢモード用の駆動信号の生成とを指示する送信制御信号Ａ１を送信回路１３に出力すると共に、受信回路１４の動作の開始を指示する受信制御信号Ａ２を受信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、穿刺針強調指示信号Ｂに基づいて、穿刺針強調部１６の動作を開始させると共にＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１（図３）に穿刺針強調動作を開始させる穿刺針強調制御信号Ｂ１を穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７に出力する。
【００３２】
送信回路１３は、超音波トランスデューサ部４０（図２）から超音波ビームを送信するための複数の駆動信号を生成する。生成された複数の駆動信号は、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０に出力される。これにより、超音波トランスデューサ部４０から、超音波ビームが被検体及び穿刺針３６に送信される。
【００３３】
超音波ビームが被検体及び穿刺針３６から反射されて生じた超音波エコーを受信することによって超音波トランスデューサ部４０において得られる複数の受信信号は、超音波内視鏡２から受信回路１４に入力されて、ディジタル受信信号に変換される。このディジタル受信信号は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１（図３）に出力され、位相整合部５１において受信フォーカス処理が施されて、音線データが形成される。位相整合部５１において形成された音線データは、音線メモリ５２に格納されると共に、穿刺針強調部１６の相関値算出部６１（図３）に出力される。
【００３４】
穿刺針強調部１６の相関値算出部６１においては、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形と、参照信号メモリ６３から読み出した第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４によって表される波形との相関値が算出される。
【００３５】
ここで、図６の（Ａ）に示すような、穿刺針３６の第１の位置Ｐ１（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｎ）のエコー信号に相当する音線データについては、図６の（Ｂ）から（Ｅ）に示すように、第１の参照信号データＲｅｆ１によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ１が最大となり、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３、及び、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４の順番で小さくなる。
【００３６】
これに対して、穿刺針３６の第２の位置Ｐ２（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｍ）のエコー信号に相当する音線データについては、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２が最大となり、穿刺針３６の第３の位置Ｐ３に向けて送信された超音波ビーム（音線ｌ）のエコー信号に相当する音線データについては、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３が最大となり、穿刺針３６の第４の位置Ｐ４に向けて送信された超音波ビーム（音線ｋ）のエコー信号に相当する音線データについては、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４が最大となる。
【００３７】
相関値算出部６１において算出された相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４を表す相関値データは、相関値メモリ６２に格納される。
ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１は、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード用画像データの３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、穿刺針強調部１６の相関値メモリ６２から読み出した相関値データに応じてＢモード画像のＲ信号の振幅を大きくする。
【００３８】
このとき、図５に示すように、Ｂモード用画像データのＲ信号の振幅は第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に対して重み付けがされて加算されるため、Ｒ信号の振幅は、第１の参照信号データＲｅｆ１によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ１が最大となる音線データについて一番大きくなり、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２が最大となる音線データ、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３が最大となる音線データ、及び、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４が最大となる音線データの順番で小さくなる。その結果、ＤＳＣ１７の走査変換部７２（図３）においてラスター変換された画像データ（超音波断層像）においては穿刺針３６の先端ほど赤色が濃くなるので、穿刺針３６の位置に応じて色相を変化させることができる。これにより、オペレータは、表示装置４に表示された超音波断層像において穿刺針３６の先端の位置を容易に確認しながら、患者の患部の処理を行うことができる。
【００３９】
以上の説明においては、穿刺針３６の４つの位置に対応して、参照信号として４つの参照信号（第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４）を用いたが、参照信号の数は任意で良い。なお、参照信号の数を１つにする場合には、穿刺針３６の先端の位置からの超音波ビームのエコー信号を予め計測して参照信号を得るようにした方が良い。
また、図４に示すように穿刺針３６の各位置からのエコー信号を予め計測して参照信号を得る場合には、穿刺針３６にメッシュ加工を施すと良い。このとき、穿刺針３６の根元ほどメッシュサイズを小さくすることが望ましい。
【００４０】
さらに、穿刺針３６の刺入角が変わっても対応できるようにするために、超音波ビームと穿刺針３６との間の複数種類の角度毎の反射信号を予め計測して参照信号を得るようにしても良い。
