超音波診断装置
【課題】
被検体内部の立体画像生成精度をあげるために、超音波探触子の三次元座標を算出する必要がある。このため、超音波探触子の三次元座標を算出する方法として、電磁波を利用した超音波探触子の三次元座標を算出する超音波診断装置が開発されている。しかしながら、磁場は周囲環境の影響を受けやすく、正確な超音波探触子の三次元座標の算出が難しく、従って被検体内部の立体画像の生成の精度が落ちてしまっていた。
【解決手段】
本発明は、既知の位置に設置された撮像装置を用いて超音波探触子を撮像し、複数の二次元画像を取得する。
前記撮像された複数の二次元画像から、二次元座標情報を抽出し、かつ各撮像装置の設置位置座標との相関関係から、前記超音波探触子の三次元座標および角度を算出する。
このように、周囲環境の変化に強い超音波探触子の立体画像を利用することにより、より正確な被検体内部の立体画像を生成することができるようになる。
被検体内部の立体画像生成精度をあげるために、超音波探触子の三次元座標を算出する必要がある。このため、超音波探触子の三次元座標を算出する方法として、電磁波を利用した超音波探触子の三次元座標を算出する超音波診断装置が開発されている。しかしながら、磁場は周囲環境の影響を受けやすく、正確な超音波探触子の三次元座標の算出が難しく、従って被検体内部の立体画像の生成の精度が落ちてしまっていた。
【解決手段】
本発明は、既知の位置に設置された撮像装置を用いて超音波探触子を撮像し、複数の二次元画像を取得する。
前記撮像された複数の二次元画像から、二次元座標情報を抽出し、かつ各撮像装置の設置位置座標との相関関係から、前記超音波探触子の三次元座標および角度を算出する。
このように、周囲環境の変化に強い超音波探触子の立体画像を利用することにより、より正確な被検体内部の立体画像を生成することができるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内部の立体形状を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いて、人等の被検体内部の超音波断層像を取得し、これらの二次元画像を組み合わせて立体画像を生成する技術が開発されている。
【０００３】
しかし、超音波断層像を取得する際に超音波探触子の手動走査による手ぶれや被検体自体の揺れ等により、安定した精度を持つ立体画像を生成することは難しかった。
【０００４】
そこで、超音波探触子に位置センサを取り付け、位置センサにより検出された超音波探触子の三次元位置と撮像された二次元画像情報との対応関係から、手ぶれ等のズレの影響を除去しながら被検体内部の立体画像を生成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら位置検出器は、磁気発生により自己の三次元座標を算出しており、超音波探触子周辺の磁場環境が変化し易いことにより、正確な超音波探触子の三次元座標を算出することが難しかった。このことから、正確な被検体の立体画像も生成することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、磁場などの肉眼で見えない周囲環境の変化に影響されずに、超音波探触子の三次元座標と超音波発生方向（姿勢）を算出し、被検体内部の立体画像をより正確に算出する超音波診断装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像生成手段により生成された複数の前記断層画像を前記座標・姿勢算出手段により算出された前記超音波探触子の三次元座標・姿勢から位置合せ処理を行い、前記被検体内部の立体画像を生成する立体画像生成手段と、
前記立体画像生成手段により生成された前記被検体内部の立体画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁場等の肉眼で視認しにくい周囲環境の変化に依らず、超音波断層像撮像時の超音波探触子の位置・姿勢を検出できることとなり、被検体内部のより精度の高い立体画像を生成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る複数台の撮像装置と超音波探触子の配置例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置による超音波探触子の撮像画像を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を示す図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る被検体および被検体内部組織の複数の超音波断面像を重ねた概念図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る複数の超音波断層像から生成された被検体および被検体内部の立体画像を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る被検体の立体画像と超音波探触子と超音波断層像の合成画像を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図１０】注目点αが表示された超音波断層像を示す図。
【図１１】注目点αが表示された超音波断層像のスキャン平面の概念を表す図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施態様の構成について図１乃至図２を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、撮像装置２０ａ，２０ｂと、撮像装置パラメータ取得部２１と、超音波探触子撮像画像取得部２２と、超音波探触子位置・姿勢算出部２３と、システム設定部３０と、標準座標設定記憶部３１と、超音波探触子４０と、超音波断層像取得部４１と、立体画像生成部４４と、表示部４５等から構成される。
【００１４】
撮像装置２０ａ，２０ｂは、超音波探触子４０の形状、模様、色彩等を撮像する装置である。例えば、デジタル方式、アナログ方式の撮像装置である。これらの複数台の撮像装置のうち、少なくとも二台は同一の超音波探触子４０を異なった角度から同時に撮像するように配置される。配置例として、図２に示すように、超音波探触子４０を同一の高さかつ９０度異なる角度から撮影する位置に設置する。また、同時に二枚以上の撮像画像が得られれば良いので、三台以上の撮像装置を利用した場合はそのうちの二台が同時に超音波探触子４０を撮像できれば、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。
【００１５】
このように撮像装置２０ａ，２０ｂは、同時にそれぞれ異なった角度から超音波探触子４０の画像を撮像する。本実施形態では、撮像装置２０ａ，２０ｂの固定位置は、超音波断層像取得前に固定され、一連の立体画像を生成する動作の開始から終了まで動かさないものとする。なお、「固定」と記載しているが、撮影された超音波画像とその時点の撮像手段の位置パラメータとの対応ができれていれば問題なく、本実施形態では簡単のため「固定」と記載している。
【００１６】
撮像装置パラメータ取得部２１は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標や撮像方向等のパラメータを記憶する。取得したパラメータを超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。取得したパラメータは、撮像した二枚の超音波探触子画像から、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する場合に利用する。
【００１７】
超音波探触子撮像画像取得部２２は、撮像装置２０ａ，２０ｂにて撮像された画像を取得する。取得した撮像画像を超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。この超音波探触子撮像画像取得部２２に表示部を設けて、表示部に表示される超音波探触子画像から撮像装置２０ａ，２０ｂの最初の設置位置・姿勢の調整に利用させてもよい。
