超音波診断装置
【課題】３次元データを取得した立体的領域の断面である２Ｄ超音波画像を生成するとともに、２Ｄ超音波画像を生成する断面を、ＨＭＤを用いて切り替える。
【解決手段】超音波診断装置１１は、超音波プローブ１２、超音波画像生成部４２、ＨＭＤ１３、姿勢計測部４６を備える。超音波プローブ１２は、超音波トランスデューサが２次元に配列された超音波トランスデューサアレイ３２を備える。超音波画像生成部４２は、被検体内の立体的な領域の断面である２Ｄ超音波画像を生成する。ＨＭＤ１３は、動きに応じた信号を出力する姿勢センサ５４と、視野５７に画像等を投影する投影部５６を備える。姿勢計測部４６は、術者Ｏｐ（ＨＭＤ１３）の回転方向及び回転角度を計測する。２Ｄ超音波画像を生成する被験体内の立体的領域の断面は予め複数種類に定められ、ＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度に応じて生成する２Ｄ超音波画像が切り替えられる。
【解決手段】超音波診断装置１１は、超音波プローブ１２、超音波画像生成部４２、ＨＭＤ１３、姿勢計測部４６を備える。超音波プローブ１２は、超音波トランスデューサが２次元に配列された超音波トランスデューサアレイ３２を備える。超音波画像生成部４２は、被検体内の立体的な領域の断面である２Ｄ超音波画像を生成する。ＨＭＤ１３は、動きに応じた信号を出力する姿勢センサ５４と、視野５７に画像等を投影する投影部５６を備える。姿勢計測部４６は、術者Ｏｐ（ＨＭＤ１３）の回転方向及び回転角度を計測する。２Ｄ超音波画像を生成する被験体内の立体的領域の断面は予め複数種類に定められ、ＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度に応じて生成する２Ｄ超音波画像が切り替えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波を送信して、被検体の断層画像を得る超音波診断装置に関するものであり、さらに詳しくは、ヘッドマウントディスプレイを備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、医療分野において、超音波診断装置が診察や検査に広く用いられている。超音波診断装置は、被検体内に超音波を送信し、そのエコーから被検体の超音波断層画像（以下、超音波画像という）を生成し、モニタ表示する装置であり、概ね、超音波プローブやプロセッサ装置等から構成される。超音波プローブは、被検体の体表にあてがわれて使用され、被検体内に超音波を送信するとともに、被検体内からのエコーを受信する。プロセッサ装置は、超音波プローブが受信したエコーに応じて出力する信号に基づいて被検体の超音波画像を生成し、モニタに表示する。
【０００３】
超音波プローブは、医師や検査技師等の術者が片手で把持できる程度の大きさに形成されるとともに、柔軟性のある通信ケーブルや無線によってプロセッサ装置と接続される。これにより、術者は、当接させる位置や角度を自在に調節しながら、超音波プローブを被検体に当接させることができる。一方、超音波画像が表示されるモニタはプロセッサ装置とともにベットサイド等の所定位置に置かれる。このように、超音波プローブはモニタから離れた位置で使用されるので、超音波診断装置を用いた診察や検査では、超音波プローブの位置や角度を確認したり、超音波画像を確認するために、術者はモニタと超音波プローブを把持した手元とに何度も視線を移動させる必要があった。
【０００４】
こうした視線移動の煩わしさを解消するために、近年では、超音波プローブを把持した手元を観察する視野の中に超音波画像を重畳して表示させるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）を用いる技術が知られている。なかでも、ＨＭＤを用いることによって視野の中に単に超音波画像を重畳して表示するだけでなく、術者の瞳孔の位置を認識し、術者の視線の先に超音波画像を表示させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、一般に多く用いられる超音波プローブ（以下、２Ｄ超音波プローブという）は、超音波トランスデューサが１列に並べて配置され、１つの面内で超音波を送受信することにより、被検体の断層画像となる受信信号を取得するが、近年では、超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に超音波を送受信することにより、この領域の３次元の受信信号（以下、３次元データという）を得る３Ｄ超音波プローブも知られている。例えば、乳がんは、早期がん（２ｍｍ以下）で発見されれば９０％以上完治し、超早期がん（数ｍｍ）で発見されればほぼ１００％完治すると言われているが、このような小さいターゲットに穿刺を行う場合、通常の２次元の断層画像では、穿刺針が腫瘤に確実に刺入されたか等を確認することが難しい。このため、近年の乳がん検査では、３Ｄ超音波プローブが用いられ、腫瘤周囲の複数の断面で超音波画像を観察しながら、穿刺が行われる。