また、穿刺針３６が強調される場合について説明したが、血管内ステントやカテーテルのような人工物についても、超音波ビームの人工物からの反射信号を予め計測して得た参照信号を表す参照信号データを参照信号メモリ６３（図３）に格納しておくことにより、本発明を適用することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波内視鏡装置について図７及び図８を参照しながら説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る超音波内視鏡装置は、図１に示す穿刺針強調部１６が、図３に示す相間値算出部６１、相間値メモリ６２及び参照信号メモリ６３の代わりに、閾値処理部８１及び処理結果メモリ８２を備える点と、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１が、第１から第４の相間値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に応じてＲ信号の振幅を大きくする代わりに、穿刺針強調部１６の処理結果メモリ８２から入力される処理結果データに応じてＲ信号の振幅を大きくする点において、第１の実施形態と異なっている。
【００４２】
図８に示すように、穿刺針強調部１６の閾値処理部８１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形の振幅が所定の閾値を超えるとハイレベルになる閾値処理結果データを出力する。処理結果メモリ８２は、閾値処理部８１から入力される閾値処理結果データを格納する。
【００４３】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、例えば、図８の（Ａ）に示すような、穿刺針３６の第１の位置Ｐ１（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｎ）のエコー信号に相当する音線データについては、図８の（Ｂ）に示すように、その振幅が閾値を超える部分が生じる。その結果、この部分がハイレベルとなる閾値処理結果データが、図７に示す閾値処理部８１によって作成されて、処理結果メモリ８２に格納される。ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１は、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード画像の３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、処理結果メモリ８２から読み出した閾値処理結果データがハイレベルの部分に相当する画素のＲ信号の振幅を２５５階調とする。
穿刺針３６の第２から第４の位置Ｐ２〜Ｐ４（図４参照））に向けて送信された超音波ビーム（音線ｍ〜ｋ）のエコー信号に相当する音線データについても、その振幅が閾値を超える部分が生じるため、同様にして、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１において、閾値処理結果データがハイレベルの部分に相当する画素のＲ信号の振幅は２５５階調とされる。
これにより、穿刺針３６が赤色とされた超音波断層像が、表示装置４に表示される。
【００４４】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する必要がないため、上述した第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置よりも低コスト化を実現することができる。また、本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、穿刺針以外の反射率の大きい人工物についても、その部分を赤色にして強調した超音波断層像を表示することができる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波内視鏡装置について図９を参照しながら説明する。
本実施形態に係る超音波内視鏡装置は、穿刺針強調部１６が、閾値処理部９２の前段に微分処理部９１を備える点において、第２の実施形態と異なっている。
【００４６】
微分処理部９１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形を微分することにより、エッジ信号を抽出する。閾値処理部９２は、微分処理部９１によって抽出されたエッジ信号の振幅が所定の閾値を超えるとハイレベルになる閾値処理結果データを出力する。処理結果メモリ９３は、閾値処理部９２から入力される閾値処理結果データを格納するためのものである。
【００４７】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、エッジ信号の振幅が所定の閾値を超えた部分に相当するＢモード画像の画素のＲ信号の振幅を２５５階調とすることにより、穿刺針３６の輪郭線が赤色とされた超音波断層像を表示装置４に表示させることができる。
【００４８】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する必要がないため、上述した第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置よりも低コスト化を実現することができる。また、本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、穿刺針以外の反射率の大きい人工物についても、その輪郭線を赤色にして強調した超音波断層像を表示することができる。
【００４９】
以上の説明においては、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１が、相関値及び閾値処理結果に応じてＲ信号の振幅を大きくしたが、Ｇ信号又はＢ信号の振幅を大きくしても良い。また、Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号すべての振幅を、相関値又は閾値処理結果に応じて大きくすることにより、穿刺針３６の輝度を大きくした超音波断層像を表示するようにしても良い。
【００５０】
また、図１に示すように穿刺針強調ボタン２０を超音波観測装置３の操作卓１１に設けたが、例えば穿刺針強調ボタン２０を超音波内視鏡２の操作部２２（図２）に設けて、操作部２２から超音波観測装置３のＣＰＵ１２に穿刺針強調指示信号Ｂを出力するようにしても良い。
【００５１】
さらに、超音波観測装置３は、超音波内視鏡２に接続して使用したが、体外式の超音波プローブに接続して使用しても良い。但し、超音波内視鏡２においては、超音波トランスデューサ部が小さいために画質が低下し易いので、体外式の超音波プローブよりも超音波内視鏡２に接続して使用した場合の方が、穿刺針強調によるメリットは大きい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、患者の体内に挿入された穿刺針等の人工物を強調した超音波断層像を得るための超音波観測装置、及び、そのような超音波観測装置を備えた超音波内視鏡装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【図２】図１に示す超音波内視鏡２の構成を示す図である。
【図３】図１に示すＢモード処理部１５、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７の構成を示す図である。
【図４】参照信号データの作成方法を説明するための図である。
【図５】図３に示すＲＧＢ処理部７１の動作を説明するための図である。
【図６】図３に示す相関値算出部６１の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【図８】図７に示す閾値処理部８１の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 超音波内視鏡装置
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