【００１８】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータから各撮像画像の相関関係を演算し、超音波探触子撮像画像取得部２２から送られてきた同時刻に撮像された超音波探触子４０の画像から、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。この三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）は撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標をもとにした超音波探触子４０の三次元座標であるが、後述するシステム設定部３０で設定される標準座標を基準として計算してもよい。算出した超音波探触子４０の三次元座標・姿勢情報を立体画像生成部４４へ送出する。三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒの算出には、超音波探触子４０の画像から抽出された特徴点（例えば、図２のａ，ｂ，ｃ点）を抽出して利用する。特徴点の代わりに、ａ，ｂ，ｃ点に三色以上の色やＬＥＤ等のマーカーを取り付けて色による画像認識方法に利用させてもよい。
【００１９】
システム設定部３０は、標準座標の基準点情報（以下、単に「標準座標」という）（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を標準座標設定記憶部３１に送出する。この標準座標は、システム設定部３０に外部ＩＦを設置し、外部から設定されるようにしてもよいし、予め設定された固定値を利用しても良い。
【００２０】
標準座標とは、今回の表示部４５に表示する立体画像の基準とする座標をいう。撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータを表す座標系と同じでもよいし、異なっていても良い。例えば、超音波診断を行う部屋の任意の一点でもよいし、被検体内部の一点を標準座標の基準点としてもよい。被検体内部の骨等を基準とした場合、座標情報から注目点への距離等の情報を測定者に認識させやすくできる。これらの標準座標は立体画像を見る場合の視点を動かしたい場合に利用し、それらの演算は、後記する立体画像生成部４４によって行われる。
【００２１】
標準座標設定記憶部３１は、システム設定部３０から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を記憶する。送られてきた標準座標を立体画像生成部４４へ送出する。
【００２２】
超音波探触子４０は、超音波を被検体に送信し、被検体からの反射波を受信する。この受信した反射波を超音波断層像取得部４１へ送出する。なお、超音波を被検体に送出してから、反射波を取得するまでの時間は超音波探触子４０を動かす速さに比べて十分に早いため、超音波の送出と反射波の取得は同時になされるとみなす。
【００２３】
超音波断層像取得部４１は、前記超音波探触子が受信した反射波から超音波診断画像を生成する。生成した超音波診断画像を立体画像生成部４４へ送出する。超音波断層像取得部４１は、二次元画像ではなく、ある程度の厚みをもった立体画像でもよい。厚みのある立体画像を合成して立体画像の作成に利用することもできる。
【００２４】
立体画像生成部４４は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３から送られてきた超音波探触子の位置・姿勢情報と超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像から立体画像を生成する。各構成要素は図示しない同期手段により同期されていることから、それらの同期情報を利用し、各超音波診断像撮影時の超音波探触子の位置・姿勢と対応させる。
【００２５】
この際、超音波探触子の位置・姿勢情報から、合成する超音波断層像の位置合せ処理を行いながら立体画像を作成する。利用したい立体画像の中心位置を移動させる場合等、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標を利用して立体画像を作成してもよい。
【００２６】
また、立体画像作成の際、複数の超音波断層像から、一部の立体画像に利用する超音波断層像を選択させるようにすることにより、処理時間の短縮や計算コストの軽減を図ることができる。例えば、重要度の高い場所は多くの画像を合成し、重要度の低い箇所は合成する画像を減らす。
【００２７】
さらに、上記標準座標の位置を変化させ、標準座標に対応する三次元座標を演算により求める。
【００２８】
また、図７に示すように、算出した超音波探触子４０の位置情報をもとに、超音波探触子の画像を、被検体の立体画像に合わせて作成し、表示部４５に表示させることにより、超音波探触子４０の動かす方向等の判断の補助材料としてもよい。
【００２９】
表示部４５は、立体画像生成部４４で生成された被検体の立体画像を表示する。
【００３０】
以下、本発明の第１の実施態様の動作について図２乃至図８を参照しながら説明する。
【００３１】
撮像装置パラメータ取得部２１は、撮像装置２０ａ，２０ｂの固定された設置位置座標や撮像方向等のパラメータを記憶する。撮像装置２０ａ，２０ｂは、本実施形態の動作中には、一度固定された位置を動かさないものとする。撮像装置パラメータ取得部２１は、取得したパラメータを超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。（ステップ７０１）。
【００３２】
次に、撮像装置２０ａ，２０ｂは固定された設置位置から、超音波探触子４０を撮像する。超音波探触子撮像画面取得部２２は、撮像された超音波探触子４０の二次元の撮像画面を取得する。取得した超音波探触子４０の撮像画像を超音波探触子位置姿勢算出部２３へ送出する（ステップ７０２）。
【００３３】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置パラメータ取得部２１から送られてきた撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置と、撮像された超音波探触子４０の二枚以上の超音波探触子４０の撮像画面から超音波探触子４０の撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標をもとにした三次元座標を算出する（ステップ７０３）。
【００３４】
以下、超音波探触子４０の三次元座標系算出を図２、図３を用いて説明する（ステップ７０１、ステップ７０２、ステップ７０３）。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る複数撮像装置と超音波探触子の配置例を示す図である。
【００３６】
図３は本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の撮像画像を示す図である。
【００３７】
撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置および焦点距離から撮像装置２０ａ，２０ｂの撮像画角が決定されることとなり各撮像画像内のＸＹＺ座標値の対応関係が決定される。
【００３８】
ここでは簡単のため、図２に示すようにデカルト座標系上で撮像面がＸＺ面と平行、ＹＺ面と平行になるように撮像装置２０ａ，２０ｂを配置して説明する。撮像装置２０ａ，２０ｂは、それぞれの撮像画像内の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標値はそれぞれの値が一対一で対応するよう設置する高さ・傾きを調節して配置する。つまり、例えば撮像装置２０ａで撮像された画像（例えば、図３左図）から抽出されるｂ点のＺ値が「３」であれば撮像装置２０ｂで撮像された画像（例えば、図３右図）から抽出されるｂ点のＺ値も同じく「３」である。これら、超音波探触子４０の位置を算出するのに必要な撮像装置の情報を画像から超音波探触子位置・姿勢算出部２３が検出する。
【００３９】