【０００６】
さらに、３Ｄ超音波プローブとＨＭＤとをともに備える超音波診断装置も知られている。例えば、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、被検体内の様子を立体的に描出した３Ｄ超音波画像をＨＭＤに表示するときに、術者の視線方向から見た３Ｄ超音波画像を生成，表示することによって、３Ｄ超音波プローブと処置具の操作のために術者の両手がふさがる施術を行う場合の超音波診断装置に関わる操作を低減させた超音波診断装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８０１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０１９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波診断装置を用いて穿刺等を行う場合、腫瘍等がある位置やその個数等を確認したり、診断箇所を決定したりするために、事前に比較的広範囲で超音波画像を観察することが一般的である。こうした広範囲の観察には、前述の３Ｄ超音波画像が有効である。一方、穿刺を行う場合、穿刺針の刺入経路は、被検部位周辺の組織性状等を精査して定める必要があるので、３Ｄ超音波画像よりも、穿刺針を含む平面の超音波画像による観察が有効である。しかし、従来の３Ｄ超音波プローブを備えた超音波診断装置は、３Ｄ超音波プローブを用いる場合に常に３Ｄ超音波画像を表示し、また、被検体の任意断面について平面の超音波画像（以下、２Ｄ超音波画像）を表示することができる場合でも、どういった断面の２Ｄ超音波画像を生成，表示するか等の設定に煩雑な操作が必要となるため、必ずしも使い勝手が良いとは言えない。
【０００９】
このように、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合、例えば、特許文献２のように、ＨＭＤによって術者の視線を検出し、３次元データを取得したエリアに対して視線に垂直な断面の２Ｄ超音波画像を生成，表示することが考えられる。しかし、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合であっても、従来の２Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合と同様に、超音波プローブの位置や傾きのわずかな変化によって、穿刺針等の処置具を見失いやすいという欠点がある。また、２Ｄ超音波画像を生成する断面を視線に追従させて変化させる場合、一定の断面の２Ｄ超音波画像を観察するためには、超音波プローブを固定するだけでなく、ＨＭＤを装着した頭部をも固定しなければならないため、かえって術者に負担を強いることになる。このため、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成，表示するときには、視線移動に対する追従性よりも、適切な断面の超音波画像に簡単な操作で切り替えられることが望ましい。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、必要に応じて３次元データを取得した立体的領域の複数の断面について選択的に２Ｄ超音波画像を生成，表示するとともに、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示する断面を、ＨＭＤを用いた簡単な操作で切り替えることができ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】
【００１１】