１１ 操作卓
１２ ＣＰＵ
１３ 送信回路
１４ 受信回路
１５ Ｂモード処理部
１６ 穿刺針強調部
１７ ＤＳＣ
１８ 画像メモリ
１９ Ｄ／Ａ変換器
２０ 穿刺針強調ボタン
３１ 挿入部
３２ 操作部
３３ 接続コード
３４ ユニバーサルコード
３５ 処置具挿入口
３６ 穿刺針
４０ 超音波トランスデューサ部
５１ 位相整合部
５２ 音線メモリ
５３ 検波部
６１ 相関値算出部
６２ 相関値メモリ
６３ 参照信号メモリ
７１ ＲＧＢ処理部
７２ 走査変換部
８１、９２ 閾値処理部
８２、９３ 処理結果メモリ
９１ 微分処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療診断のために患者の体内に挿入される超音波内視鏡に接続して超音波断層像を得るための超音波観測装置、及び、そのような超音波観測装置と超音波内視鏡とによって構成される超音波内視鏡装置に関する。さらに、本発明は，そのような超音波観測装置において用いられる画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波内視鏡を用いた穿刺処理は、患者の体内に挿入された超音波内視鏡の挿入部の先端部から突出される穿刺針の突出状態を、超音波内視鏡の挿入部の先端部に設けられた複数個の超音波トランスデューサ（超音波振動子）を用いて撮影した超音波断層像をリアルタイムで確認しながら行われている。しかし、このような超音波内視鏡を用いた穿刺処理は、非常に難易度が高く、高度な手法を必要とする。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１は、目的部位が繊維化等により硬くなった組織であっても、穿刺針を穿入する時の反動を抑えることにより穿刺処理の難易度を低減する超音波内視鏡を開示している。この超音波内視鏡によれば、患者の体外に配置した磁場発生装置から磁力を印加すると共に、超音波内視鏡の可撓管部の先端側の湾曲部に近接する位置に設けられた電磁石に電流を流すことにより、超音波内視鏡の可撓管部の先端側の湾曲部に近接する位置が、患者の気管の管腔壁に磁力で吸い付けられて固定される。これにより、超音波内視鏡を用いて穿刺針を体腔内の目的部位に穿入する時に、穿刺の反作用によって超音波内視鏡の挿入部が撓むことを防止して、目的部位が繊維化等により硬くなった組織であっても、容易かつ確実に目的部位に穿刺針を穿入することができるようにしている。
【０００４】
また、下記の特許文献２は、生体内における穿刺針を強調して表示する超音波診断装置を開示している。この超音波診断装置によれば、穿刺アダプタに設けられた角度検出器を用いて取得した穿刺針の刺入角度に関する情報と、超音波ビームの反射波の受信信号に基づいて取得した輝度信号とから生体内における穿刺針の位置を判断すると共に、穿刺針からの反射信号がモニタ上において強調して表示されるような処理を施している。しかしながら、このような超音波診断装置においては、特殊なビーム走査が必要であるために制御が難しく、また、穿刺針の刺入角度を取得するための角度検出器が必要であるため、超音波内視鏡に採用するには必ずしも適していないという問題がある。
【０００５】
さらに、下記の特許文献３は、超音波（放射線）イメージ装置により患者の体内に挿入されるカテーテルの画像を強調するエコー生成装置を開示している。このエコー生成装置によれば、マトリックス材料製のチューブ部分の上に配置される境界層の音響インピーダンスをマトリックス材料のそれと異なるようにしている。しかしながら、このようなエコー生成装置においては、カテーテルの構成が従来のものとは異なるため、従来のカテーテルには適用できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１０５２８９号公報（段落００２２及び００２３、図２）
【特許文献２】特開２００４−２０８８５９号公報（段落０００６、００１７及び００１８、図１）
【特許文献３】特開平５−３４５０１５号公報（段落０００４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、患者の体内に挿入される人工物（穿刺針やカテーテル等）を強調した超音波断層像を容易に得ることができる超音波観測装置、超音波内視鏡装置、及び，画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波観測装置は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路と、受信回路によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段と、人工物強調操作手段の操作に従って、超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段とを具備する。
【０００８】
また、本発明の１つの観点に係る超音波内視鏡装置は、本発明の超音波観測装置と、超音波観測装置に接続され、超音波を送受信するための超音波トランスデューサ部、及び、人工物を突出させるための孔を備えた超音波内視鏡とを具備する。
【０００９】
さらに、本発明の１つの観点に係る画像処理方法は、超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する第１のステップと、第１のステップにおいて処理された受信信号に基づいて、超音波画像に含まれている人工物を強調するための処理を行う第２のステップと、第２のステップにおいて人工物が強調された超音波画像を生成する第３のステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、穿刺針等の人工物を強調した超音波画像を容易に作成して表示することができるので、穿刺処理等の難易度を低下させることができる。
また、人工物強調操作手段を操作した場合にのみ、人工物を強調した超音波画像を表示することができるので、オペレータは、通常の超音波画像と人工物を強調した超音波画像との切替えを必要に応じて行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置１は、超音波内視鏡（超音波内視鏡装置において用いられる超音波プローブ）２と、超音波内視鏡２を接続可能な超音波観測装置３と、超音波観測装置３に接続された表示装置４とを含んでいる。
【００１２】
超音波観測装置３は、操作卓１１と、ＣＰＵ（中央処理装置）１２と、送信回路１３と、受信回路１４と、Ｂモード処理部１５と、穿刺針強調部１６と、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１７と、画像メモリ１８と、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）１９とを含んでいる。
【００１３】
図２に示すように、超音波内視鏡２は、挿入部３１と、操作部３２と、接続コード３３と、ユニバーサルコード３４とを含んでいる。
超音波内視鏡２の挿入部３１は、患者の体内に挿入することができるように細長い可撓性の管状となっている。操作部３２は、挿入部３１の基端に設けられており、接続コード３３を介して超音波観測装置３に接続されていると共に、ユニバーサルコード３４を介して図示しない光源装置と接続されている。
【００１４】