ここでは、被写体である超音波探触子の三点を検出して、超音波探触子４０の三次元座標・姿勢を算出する場合について述べる。
【００４０】
撮像装置２０ａの撮像画像から、超音波探触子４０の各特徴点またはマーカーａ，ｂ，ｃ点の（Ｘ，Ｚ）座標が検出される（図３左図）。また、同時に撮像された撮像装置２０ｂからの撮像画像からは、各ａ，ｂ，ｃ点の（Ｙ，Ｚ）座標が検出される（図３右図）。これら、（Ｘ，Ｚ）座標、（Ｙ，Ｚ）座標の値は対応しているのであるから、そのままの各値からａ，ｂ，ｃ点の各（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出することができる。例えば、ａ点の（Ｘ，Ｚ）座標がが（０，３）で（Ｙ，Ｚ）座標がが（２，３）であれば、ａ点の三次元座標は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，２，３）である。同様に、ｂ点、ｃ点の三次元座標も求めることができる。
【００４１】
これら、超音波探触子４０のａ，ｂ，ｃ点の各（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標と、スキャン平面の中心座標の定義、過去の超音波探触子４０の傾き画像等と比較するなどして、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒ求めることができる。例えば、スキャン平面の中心座標の定義としてａ，ｂ，ｃ点の中点とすることと定義する。
【００４２】
また、上記説明では二台の撮像装置２０ａ，２０ｂを用いた場合であるが、撮像装置ｎ台から取得される三枚以上の画像からであっても、それぞれ各種演算を行い三次元位置・姿勢が算出できる。
【００４３】
なお、本実施形態では二台以上の撮像装置を利用した対象物体の三次元位置推定方法を示したが、時間差や動きベクトルを利用して、一代の撮像装置で二枚以上の画像を撮影することにより三次元位置推定方法に代替することもできる。さらに、全ての座標系に標準座標を伝達し、標準座標系に統一してそれぞれの位置座標の算出してもよい。
【００４４】
以上、超音波探触子４０の三次元座標系算出例の説明を終了する。
【００４５】
次に、超音波探触子４０は、超音波を被検体に送出し、反射波を取得する。取得した反射波を超音波断層像取得部４１へ送出する。なお、超音波を被検体に送出してから、反射波を取得するまでの時間は超音波探触子４０を動かす速さに比べて十分に早いため、超音波の送出と反射波の取得は同時になされるものとみなす。
【００４６】
超音波断層像取得部４１は、前記超音波探触子が受信した反射波から超音波診断画像を生成する。生成した超音波診断画像を立体画像生成部４４へ送出する（ステップ７０４）。
【００４７】
立体画像生成部４４は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３から送られてきた超音波探触子の位置・姿勢情報の取得時期と同時に撮像された超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像から立体画像を生成する（ステップ７０５）。
【００４８】
以下、図８に記載する超音波探触子４０のステップ７０５における被検体および被検体内部の立体画像生成を図４乃至図６を用いて説明する。
【００４９】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を示す図である。
【００５０】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を重ねた概念図である。
【００５１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る複数の超音波断層像から生成された被検体の立体画像を示す図である。
【００５２】
例えば、超音波探触子４０を被検体にあてて動かし、図４に示す超音波断層像１乃至６を超音波探触子撮像画面取得部２２にて作成する。作成した超音波断層像１乃至６を立体画像生成部４４へ送出する。
【００５３】
立体画像生成部４４は、超音波断層像１乃至６の撮像時の超音波探触子位置・姿勢算出部２３から超音波探触子位置・姿勢情報を受け取る。ここで、超音波断層像１乃至６を上記超音波探触子位置・姿勢情報に対応させて並べる。この並べられた超音波断層像１乃至６からキュービックコンボリューション補間等の補間方法を取りながら被検体の立体画像を生成する（ステップ７０５）。
【００５４】
立体画像生成部４４は、生成した被検体の立体画像を表示部４５へ送出し、表示部４５は被検体の立体画像を表示する（ステップ７０６）。
【００５５】
以上、説明した本実施形態によれば、立体画像生成時に超音波断層像取得時の超音波探触子４０の位置を、磁場の変化に影響することなく算出することができる。よって、被検体内部の精度の高い超音波立体画像を生成することができるようになる。
【００５６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について図９乃至図１２を参照しながら説明する。
【００５７】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００５８】
図１０は超音波探触子４０が注目点αを検出した場合の超音波断層像を表す図である。
【００５９】
図１１は、超音波断層像上の座標をスキャン座標平面座標へ変換した図である。
【００６０】
図９に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、撮像装置２０ａ，２０ｂと、撮像装置パラメータ取得部２１と、超音波探触子撮像画像取得部２２と、超音波探触子位置・姿勢算出部２３と、システム設定部３０と、超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２と、標準座標設定記憶部３１と、超音波探触子４０と、超音波断層像取得部４１と、注目点スキャン平面座標算出部４２と、注目点三次元座標算出部４３と、立体画像生成部４４と、演算部４５と、表示部４５等から構成される。
【００６１】
以下、第１の実施形態と異なる構成要素または同じ構成要素であっても異なる動作を行うものを記載し、他を省略している。
【００６２】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータと、超音波探触子撮像画像取得部２２から送られてきた同時刻に撮像された画像とから、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。算出した超音波探触子４０の三次元座標・姿勢情報を注目点三次元座標算出部４３、立体画像生成部４４へ送出する。
【００６３】
システム設定部３０は、超音波装置内部パラメータを超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２に、標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を標準座標設定記憶部３１に送出する。これら、超音波装置内部パラメータと標準座標は、システム設定部３０に外部ＩＦを設置し、入力できるようにしてもよいし、予め設定されていても良い。
【００６４】
超音波装置内部パラメータとは、超音波断層像座標からスキャン平面座標へ変換する変化パラメータである。具体的には、図１０に示すように超音波断層像取得部４１で取得される超音波断層像内に注目点αがあった場合、この注目点αの座標を超音波探触子４０の超音波発振面の中心を原点とする図１１に示すスキャン平面座標系に座標変換する。例えば、超音波探触子画像座標系の原点（０，０）点からみてスキャン平面座標系の原点が（３，１０）にあるならば、超音波座標系の（ｘｍ，ｙｍ）点は、スキャン平面座標系の（ｘｍ−３，ｙｍ−１０）点である。注目点αとは、例えばＢモードの画像における、一つの輝度情報を持つ点である。この超音波装置内部変化パラメータは中心とする座標点や、画像表示方法によって変更がなされる。
【００６５】