本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に前記超音波を走査する超音波プローブと、前記超音波トランスデューサが前記被検体内からのエコーを受信して出力する受信信号に基づいて、前記被検体の立体的な領域の所定断面について断層画像を生成する断層画像生成手段と、術者の頭部に装着され、前記術者の頭部の動きに応じた信号を出力する姿勢検知手段と、前記術者の視野に少なくとも前記断層画像を投影する投影手段と、を有するヘッドマウントディスプレイと、前記姿勢検知手段から出力される信号に基づいて、予め定められた前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢を基準として前記ヘッドマウントディスプレイを装着した前記術者の頭部の回転方向及び回転角度を計測する回転計測手段と、を備え、前記断層画像を生成する前記所定断面は予め複数種類に定められ、前記回転計測手段によって計測された前記回転方向及び前記回転角度に応じて前記投影手段に投影される前記断層画像が前記複数種類の前記断層画像のなかで切り替わることを特徴とする。
【００１２】
また、前記断層画像を生成する前記所定断面は、少なくとも３種類定められ、前記ヘッドマウントディスプレイが前記基準となる姿勢の場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが水平に回転された場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが鉛直に回転された場合とで、各々異なることが好ましい。
【００１３】
また、前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢が前記基準となる姿勢から遠ざかる向きに回転される往路回転と、前記基準となる姿勢に近づく向きに回転される復路回転とで異なることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記往路回転時よりも前記復路回転時で小さいことが好ましい。
【００１５】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が可変であることが好ましい。
【００１６】
複数種類の前記断層画像のうち、少なくとも１種類の前記断層画像に穿刺針の刺入方向を示すガイドラインが重畳表示されることが好ましい。
【００１７】
前記断層画像生成手段は、前記超音波プローブと前記ヘッドマウントディスプレイがともに可動状態の時に前記断層画像を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、必要に応じて３次元データを取得した立体的領域の断面について２Ｄ超音波画像を生成，表示するとともに、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示する断面を、ＨＭＤを用いた簡単な操作で切り替えることができる。このため、本発明の超音波診断装置を用いて穿刺等を行う場合に術者の両手が超音波プローブと処置具の操作のためにふさがっていても、穿刺針等の処置具の刺入経路を容易に確認することができる。また、このとき、２Ｄ超音波画像を生成する断面は、術者の視線に追従して変更されるのではなく、複数種類の断面から選択的に切り替えられるので、穿刺針等の処置具を見失い難い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超音波診断装置の概略及び手技の様子を示す図である。
【図２】ＨＭＤの外観を示す図である。
【図３】超音波プローブ及び穿刺針アダプタの外観を示す図である。
【図４】超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】視野の様子を示す説明図である。
【図６】ＨＭＤによって視野内に表示されるウィンドウの例を示す説明図である。
【図７】超音波診断装置で表示する２Ｄ超音波画像の様態を示す説明図である。
【図８】表示する２Ｄ超音波画像を切り替える様態を示す説明図である。
【図９】表示する２Ｄ超音波画像を切り替える様態を示す説明図である。
【図１０】水平方向及び鉛直方向の回転を組み合わせる場合に表示する２Ｄ超音波画像の例を示す説明図である。
【図１１】水平方向及び鉛直方向の回転を組み合わせる場合に表示する２Ｄ超音波画像の例を示す説明図である。
【図１２】Ｃ画像にバイオプシーガイドを表示する例を示す説明図である。
【図１３】３Ｄ超音波画像を表示する例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、超音波診断装置１１は、ベッド等に安静に寝かされた被検体Ｐａの体内に超音波を送信し、そのエコーに基づいて被検体内の断層画像である超音波画像を生成，表示する装置であり、超音波プローブ１２、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１３、本体１４から構成される。
【００２１】