超音波内視鏡２の挿入部３１には、照明窓及び観察窓が設けられている。照明窓には、光源装置からライトガイドを介して供給される照明光を出射させるための照明用レンズが装着されている。これらは、照明光学系を構成する。また、観察窓には、対物レンズが装着されており、この対物レンズの結像位置に、イメージガイドの入力端又はＣＣＤカメラ等の固体撮像素子が配置されている。これらは、観察光学系を構成する。
【００１５】
超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、複数の超音波トランスデューサが配置されたコンベックス型の超音波トランスデューサ部４０が設けられている。超音波トランスデューサ部４０は、図１に示す超音波観測装置３の送信回路１３から接続コード３３を介して供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に、目的部位等から反射された超音波エコーを受信して、複数の受信信号を超音波観測装置３の受信回路１４に接続コード３３を介して出力する。また、超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、操作部３２に設けられた処置具挿入口３５から挿入された、穿刺針３６等の人工物が突出される孔が形成されている。
【００１６】
図１に示す超音波観測装置３の操作卓１１は、オペレータの操作に基づいて、超音波内視鏡２を用いた超音波撮像動作の開始／停止を制御するための制御信号ＡをＣＰＵ１２に出力する。また、操作卓１１は、オペレータが穿刺針強調ボタン２０を操作すると、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７における穿刺針強調動作の開始／停止を制御するための穿刺針強調指示信号ＢをＣＰＵ１２に出力する。
【００１７】
ＣＰＵ１２は、操作卓１１から入力される制御信号Ａに基づいて、送信回路１３の動作を制御するための送信制御信号Ａ１を送信回路１３に出力すると共に、受信回路１４の動作を制御するための受信制御信号Ａ２を受信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、操作卓１１から入力される穿刺針強調指示信号Ｂに基づいて、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７の動作を制御するための穿刺針強調制御信号Ｂ１を穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７に出力する。
【００１８】
送信回路１３は、送信制御信号Ａ１に基づいて複数の駆動信号を生成し、これらの駆動信号を超音波内視鏡２に出力する。これらの駆動信号に従って、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０から超音波ビームが送信され、被検体が走査される。
【００１９】
一方、受信回路１４は、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０から入力される受信信号を所定の増幅度で増幅した後、アナログ／ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行うことにより、増幅された受信信号をディジタル受信信号に変換する。
【００２０】
図３に示すように、Ｂモード処理部１５は、位相整合部５１と、音線メモリ５２と、検波部５３とを備える。位相整合部５１は、受信回路１４から入力されるディジタル受信信号に対して位相整合を行って受信フォーカス処理を施し、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データを形成する。音線メモリ５２は、位相整合部５１によって形成された音線データを格納する。検波部５３は、音線メモリ５２から読み出した音線データに対して、超音波ビームの反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を行った後、包絡線検波処理を行うことにより、Ｂモード画像用データを生成する。
【００２１】
穿刺針強調部１６は、相関値算出部６１と、相関値メモリ６２と、参照信号メモリ６３とを備える。相関値算出部６１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から出力される位相整合された音線データによって表される波形と、参照信号メモリ６３に格納されている参照信号データによって表される波形との相関値を算出する。参照信号メモリ６２は、穿刺針３６から反射された超音波エコーに基づく受信信号を予め計測して得られたデータである参照信号データを格納する。
【００２２】
ここで、参照信号データは、穿刺針３６だけからの反射信号を計測して得るために、例えば以下のようにして作成される。
超音波内視鏡２における穿刺角でもって穿刺針３６を水中に突出させた後に、この穿刺針３６に向けて超音波ビームを送信して、図４に黒点で示す穿刺針３６の第１から第４の位置Ｐ１〜Ｐ４に向けて送信される４つの超音波ビーム（音線ｋ、音線ｌ、音線ｍ及び音線ｎ）のエコー信号を計測する。この計測した４つのエコー信号から得られる音線データを、第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４とする。相関値メモリ６２は、相関値算出部６１において算出された、音線データによって表される波形と参照信号データによって表される波形との相関値を表す相関値データを格納する。
【００２３】
以上において、Ｂモード処理部１５〜ＤＳＣ１７（但し、メモリを除く）は、ディジタル回路で構成しても良いし、あるいは、ＣＰＵ１２と、ＣＰＵ１２に各種の処理を行わせるためのソフトウェア（画像処理プログラム）とによって構成しても良い。その場合には、ＣＰＵ１２が、記録媒体に記録されている画像処理プログラムに基づいて、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する。記録媒体としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２４】
ＤＳＣ１７は、ＲＧＢ処理部７１と、走査変換部７２とを備える。ＲＧＢ処理部７１は、通常動作時には、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード画像用データに基づいて、３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の振幅を０〜２５５階調（８ビット）でそれぞれ表す。なお、Ｂモード処理部１５とＤＳＣ１７とは、受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段を構成している。
【００２５】
また、ＲＧＢ処理部７１は、穿刺針強調動作時には、穿刺針３６（図２）の先端ほど赤色で示すために、図５に示すように、Ｂモード画像用データの３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、穿刺針強調部１６から入力される第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に応じてＲ信号の振幅を最大で２５５階調まで大きくする。このとき、ＲＧＢ処理部７１は、第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に対して重み付けをもってＲ信号の振幅を大きくしている。即ち、ＲＧＢ処理部７１は、第１の相関値ＣＲｅｆ１に比例してＲ信号の振幅を最大で３５階調まで大きくし、第２の相関値ＣＲｅｆ２に比例してＲ信号の振幅を最大で１５階調まで大きくし、第３の相関値ＣＲｅｆ３に比例してＲ信号の振幅を最大で１０階調まで大きくし、第４の相関値ＣＲｅｆ４に比例してＲ信号の振幅を最大で５階調まで大きくする。