超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２は、システム設定部３０から送られてきた超音波装置内部パラメータを記憶する。注目点スキャン平面座標算出部４２が超音波断層像を超音波断層像座標系からスキャン平面座標に変換する際に、超音波装置内部パラメータを注目点スキャン平面座標算出部４２へ送出する。
【００６６】
標準座標設定記憶部３１は、システム設定部３０から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を記憶する。立体画像を生成する際または注目点αの標準座標系での三次元座標を算出する際に、立体画像生成部４４および標準座標を注目点三次元座標算出部４３へ送出する。
【００６７】
注目点スキャン平面座標算出部４２は、超音波断層像取得部４１が生成した超音波診断画像内における注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標（ｘｍ，ｙｍ）をスキャン平面座標系の二次元座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）へ変換する。スキャン平面とは、超音波探触子４０の超音波発信、受信面である。
【００６８】
スキャン平面座標系とは、このスキャン平面の一点を原点（０，０）とする座標系である。
【００６９】
当該注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標をスキャン平面座標系の二次元座標へ変換を（式１）を利用して説明する。
【００７０】
超音波断層像座標系からスキャン平面座標系への座標変換は、予め超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２で設定された変換係数Ａを使用する。
【００７１】
このとき、スキャン座標座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）は超音波断層像座標（ｘｍ，ｙｍ）から、
【数１】
【００７２】
で求めることができる。
【００７３】
注目点三次元座標算出部４３は、まず、超音波探触子位置・姿勢算出部２３で算出された超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒと、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）から、超音波探触子４０の座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｐｒｏｂｅ）を求める（式２）。
【数２】
【００７４】
次に（式２）と同様に、求めたい基準点からの注目点αの座標を（ｘｍ＿３Ｄ，ｙｍ＿３Ｄ，ｚｍ＿３Ｄ）とすると、（式１）で求めたスキャン座標座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）を適用して
【数３】
【００７５】
となる。よって、
【数４】
【００７６】
となり、基準座標からの注目点αの座標（ｘｍ＿３Ｄ，ｙｍ＿３Ｄ，ｚｍ＿３Ｄ）が超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒから求めることができる。
【００７７】
立体画像生成部４４は、超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像内の三次元座標が計算された複数の注目点の輝度情報から立体画像を生成する。各構成要素は図示しない同期手段により同期されていることから、それらの同期情報を利用し、各超音波診断像撮影時の超音波探触子の位置・姿勢と対応させる。
【００７８】
この際、超音波探触子の位置・姿勢情報から、組み合わせる注目点の位置合せ処理を行いながら立体画像を作成する。利用したい立体画像の中心位置を移動させる場合等、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標を利用して立体画像を作成してもよい。
【００７９】
また、立体画像作成の際、複数の超音波断層像から、一部の立体画像に利用する超音波断層像を選択させるようにすることにより、処理時間の短縮や計算コストの軽減を図ることができる。例えば、重要度の高い場所は多くの画像を合成し、重要度の低い箇所は合成する画像を減らす。
【００８０】
表示部４５は、立体画像生成部４４で生成された被検体の立体画像や、超音波断層像取得部４１で取得された被検体の超音波診断画像や、演算部４５で作成された超音波診断画像が合成された被検体の立体画像を表示する。
【００８１】
これら表示された立体画像の一の注目点を選択されることにより、その注目点の三次座標算出に利用した超音波断層像を別途表示して、診断の補助を図ることもできる。
【００８２】
以下、第２の実施形態の動作について図１２を参照しながら説明する。
【００８３】
固定位置に設置された撮像装置２０ａ，２０ｂで超音波探触子４０を撮像し、撮像画像から超音波探触子位置・姿勢情報を算出する（ステップ１２０１、１２０２、１２０３）。
【００８４】
また、超音波探触子４０は、超音波を被検体に送信し、超音波の反射波を受信する。受信した超音波の反射波から超音波断層像を取得する（ステップ１２０４、１２０５）。
【００８５】
注目点スキャン平面座標算出部４２は、超音波断層像取得部４１が生成した超音波診断画像内の注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標をスキャン平面座標系の二次元座標へ変換する（ステップ１２０６）。
【００８６】
注目点三次元座標算出部４３は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３で算出された超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒと、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）から、注目点αの標準座標系からの座標を求める。この際、超音波断層像と超音波断層像撮像時の超音波探触子４０の位置・姿勢情報は図示しない同期手段により同期され同時刻に取得された情報が提供されている（ステップ１２０７）。
【００８７】
これら注目点αについて述べたが、立体画像生成に十分な数の注目点について同様に三次元位置を算出する。
【００８８】
求めた複数の注目点の三次元座標の情報と複数の注目点の輝度情報を組み合わせて立体画像を生成し（ステップ１２０８）、表示部４５に表示させる（ステップ１２０９）。
【００８９】
以上示したように、本実施形態によれば、スキャン平面上の一点の三次元位置を、任意の標準座標系からの座標として算出することができる。このように立体画像を構成する三次元位置情報を算出された各注目点の輝度情報を組み合わせることにより、より正確な立体画像を生成することができる。
【００９０】
なお本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態を適宜設計変更することが可能であり、必要に応じて実施形態を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００９１】
２０ａ，２０ｂ … 撮像装置
２１ … 撮像装置パラメータ取得部
２２ … 超音波探触子撮像画像取得部
２３ … 超音波探触子位置・姿勢算出部
３０ … システム設定部
３１ … 超音波装置内部パラメータ設定記憶部
３２ … 標準座標設定記憶部
４０ … 超音波探触子
４１ … 超音波断層像二次元座標取得部
４２ … 注目点スキャン平面座標算出部
４３ … 注目点三次元座標算出部
４４ … 立体画像生成部
４５ … 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内部の立体形状を生成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いて、人等の被検体内部の超音波断層像を取得し、これらの二次元画像を組み合わせて立体画像を生成する技術が開発されている。
【０００３】