【００２６】
走査変換部７２は、Ｂモード処理部１５において生成されたＢモード画像用データが通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものであるため、ＲＧＢ処理部７１から出力されるＢモード画像用データを通常の画像データに変換（ラスター変換）する。
【００２７】
再び図１を参照すると、画像メモリ１８は、ＤＳＣ１７の走査変換部７２から入力される画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器１９は、画像メモリ１８から読み出したディジタルの画像データをアナログの画像信号に変換して表示装置４に出力する。これにより、表示装置４において、超音波内視鏡２により撮影された超音波断層像が表示される。
【００２８】
次に、本実施形態に係る超音波内視鏡装置１の動作について説明するが、通常動作時の動作については通常の超音波内視鏡装置と同様であるので、穿刺針強調動作時の動作についてのみ説明する。また、穿刺針強調部１６の参照信号メモリ６３には、図４に示す第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４が格納されているものとする。
【００２９】
図２に示す超音波内視鏡２を用いて超音波断層像を撮影する際に、オペレータは、ユニバーサルコード３４の一端に接続された光源から光を発して、挿入部３１の先端部に設けられた照明窓から患者の体内に照明光を出射すると共に、観察窓から挿入状態を観察しながら、超音波内視鏡２の挿入部３１を被検体である患者の体内に挿入して行く。超音波内視鏡２の挿入部３１が目的位置に達すると、オペレータは、穿刺針３６を処置具挿入口３５から挿入して挿入部３１の先端の孔から突出させる。
【００３０】
その後、オペレータは、図１に示す操作卓１１を操作することにより、超音波撮像動作を開始させる制御信号Ａを操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。また、オペレータは、操作卓１１の穿刺針強調ボタン２０を押すことにより、穿刺針強調動作を開始させる穿刺針強調指示信号Ｂを操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。
【００３１】
ＣＰＵ１２は、制御信号Ａに基づいて、送信回路１３の動作の開始とＢモード用の駆動信号の生成とを指示する送信制御信号Ａ１を送信回路１３に出力すると共に、受信回路１４の動作の開始を指示する受信制御信号Ａ２を受信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、穿刺針強調指示信号Ｂに基づいて、穿刺針強調部１６の動作を開始させると共にＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１（図３）に穿刺針強調動作を開始させる穿刺針強調制御信号Ｂ１を穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７に出力する。
【００３２】
送信回路１３は、超音波トランスデューサ部４０（図２）から超音波ビームを送信するための複数の駆動信号を生成する。生成された複数の駆動信号は、超音波内視鏡２の超音波トランスデューサ部４０に出力される。これにより、超音波トランスデューサ部４０から、超音波ビームが被検体及び穿刺針３６に送信される。
【００３３】
超音波ビームが被検体及び穿刺針３６から反射されて生じた超音波エコーを受信することによって超音波トランスデューサ部４０において得られる複数の受信信号は、超音波内視鏡２から受信回路１４に入力されて、ディジタル受信信号に変換される。このディジタル受信信号は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１（図３）に出力され、位相整合部５１において受信フォーカス処理が施されて、音線データが形成される。位相整合部５１において形成された音線データは、音線メモリ５２に格納されると共に、穿刺針強調部１６の相関値算出部６１（図３）に出力される。
【００３４】
穿刺針強調部１６の相関値算出部６１においては、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形と、参照信号メモリ６３から読み出した第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４によって表される波形との相関値が算出される。
【００３５】
ここで、図６の（Ａ）に示すような、穿刺針３６の第１の位置Ｐ１（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｎ）のエコー信号に相当する音線データについては、図６の（Ｂ）から（Ｅ）に示すように、第１の参照信号データＲｅｆ１によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ１が最大となり、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３、及び、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４の順番で小さくなる。
【００３６】
これに対して、穿刺針３６の第２の位置Ｐ２（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｍ）のエコー信号に相当する音線データについては、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２が最大となり、穿刺針３６の第３の位置Ｐ３に向けて送信された超音波ビーム（音線ｌ）のエコー信号に相当する音線データについては、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３が最大となり、穿刺針３６の第４の位置Ｐ４に向けて送信された超音波ビーム（音線ｋ）のエコー信号に相当する音線データについては、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４が最大となる。
【００３７】
相関値算出部６１において算出された相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４を表す相関値データは、相関値メモリ６２に格納される。
ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１は、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード用画像データの３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、穿刺針強調部１６の相関値メモリ６２から読み出した相関値データに応じてＢモード画像のＲ信号の振幅を大きくする。
【００３８】