しかし、超音波断層像を取得する際に超音波探触子の手動走査による手ぶれや被検体自体の揺れ等により、安定した精度を持つ立体画像を生成することは難しかった。
【０００４】
そこで、超音波探触子に位置センサを取り付け、位置センサにより検出された超音波探触子の三次元位置と撮像された二次元画像情報との対応関係から、手ぶれ等のズレの影響を除去しながら被検体内部の立体画像を生成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら位置検出器は、磁気発生により自己の三次元座標を算出しており、超音波探触子周辺の磁場環境が変化し易いことにより、正確な超音波探触子の三次元座標を算出することが難しかった。このことから、正確な被検体の立体画像も生成することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、磁場などの肉眼で見えない周囲環境の変化に影響されずに、超音波探触子の三次元座標と超音波発生方向（姿勢）を算出し、被検体内部の立体画像をより正確に算出する超音波診断装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像生成手段により生成された複数の前記断層画像を前記座標・姿勢算出手段により算出された前記超音波探触子の三次元座標・姿勢から位置合せ処理を行い、前記被検体内部の立体画像を生成する立体画像生成手段と、
前記立体画像生成手段により生成された前記被検体内部の立体画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁場等の肉眼で視認しにくい周囲環境の変化に依らず、超音波断層像撮像時の超音波探触子の位置・姿勢を検出できることとなり、被検体内部のより精度の高い立体画像を生成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る複数台の撮像装置と超音波探触子の配置例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置による超音波探触子の撮像画像を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を示す図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る被検体および被検体内部組織の複数の超音波断面像を重ねた概念図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る複数の超音波断層像から生成された被検体および被検体内部の立体画像を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る被検体の立体画像と超音波探触子と超音波断層像の合成画像を示す図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図１０】注目点αが表示された超音波断層像を示す図。
【図１１】注目点αが表示された超音波断層像のスキャン平面の概念を表す図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施態様の構成について図１乃至図２を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、撮像装置２０ａ，２０ｂと、撮像装置パラメータ取得部２１と、超音波探触子撮像画像取得部２２と、超音波探触子位置・姿勢算出部２３と、システム設定部３０と、標準座標設定記憶部３１と、超音波探触子４０と、超音波断層像取得部４１と、立体画像生成部４４と、表示部４５等から構成される。
【００１４】
撮像装置２０ａ，２０ｂは、超音波探触子４０の形状、模様、色彩等を撮像する装置である。例えば、デジタル方式、アナログ方式の撮像装置である。これらの複数台の撮像装置のうち、少なくとも二台は同一の超音波探触子４０を異なった角度から同時に撮像するように配置される。配置例として、図２に示すように、超音波探触子４０を同一の高さかつ９０度異なる角度から撮影する位置に設置する。また、同時に二枚以上の撮像画像が得られれば良いので、三台以上の撮像装置を利用した場合はそのうちの二台が同時に超音波探触子４０を撮像できれば、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。
【００１５】
このように撮像装置２０ａ，２０ｂは、同時にそれぞれ異なった角度から超音波探触子４０の画像を撮像する。本実施形態では、撮像装置２０ａ，２０ｂの固定位置は、超音波断層像取得前に固定され、一連の立体画像を生成する動作の開始から終了まで動かさないものとする。なお、「固定」と記載しているが、撮影された超音波画像とその時点の撮像手段の位置パラメータとの対応ができれていれば問題なく、本実施形態では簡単のため「固定」と記載している。
【００１６】
撮像装置パラメータ取得部２１は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標や撮像方向等のパラメータを記憶する。取得したパラメータを超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。取得したパラメータは、撮像した二枚の超音波探触子画像から、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する場合に利用する。
【００１７】
超音波探触子撮像画像取得部２２は、撮像装置２０ａ，２０ｂにて撮像された画像を取得する。取得した撮像画像を超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。この超音波探触子撮像画像取得部２２に表示部を設けて、表示部に表示される超音波探触子画像から撮像装置２０ａ，２０ｂの最初の設置位置・姿勢の調整に利用させてもよい。
【００１８】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータから各撮像画像の相関関係を演算し、超音波探触子撮像画像取得部２２から送られてきた同時刻に撮像された超音波探触子４０の画像から、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。この三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）は撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標をもとにした超音波探触子４０の三次元座標であるが、後述するシステム設定部３０で設定される標準座標を基準として計算してもよい。算出した超音波探触子４０の三次元座標・姿勢情報を立体画像生成部４４へ送出する。三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒの算出には、超音波探触子４０の画像から抽出された特徴点（例えば、図２のａ，ｂ，ｃ点）を抽出して利用する。特徴点の代わりに、ａ，ｂ，ｃ点に三色以上の色やＬＥＤ等のマーカーを取り付けて色による画像認識方法に利用させてもよい。
【００１９】
システム設定部３０は、標準座標の基準点情報（以下、単に「標準座標」という）（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を標準座標設定記憶部３１に送出する。この標準座標は、システム設定部３０に外部ＩＦを設置し、外部から設定されるようにしてもよいし、予め設定された固定値を利用しても良い。
【００２０】
標準座標とは、今回の表示部４５に表示する立体画像の基準とする座標をいう。撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータを表す座標系と同じでもよいし、異なっていても良い。例えば、超音波診断を行う部屋の任意の一点でもよいし、被検体内部の一点を標準座標の基準点としてもよい。被検体内部の骨等を基準とした場合、座標情報から注目点への距離等の情報を測定者に認識させやすくできる。これらの標準座標は立体画像を見る場合の視点を動かしたい場合に利用し、それらの演算は、後記する立体画像生成部４４によって行われる。