このとき、図５に示すように、Ｂモード用画像データのＲ信号の振幅は第１から第４の相関値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に対して重み付けがされて加算されるため、Ｒ信号の振幅は、第１の参照信号データＲｅｆ１によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ１が最大となる音線データについて一番大きくなり、第２の参照信号データＲｅｆ２によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ２が最大となる音線データ、第３の参照信号データＲｅｆ３によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ３が最大となる音線データ、及び、第４の参照信号データＲｅｆ４によって表される波形との相関値ＣＲｅｆ４が最大となる音線データの順番で小さくなる。その結果、ＤＳＣ１７の走査変換部７２（図３）においてラスター変換された画像データ（超音波断層像）においては穿刺針３６の先端ほど赤色が濃くなるので、穿刺針３６の位置に応じて色相を変化させることができる。これにより、オペレータは、表示装置４に表示された超音波断層像において穿刺針３６の先端の位置を容易に確認しながら、患者の患部の処理を行うことができる。
【００３９】
以上の説明においては、穿刺針３６の４つの位置に対応して、参照信号として４つの参照信号（第１から第４の参照信号データＲｅｆ１〜Ｒｅｆ４）を用いたが、参照信号の数は任意で良い。なお、参照信号の数を１つにする場合には、穿刺針３６の先端の位置からの超音波ビームのエコー信号を予め計測して参照信号を得るようにした方が良い。
また、図４に示すように穿刺針３６の各位置からのエコー信号を予め計測して参照信号を得る場合には、穿刺針３６にメッシュ加工を施すと良い。このとき、穿刺針３６の根元ほどメッシュサイズを小さくすることが望ましい。
【００４０】
さらに、穿刺針３６の刺入角が変わっても対応できるようにするために、超音波ビームと穿刺針３６との間の複数種類の角度毎の反射信号を予め計測して参照信号を得るようにしても良い。
また、穿刺針３６が強調される場合について説明したが、血管内ステントやカテーテルのような人工物についても、超音波ビームの人工物からの反射信号を予め計測して得た参照信号を表す参照信号データを参照信号メモリ６３（図３）に格納しておくことにより、本発明を適用することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波内視鏡装置について図７及び図８を参照しながら説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る超音波内視鏡装置は、図１に示す穿刺針強調部１６が、図３に示す相間値算出部６１、相間値メモリ６２及び参照信号メモリ６３の代わりに、閾値処理部８１及び処理結果メモリ８２を備える点と、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１が、第１から第４の相間値ＣＲｅｆ１〜ＣＲｅｆ４に応じてＲ信号の振幅を大きくする代わりに、穿刺針強調部１６の処理結果メモリ８２から入力される処理結果データに応じてＲ信号の振幅を大きくする点において、第１の実施形態と異なっている。
【００４２】
図８に示すように、穿刺針強調部１６の閾値処理部８１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形の振幅が所定の閾値を超えるとハイレベルになる閾値処理結果データを出力する。処理結果メモリ８２は、閾値処理部８１から入力される閾値処理結果データを格納する。
【００４３】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、例えば、図８の（Ａ）に示すような、穿刺針３６の第１の位置Ｐ１（図４参照）に向けて送信された超音波ビーム（音線ｎ）のエコー信号に相当する音線データについては、図８の（Ｂ）に示すように、その振幅が閾値を超える部分が生じる。その結果、この部分がハイレベルとなる閾値処理結果データが、図７に示す閾値処理部８１によって作成されて、処理結果メモリ８２に格納される。ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１は、Ｂモード処理部１５から入力されるＢモード画像の３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号）の各々の振幅を０〜２００階調で表すと共に、処理結果メモリ８２から読み出した閾値処理結果データがハイレベルの部分に相当する画素のＲ信号の振幅を２５５階調とする。
穿刺針３６の第２から第４の位置Ｐ２〜Ｐ４（図４参照））に向けて送信された超音波ビーム（音線ｍ〜ｋ）のエコー信号に相当する音線データについても、その振幅が閾値を超える部分が生じるため、同様にして、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１において、閾値処理結果データがハイレベルの部分に相当する画素のＲ信号の振幅は２５５階調とされる。
これにより、穿刺針３６が赤色とされた超音波断層像が、表示装置４に表示される。
【００４４】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する必要がないため、上述した第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置よりも低コスト化を実現することができる。また、本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、穿刺針以外の反射率の大きい人工物についても、その部分を赤色にして強調した超音波断層像を表示することができる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波内視鏡装置について図９を参照しながら説明する。
本実施形態に係る超音波内視鏡装置は、穿刺針強調部１６が、閾値処理部９２の前段に微分処理部９１を備える点において、第２の実施形態と異なっている。
【００４６】
微分処理部９１は、Ｂモード処理部１５の位相整合部５１から入力される音線データによって表される波形を微分することにより、エッジ信号を抽出する。閾値処理部９２は、微分処理部９１によって抽出されたエッジ信号の振幅が所定の閾値を超えるとハイレベルになる閾値処理結果データを出力する。処理結果メモリ９３は、閾値処理部９２から入力される閾値処理結果データを格納するためのものである。
【００４７】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、エッジ信号の振幅が所定の閾値を超えた部分に相当するＢモード画像の画素のＲ信号の振幅を２５５階調とすることにより、穿刺針３６の輪郭線が赤色とされた超音波断層像を表示装置４に表示させることができる。
【００４８】
本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、音線データによって表される波形と参照信号によって表される波形との相関値を算出する必要がないため、上述した第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置よりも低コスト化を実現することができる。また、本実施形態に係る超音波内視鏡装置においては、穿刺針以外の反射率の大きい人工物についても、その輪郭線を赤色にして強調した超音波断層像を表示することができる。
【００４９】