【００２１】
標準座標設定記憶部３１は、システム設定部３０から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を記憶する。送られてきた標準座標を立体画像生成部４４へ送出する。
【００２２】
超音波探触子４０は、超音波を被検体に送信し、被検体からの反射波を受信する。この受信した反射波を超音波断層像取得部４１へ送出する。なお、超音波を被検体に送出してから、反射波を取得するまでの時間は超音波探触子４０を動かす速さに比べて十分に早いため、超音波の送出と反射波の取得は同時になされるとみなす。
【００２３】
超音波断層像取得部４１は、前記超音波探触子が受信した反射波から超音波診断画像を生成する。生成した超音波診断画像を立体画像生成部４４へ送出する。超音波断層像取得部４１は、二次元画像ではなく、ある程度の厚みをもった立体画像でもよい。厚みのある立体画像を合成して立体画像の作成に利用することもできる。
【００２４】
立体画像生成部４４は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３から送られてきた超音波探触子の位置・姿勢情報と超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像から立体画像を生成する。各構成要素は図示しない同期手段により同期されていることから、それらの同期情報を利用し、各超音波診断像撮影時の超音波探触子の位置・姿勢と対応させる。
【００２５】
この際、超音波探触子の位置・姿勢情報から、合成する超音波断層像の位置合せ処理を行いながら立体画像を作成する。利用したい立体画像の中心位置を移動させる場合等、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標を利用して立体画像を作成してもよい。
【００２６】
また、立体画像作成の際、複数の超音波断層像から、一部の立体画像に利用する超音波断層像を選択させるようにすることにより、処理時間の短縮や計算コストの軽減を図ることができる。例えば、重要度の高い場所は多くの画像を合成し、重要度の低い箇所は合成する画像を減らす。
【００２７】
さらに、上記標準座標の位置を変化させ、標準座標に対応する三次元座標を演算により求める。
【００２８】
また、図７に示すように、算出した超音波探触子４０の位置情報をもとに、超音波探触子の画像を、被検体の立体画像に合わせて作成し、表示部４５に表示させることにより、超音波探触子４０の動かす方向等の判断の補助材料としてもよい。
【００２９】
表示部４５は、立体画像生成部４４で生成された被検体の立体画像を表示する。
【００３０】
以下、本発明の第１の実施態様の動作について図２乃至図８を参照しながら説明する。
【００３１】
撮像装置パラメータ取得部２１は、撮像装置２０ａ，２０ｂの固定された設置位置座標や撮像方向等のパラメータを記憶する。撮像装置２０ａ，２０ｂは、本実施形態の動作中には、一度固定された位置を動かさないものとする。撮像装置パラメータ取得部２１は、取得したパラメータを超音波探触子位置・姿勢算出部２３へ送出する。（ステップ７０１）。
【００３２】
次に、撮像装置２０ａ，２０ｂは固定された設置位置から、超音波探触子４０を撮像する。超音波探触子撮像画面取得部２２は、撮像された超音波探触子４０の二次元の撮像画面を取得する。取得した超音波探触子４０の撮像画像を超音波探触子位置姿勢算出部２３へ送出する（ステップ７０２）。
【００３３】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置パラメータ取得部２１から送られてきた撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置と、撮像された超音波探触子４０の二枚以上の超音波探触子４０の撮像画面から超音波探触子４０の撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置座標をもとにした三次元座標を算出する（ステップ７０３）。
【００３４】
以下、超音波探触子４０の三次元座標系算出を図２、図３を用いて説明する（ステップ７０１、ステップ７０２、ステップ７０３）。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る複数撮像装置と超音波探触子の配置例を示す図である。
【００３６】
図３は本発明の第１の実施形態に係る超音波探触子の撮像画像を示す図である。
【００３７】
撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置および焦点距離から撮像装置２０ａ，２０ｂの撮像画角が決定されることとなり各撮像画像内のＸＹＺ座標値の対応関係が決定される。
【００３８】
ここでは簡単のため、図２に示すようにデカルト座標系上で撮像面がＸＺ面と平行、ＹＺ面と平行になるように撮像装置２０ａ，２０ｂを配置して説明する。撮像装置２０ａ，２０ｂは、それぞれの撮像画像内の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標値はそれぞれの値が一対一で対応するよう設置する高さ・傾きを調節して配置する。つまり、例えば撮像装置２０ａで撮像された画像（例えば、図３左図）から抽出されるｂ点のＺ値が「３」であれば撮像装置２０ｂで撮像された画像（例えば、図３右図）から抽出されるｂ点のＺ値も同じく「３」である。これら、超音波探触子４０の位置を算出するのに必要な撮像装置の情報を画像から超音波探触子位置・姿勢算出部２３が検出する。
【００３９】
ここでは、被写体である超音波探触子の三点を検出して、超音波探触子４０の三次元座標・姿勢を算出する場合について述べる。
【００４０】
撮像装置２０ａの撮像画像から、超音波探触子４０の各特徴点またはマーカーａ，ｂ，ｃ点の（Ｘ，Ｚ）座標が検出される（図３左図）。また、同時に撮像された撮像装置２０ｂからの撮像画像からは、各ａ，ｂ，ｃ点の（Ｙ，Ｚ）座標が検出される（図３右図）。これら、（Ｘ，Ｚ）座標、（Ｙ，Ｚ）座標の値は対応しているのであるから、そのままの各値からａ，ｂ，ｃ点の各（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出することができる。例えば、ａ点の（Ｘ，Ｚ）座標がが（０，３）で（Ｙ，Ｚ）座標がが（２，３）であれば、ａ点の三次元座標は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，２，３）である。同様に、ｂ点、ｃ点の三次元座標も求めることができる。
【００４１】
これら、超音波探触子４０のａ，ｂ，ｃ点の各（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標と、スキャン平面の中心座標の定義、過去の超音波探触子４０の傾き画像等と比較するなどして、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒ求めることができる。例えば、スキャン平面の中心座標の定義としてａ，ｂ，ｃ点の中点とすることと定義する。
【００４２】
また、上記説明では二台の撮像装置２０ａ，２０ｂを用いた場合であるが、撮像装置ｎ台から取得される三枚以上の画像からであっても、それぞれ各種演算を行い三次元位置・姿勢が算出できる。
【００４３】
なお、本実施形態では二台以上の撮像装置を利用した対象物体の三次元位置推定方法を示したが、時間差や動きベクトルを利用して、一代の撮像装置で二枚以上の画像を撮影することにより三次元位置推定方法に代替することもできる。さらに、全ての座標系に標準座標を伝達し、標準座標系に統一してそれぞれの位置座標の算出してもよい。
【００４４】
以上、超音波探触子４０の三次元座標系算出例の説明を終了する。
【００４５】
次に、超音波探触子４０は、超音波を被検体に送出し、反射波を取得する。取得した反射波を超音波断層像取得部４１へ送出する。なお、超音波を被検体に送出してから、反射波を取得するまでの時間は超音波探触子４０を動かす速さに比べて十分に早いため、超音波の送出と反射波の取得は同時になされるものとみなす。
【００４６】
超音波断層像取得部４１は、前記超音波探触子が受信した反射波から超音波診断画像を生成する。生成した超音波診断画像を立体画像生成部４４へ送出する（ステップ７０４）。
【００４７】
立体画像生成部４４は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３から送られてきた超音波探触子の位置・姿勢情報の取得時期と同時に撮像された超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像から立体画像を生成する（ステップ７０５）。
【００４８】
以下、図８に記載する超音波探触子４０のステップ７０５における被検体および被検体内部の立体画像生成を図４乃至図６を用いて説明する。
【００４９】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を示す図である。
【００５０】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る被検体の複数の超音波断面像を重ねた概念図である。
【００５１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る複数の超音波断層像から生成された被検体の立体画像を示す図である。
【００５２】
例えば、超音波探触子４０を被検体にあてて動かし、図４に示す超音波断層像１乃至６を超音波探触子撮像画面取得部２２にて作成する。作成した超音波断層像１乃至６を立体画像生成部４４へ送出する。
【００５３】
立体画像生成部４４は、超音波断層像１乃至６の撮像時の超音波探触子位置・姿勢算出部２３から超音波探触子位置・姿勢情報を受け取る。ここで、超音波断層像１乃至６を上記超音波探触子位置・姿勢情報に対応させて並べる。この並べられた超音波断層像１乃至６からキュービックコンボリューション補間等の補間方法を取りながら被検体の立体画像を生成する（ステップ７０５）。
【００５４】
立体画像生成部４４は、生成した被検体の立体画像を表示部４５へ送出し、表示部４５は被検体の立体画像を表示する（ステップ７０６）。
【００５５】
以上、説明した本実施形態によれば、立体画像生成時に超音波断層像取得時の超音波探触子４０の位置を、磁場の変化に影響することなく算出することができる。よって、被検体内部の精度の高い超音波立体画像を生成することができるようになる。
【００５６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について図９乃至図１２を参照しながら説明する。
【００５７】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【００５８】
図１０は超音波探触子４０が注目点αを検出した場合の超音波断層像を表す図である。
【００５９】
図１１は、超音波断層像上の座標をスキャン座標平面座標へ変換した図である。
【００６０】
図９に示すように、本実施形態の超音波診断装置は、撮像装置２０ａ，２０ｂと、撮像装置パラメータ取得部２１と、超音波探触子撮像画像取得部２２と、超音波探触子位置・姿勢算出部２３と、システム設定部３０と、超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２と、標準座標設定記憶部３１と、超音波探触子４０と、超音波断層像取得部４１と、注目点スキャン平面座標算出部４２と、注目点三次元座標算出部４３と、立体画像生成部４４と、演算部４５と、表示部４５等から構成される。
【００６１】
以下、第１の実施形態と異なる構成要素または同じ構成要素であっても異なる動作を行うものを記載し、他を省略している。
【００６２】
超音波探触子位置・姿勢算出部２３は、撮像装置２０ａ，２０ｂの設置位置パラメータと、超音波探触子撮像画像取得部２２から送られてきた同時刻に撮像された画像とから、超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒを算出する。算出した超音波探触子４０の三次元座標・姿勢情報を注目点三次元座標算出部４３、立体画像生成部４４へ送出する。
【００６３】
システム設定部３０は、超音波装置内部パラメータを超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２に、標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を標準座標設定記憶部３１に送出する。これら、超音波装置内部パラメータと標準座標は、システム設定部３０に外部ＩＦを設置し、入力できるようにしてもよいし、予め設定されていても良い。
【００６４】
超音波装置内部パラメータとは、超音波断層像座標からスキャン平面座標へ変換する変化パラメータである。具体的には、図１０に示すように超音波断層像取得部４１で取得される超音波断層像内に注目点αがあった場合、この注目点αの座標を超音波探触子４０の超音波発振面の中心を原点とする図１１に示すスキャン平面座標系に座標変換する。例えば、超音波探触子画像座標系の原点（０，０）点からみてスキャン平面座標系の原点が（３，１０）にあるならば、超音波座標系の（ｘｍ，ｙｍ）点は、スキャン平面座標系の（ｘｍ−３，ｙｍ−１０）点である。注目点αとは、例えばＢモードの画像における、一つの輝度情報を持つ点である。この超音波装置内部変化パラメータは中心とする座標点や、画像表示方法によって変更がなされる。
【００６５】
超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２は、システム設定部３０から送られてきた超音波装置内部パラメータを記憶する。注目点スキャン平面座標算出部４２が超音波断層像を超音波断層像座標系からスキャン平面座標に変換する際に、超音波装置内部パラメータを注目点スキャン平面座標算出部４２へ送出する。
【００６６】
標準座標設定記憶部３１は、システム設定部３０から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）を記憶する。立体画像を生成する際または注目点αの標準座標系での三次元座標を算出する際に、立体画像生成部４４および標準座標を注目点三次元座標算出部４３へ送出する。
【００６７】
注目点スキャン平面座標算出部４２は、超音波断層像取得部４１が生成した超音波診断画像内における注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標（ｘｍ，ｙｍ）をスキャン平面座標系の二次元座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）へ変換する。スキャン平面とは、超音波探触子４０の超音波発信、受信面である。
【００６８】
スキャン平面座標系とは、このスキャン平面の一点を原点（０，０）とする座標系である。
【００６９】
当該注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標をスキャン平面座標系の二次元座標へ変換を（式１）を利用して説明する。
【００７０】
超音波断層像座標系からスキャン平面座標系への座標変換は、予め超音波装置内部パラメータ設定記憶部３２で設定された変換係数Ａを使用する。
【００７１】
このとき、スキャン座標座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）は超音波断層像座標（ｘｍ，ｙｍ）から、
【数１】
【００７２】
で求めることができる。
【００７３】
注目点三次元座標算出部４３は、まず、超音波探触子位置・姿勢算出部２３で算出された超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒと、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）から、超音波探触子４０の座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｐｒｏｂｅ）を求める（式２）。