以上の説明においては、ＤＳＣ１７のＲＧＢ処理部７１が、相関値及び閾値処理結果に応じてＲ信号の振幅を大きくしたが、Ｇ信号又はＢ信号の振幅を大きくしても良い。また、Ｒ信号、Ｇ信号及びＢ信号すべての振幅を、相関値又は閾値処理結果に応じて大きくすることにより、穿刺針３６の輝度を大きくした超音波断層像を表示するようにしても良い。
【００５０】
また、図１に示すように穿刺針強調ボタン２０を超音波観測装置３の操作卓１１に設けたが、例えば穿刺針強調ボタン２０を超音波内視鏡２の操作部２２（図２）に設けて、操作部２２から超音波観測装置３のＣＰＵ１２に穿刺針強調指示信号Ｂを出力するようにしても良い。
【００５１】
さらに、超音波観測装置３は、超音波内視鏡２に接続して使用したが、体外式の超音波プローブに接続して使用しても良い。但し、超音波内視鏡２においては、超音波トランスデューサ部が小さいために画質が低下し易いので、体外式の超音波プローブよりも超音波内視鏡２に接続して使用した場合の方が、穿刺針強調によるメリットは大きい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、患者の体内に挿入された穿刺針等の人工物を強調した超音波断層像を得るための超音波観測装置、及び、そのような超音波観測装置を備えた超音波内視鏡装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【図２】図１に示す超音波内視鏡２の構成を示す図である。
【図３】図１に示すＢモード処理部１５、穿刺針強調部１６及びＤＳＣ１７の構成を示す図である。
【図４】参照信号データの作成方法を説明するための図である。
【図５】図３に示すＲＧＢ処理部７１の動作を説明するための図である。
【図６】図３に示す相関値算出部６１の動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【図８】図７に示す閾値処理部８１の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 超音波内視鏡装置
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
１１ 操作卓
１２ ＣＰＵ
１３ 送信回路
１４ 受信回路
１５ Ｂモード処理部
１６ 穿刺針強調部
１７ ＤＳＣ
１８ 画像メモリ
１９ Ｄ／Ａ変換器
２０ 穿刺針強調ボタン
３１ 挿入部
３２ 操作部
３３ 接続コード
３４ ユニバーサルコード
３５ 処置具挿入口
３６ 穿刺針
４０ 超音波トランスデューサ部
５１ 位相整合部
５２ 音線メモリ
５３ 検波部
６１ 相関値算出部
６２ 相関値メモリ
６３ 参照信号メモリ
７１ ＲＧＢ処理部
７２ 走査変換部
８１、９２ 閾値処理部
８２、９３ 処理結果メモリ
９１ 微分処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路と、
前記受信回路によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段と、
前記人工物強調操作手段の操作に従って、前記超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段と、
を具備する超音波観測装置。
【請求項２】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形と、人工物を撮像して得られた少なくとも１つの参照信号の波形との相関値を算出する相関値算出手段と、
参照信号を表す参照信号データを格納するための参照信号メモリと、
前記相関値算出手段によって算出された相関値を表す相関値データを格納するための相関値メモリと、
を備え、前記相関値算出手段によって算出された相関値に基づいて、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項３】
前記参照信号が、人工物の複数の位置からの超音波エコーを予め計測して得られたものである、請求項２記載の超音波観測装置。
【請求項４】
前記参照信号が、超音波ビームと人工物との間の複数種類の角度毎の超音波エコーを予め計測して得られたものである、請求項２記載の超音波観測装置。
【請求項５】
前記超音波画像生成手段が、前記人工物強調処理手段から出力される信号に従って、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調する色信号処理手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波観測装置。
【請求項６】
前記色信号処理手段が、音線データによって表される波形と複数の参照信号によって表される波形との相関値に応じて、かつ、複数の参照信号毎に重み付けをして、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調する、請求項５記載の超音波観測装置。
【請求項７】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形の振幅と所定の閾値とを比較する閾値処理手段と、
前記閾値処理手段における比較結果を表す閾値処理結果データを格納するための処理結果メモリと、
を備え、音線データによって表される波形の振幅が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項８】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形を微分する微分処理手段と、
前記微分処理手段によって得られた微分値と所定の閾値とを比較する閾値処理手段と、
前記閾値処理手段における比較結果を表す閾値処理結果データを格納するための処理結果メモリと、
を備え、微分値が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項９】
前記人工物が、超音波内視鏡において用いられる穿刺針である、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波観測装置。
【請求項１０】
前記穿刺針の位置に応じてメッシュ加工が施されている、請求項９記載の超音波観測装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の超音波観測装置と、
前記超音波観測装置に接続され、超音波を送受信するための超音波トランスデューサ部、及び、人工物を突出させるための孔を備えた超音波内視鏡と、
を具備する超音波内視鏡装置。
【請求項１２】
前記人工物強調操作手段が、前記超音波内視鏡に設けられている、請求項１１記載の超音波内視鏡装置。
【請求項１３】
超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて処理された受信信号に基づいて、超音波画像に含まれている人工物を強調するための処理を行う第２のステップと、
前記第２のステップにおいて人工物が強調された超音波画像を生成する第３のステップと、
を具備する画像処理方法。
【請求項１４】
前記第２のステップが、前記第１のステップにおいて処理された受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形と、人工物を撮像して得られた少なくとも１つの参照信号の波形との相関値を算出し、算出した相関値に基づいて、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記第２のステップが、音線データによって表される波形と複数の参照信号によって表される波形との相関値に応じて、かつ、複数の参照信号毎に重み付けをして、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調することを含む、請求項１４記載の画像処理方法。
【請求項１６】
前記第２のステップが、受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形の振幅と所定の閾値とを比較し、音線データによって表される波形の振幅が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【請求項１７】
前記第２のステップが、受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形を微分して得た微分値と、所定の閾値とを比較し、微分値が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【請求項１】
超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する受信回路と、
前記受信回路によって処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
超音波画像において人工物を強調するために操作される人工物強調操作手段と、
前記人工物強調操作手段の操作に従って、前記超音波画像生成手段によって生成される超音波画像において人工物を強調するための処理を行う人工物強調処理手段と、
を具備する超音波観測装置。
【請求項２】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形と、人工物を撮像して得られた少なくとも１つの参照信号の波形との相関値を算出する相関値算出手段と、
参照信号を表す参照信号データを格納するための参照信号メモリと、
前記相関値算出手段によって算出された相関値を表す相関値データを格納するための相関値メモリと、
を備え、前記相関値算出手段によって算出された相関値に基づいて、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項３】
前記参照信号が、人工物の複数の位置からの超音波エコーを予め計測して得られたものである、請求項２記載の超音波観測装置。
【請求項４】
前記参照信号が、超音波ビームと人工物との間の複数種類の角度毎の超音波エコーを予め計測して得られたものである、請求項２記載の超音波観測装置。
【請求項５】
前記超音波画像生成手段が、前記人工物強調処理手段から出力される信号に従って、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調する色信号処理手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波観測装置。
【請求項６】
前記色信号処理手段が、音線データによって表される波形と複数の参照信号によって表される波形との相関値に応じて、かつ、複数の参照信号毎に重み付けをして、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調する、請求項５記載の超音波観測装置。
【請求項７】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形の振幅と所定の閾値とを比較する閾値処理手段と、
前記閾値処理手段における比較結果を表す閾値処理結果データを格納するための処理結果メモリと、
を備え、音線データによって表される波形の振幅が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項８】
前記人工物強調処理手段が、
受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形を微分する微分処理手段と、
前記微分処理手段によって得られた微分値と所定の閾値とを比較する閾値処理手段と、
前記閾値処理手段における比較結果を表す閾値処理結果データを格納するための処理結果メモリと、
を備え、微分値が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行う、
請求項１記載の超音波観測装置。
【請求項９】
前記人工物が、超音波内視鏡において用いられる穿刺針である、請求項１〜８のいずれか１項記載の超音波観測装置。
【請求項１０】
前記穿刺針の位置に応じてメッシュ加工が施されている、請求項９記載の超音波観測装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の超音波観測装置と、
前記超音波観測装置に接続され、超音波を送受信するための超音波トランスデューサ部、及び、人工物を突出させるための孔を備えた超音波内視鏡と、
を具備する超音波内視鏡装置。
【請求項１２】
前記人工物強調操作手段が、前記超音波内視鏡に設けられている、請求項１１記載の超音波内視鏡装置。
【請求項１３】
超音波トランスデューサから送信された超音波ビームが被検体及び人工物から反射されて生じる超音波エコーに基づいて得られる受信信号を処理する第１のステップと、
前記第１のステップにおいて処理された受信信号に基づいて、超音波画像に含まれている人工物を強調するための処理を行う第２のステップと、
前記第２のステップにおいて人工物が強調された超音波画像を生成する第３のステップと、
を具備する画像処理方法。
【請求項１４】
前記第２のステップが、前記第１のステップにおいて処理された受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形と、人工物を撮像して得られた少なくとも１つの参照信号の波形との相関値を算出し、算出した相関値に基づいて、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記第２のステップが、音線データによって表される波形と複数の参照信号によって表される波形との相関値に応じて、かつ、複数の参照信号毎に重み付けをして、超音波画像を表示するために用いられる３つの色信号の内の少なくとも１つの色信号の振幅を大きくすることにより人工物を強調することを含む、請求項１４記載の画像処理方法。
【請求項１６】
前記第２のステップが、受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形の振幅と所定の閾値とを比較し、音線データによって表される波形の振幅が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【請求項１７】
前記第２のステップが、受信信号に対して位相整合処理を行って得られる音線データによって表される波形を微分して得た微分値と、所定の閾値とを比較し、微分値が閾値よりも大きい場合に、人工物を強調するための処理を行うことを含む、請求項１３記載の画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１７５００６（Ｐ２００６−１７５００６Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７１１２９（Ｐ２００４−３７１１２９）
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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