【数２】
【００７４】
次に（式２）と同様に、求めたい基準点からの注目点αの座標を（ｘｍ＿３Ｄ，ｙｍ＿３Ｄ，ｚｍ＿３Ｄ）とすると、（式１）で求めたスキャン座標座標（ｘｍ＿２Ｄ，ｙｍ＿２Ｄ）を適用して
【数３】
【００７５】
となる。よって、
【数４】
【００７６】
となり、基準座標からの注目点αの座標（ｘｍ＿３Ｄ，ｙｍ＿３Ｄ，ｚｍ＿３Ｄ）が超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒから求めることができる。
【００７７】
立体画像生成部４４は、超音波断層像取得部４１から送られてきた超音波断層像内の三次元座標が計算された複数の注目点の輝度情報から立体画像を生成する。各構成要素は図示しない同期手段により同期されていることから、それらの同期情報を利用し、各超音波診断像撮影時の超音波探触子の位置・姿勢と対応させる。
【００７８】
この際、超音波探触子の位置・姿勢情報から、組み合わせる注目点の位置合せ処理を行いながら立体画像を作成する。利用したい立体画像の中心位置を移動させる場合等、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標を利用して立体画像を作成してもよい。
【００７９】
また、立体画像作成の際、複数の超音波断層像から、一部の立体画像に利用する超音波断層像を選択させるようにすることにより、処理時間の短縮や計算コストの軽減を図ることができる。例えば、重要度の高い場所は多くの画像を合成し、重要度の低い箇所は合成する画像を減らす。
【００８０】
表示部４５は、立体画像生成部４４で生成された被検体の立体画像や、超音波断層像取得部４１で取得された被検体の超音波診断画像や、演算部４５で作成された超音波診断画像が合成された被検体の立体画像を表示する。
【００８１】
これら表示された立体画像の一の注目点を選択されることにより、その注目点の三次座標算出に利用した超音波断層像を別途表示して、診断の補助を図ることもできる。
【００８２】
以下、第２の実施形態の動作について図１２を参照しながら説明する。
【００８３】
固定位置に設置された撮像装置２０ａ，２０ｂで超音波探触子４０を撮像し、撮像画像から超音波探触子位置・姿勢情報を算出する（ステップ１２０１、１２０２、１２０３）。
【００８４】
また、超音波探触子４０は、超音波を被検体に送信し、超音波の反射波を受信する。受信した超音波の反射波から超音波断層像を取得する（ステップ１２０４、１２０５）。
【００８５】
注目点スキャン平面座標算出部４２は、超音波断層像取得部４１が生成した超音波診断画像内の注目点αの超音波断層像座標系からの二次元座標をスキャン平面座標系の二次元座標へ変換する（ステップ１２０６）。
【００８６】
注目点三次元座標算出部４３は、超音波探触子位置・姿勢算出部２３で算出された超音波探触子４０の三次元座標（ｘＰ，ｙＰ，ｚＰ）・姿勢Ｒと、標準座標設定記憶部３１から送られてきた標準座標（Ｃｏｏｄｉｎａｔｅｗｏｒｌｄ）から、注目点αの標準座標系からの座標を求める。この際、超音波断層像と超音波断層像撮像時の超音波探触子４０の位置・姿勢情報は図示しない同期手段により同期され同時刻に取得された情報が提供されている（ステップ１２０７）。
【００８７】
これら注目点αについて述べたが、立体画像生成に十分な数の注目点について同様に三次元位置を算出する。
【００８８】
求めた複数の注目点の三次元座標の情報と複数の注目点の輝度情報を組み合わせて立体画像を生成し（ステップ１２０８）、表示部４５に表示させる（ステップ１２０９）。
【００８９】
以上示したように、本実施形態によれば、スキャン平面上の一点の三次元位置を、任意の標準座標系からの座標として算出することができる。このように立体画像を構成する三次元位置情報を算出された各注目点の輝度情報を組み合わせることにより、より正確な立体画像を生成することができる。
【００９０】
なお本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態を適宜設計変更することが可能であり、必要に応じて実施形態を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００９１】
２０ａ，２０ｂ … 撮像装置
２１ … 撮像装置パラメータ取得部
２２ … 超音波探触子撮像画像取得部
２３ … 超音波探触子位置・姿勢算出部
３０ … システム設定部
３１ … 超音波装置内部パラメータ設定記憶部
３２ … 標準座標設定記憶部
４０ … 超音波探触子
４１ … 超音波断層像二次元座標取得部
４２ … 注目点スキャン平面座標算出部
４３ … 注目点三次元座標算出部
４４ … 立体画像生成部
４５ … 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像生成手段により生成された複数の前記断層画像を前記座標・姿勢算出手段により算出された前記超音波探触子の三次元座標・姿勢から位置合せ処理を行い、前記被検体内部の立体画像を生成する立体画像生成手段と、
前記立体画像生成手段により生成された前記被検体内部の立体画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像から少なくとも一つの輝度情報をもつ注目点を抽出し、前記注目点の前記超音波探触子のスキャン平面の一点を原点とする二次元座標を算出する算出手段と、
前記超音波探触子の三次元座標・姿勢と前記注目点の前記超音波探触子のスキャン平面上の一点を原点とする二次元座標とから前記注目点の三次元座標を算出する三次元座標算出手段と、
前記座標算出手段により三次元座標を算出された複数の注目点の前記輝度情報を組み合わせて三次元立体画像を生成する立体画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１】
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像生成手段により生成された複数の前記断層画像を前記座標・姿勢算出手段により算出された前記超音波探触子の三次元座標・姿勢から位置合せ処理を行い、前記被検体内部の立体画像を生成する立体画像生成手段と、
前記立体画像生成手段により生成された前記被検体内部の立体画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に対し超音波を送信し、前記被検体からの前記超音波の反射波を受信する超音波探触子と、
前記超音波探触子で受信した反射波から前記被検体内部の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
前記超音波探触子を撮像し、前記超音波探触子を撮像可能な位置に設置された撮像手段と、
前記撮像装置によって撮像された二枚以上の前記超音波探触子の画像から、前記超音波探触子の三次元座標・姿勢を算出する座標・姿勢算出手段と、
前記断層画像から少なくとも一つの輝度情報をもつ注目点を抽出し、前記注目点の前記超音波探触子のスキャン平面の一点を原点とする二次元座標を算出する算出手段と、
前記超音波探触子の三次元座標・姿勢と前記注目点の前記超音波探触子のスキャン平面上の一点を原点とする二次元座標とから前記注目点の三次元座標を算出する三次元座標算出手段と、
前記座標算出手段により三次元座標を算出された複数の注目点の前記輝度情報を組み合わせて三次元立体画像を生成する立体画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【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２０１１−１９４０８４（Ｐ２０１１−１９４０８４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５２３９（Ｐ２０１０−６５２３９）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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