超音波プローブ１２は、超音波を送受信するプローブであり、術者Ｏｐが片手で把持できる程度の大きさに形成され、被検者Ｐａの体表に当接して使用される。また、超音波プローブ１２は、柔軟な通信ケーブルで本体１４と接続されており、所定の範囲内では、本体１４の配置に関わらず、被検者Ｐａに当接させる位置や傾きを自在に調節することができる。また、超音波プローブ１２は、いわゆる３Ｄ超音波プローブであり、被検体内の立体的な領域（以下、走査エリアという）に超音波を送信するとともに、この走査エリアからのエコーを受信する。
【００２２】
ＨＭＤ１３は、術者Ｏｐの頭部に装着され、術者Ｏｐの視野に超音波画像等を重畳して表示するディスプレイである。このＨＭＤ１３は、いわゆる透過型のディスプレイであり、術者ＯｐはＨＭＤ１３を装着した状態でも、これを装着しない場合とほぼ同様に、直接的に被検者Ｐａ等を観察することができる。また、ＨＭＤ１３は、術者Ｏｐに装着されたときに術者Ｏｐの眼前に位置する傾斜面を利用して、術者Ｏｐの目に超音波画像等の像光を投影する。これにより、術者Ｏｐは、実際の視野の中に、超音波画像等の虚像を認識する。さらに、ＨＭＤ１３は、後述するように内蔵されたセンサによって術者Ｏｐの頭部の動きを検知し、これを本体１４に通知する。
【００２３】
本体１４は、プロセッサ装置１６、モニタ１７、操作部１８、記憶装置１９等から構成される。本体１４を構成するこれらの各装置は、例えば、可搬カート２１に載せられ、ベッドサイドに配置される。プロセッサ装置１６は、操作部１８やＨＭＤ１３からの操作入力に応じて、超音波プローブ１２やＨＭＤ１３等、超音波診断装置１１の動作を制御する。例えば、プロセッサ装置１６は、受信したエコーを反映して超音波プローブ１２が出力する受信信号から超音波画像を生成し、モニタ１７やＨＭＤ１３に表示させる。また、操作部１８やＨＭＤ１３の操作入力に応じて、超音波画像等を記憶装置１９に記憶させる。
【００２４】
図２に示すように、ＨＭＤ１３は、メガネ部２６とＨＭＤ制御部２７とからなり、固定バンド２８によって術者Ｏｐの頭部に固定される。なお、固定バンド２８は、図２に示す通り、術者Ｏｐの側頭部から後頭部を固定するバンドと、術者Ｏｐの頭頂部から後頭部にかけて固定するバンドとからなり、術者Ｏｐが頭部を移動させた場合にも、メガネ部２６やＨＭＤ制御部２７が所定の装着位置からずれないように、ＨＭＤ１３を術者Ｏｐにフィットさせる。
【００２５】
メガネ部２６は、術者ＯｐがＨＭＤ１３を装着したときに術者Ｏｐの眼前に位置する部材であり、ほぼ透明な材料から形成される。このため、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着しない場合とほぼ同様の視野が得られる。また、このメガネ部２６の外面２６ａは、ＨＭＤ１３を装着しやすいように一般的な頭部形状に合わせて湾曲しているものの、術者Ｏｐの視線に対しては略垂直になるように概ね平坦な形状に形成されている。一方、メガネ部２６の内面２６ｂは、術者Ｏｐの視線に対して所定角度に傾斜した傾斜面となっている。さらに、このメガネ部２６の内面２６ｂは、入射光を部分的に透過及び反射するいわゆるハーフミラーになっている。
【００２６】
ＨＭＤ制御部２７は、メガネ部２６の上部にほぼ一体となって配置され、術者ＯｐがＨＭＤ１３を装着したときに、術者Ｏｐの額に当接される。このＨＭＤ制御部２７には、ＨＭＤ１３の動作を担う光学系やセンサ等の各素子が内蔵されており、これらの光学系や各素子によって、術者Ｏｐの視野内に超音波画像等を表示したり、術者Ｏｐの頭部の動きを検知する。また、ＨＭＤ制御部２７は、柔軟性のある通信ケーブル２９によってプロセッサ装置１６に接続されており、前述のＨＭＤ制御部２７に内蔵された各素子の動作は、この通信ケーブル２９を介してプロセッサ装置１６から受信する制御信号に基づいて動作する。同様に、ＨＭＤ制御部２７に内蔵された撮像素子等が出力する信号は、通信ケーブル２９を介してプロセッサ装置１６に送信される。
【００２７】
図３に示すように、超音波プローブ１２は、術者Ｏｐが把持する把持部３１と、超音波トランスデューサアレイ３２が内蔵され、被検体Ｐａの体表に当接される先端部３３とからなり、通信ケーブル３４によってプロセッサ装置１６に接続される。超音波トランスデューサアレイ３２は、超音波トランスデューサを２次元に配列したものであり、これらの各々の超音波トランスデューサによって超音波を発生させて被検体Ｐａ内の走査エリアに向けて送信するとともに、各超音波トランスデューサで被検体Ｐａからのエコーを受信する。
【００２８】
また、超音波プローブ１２には、穿刺針アダプタ３６が付属されている。穿刺針アダプタ３６は、穿刺針３７（処置具）を挿抜自在に保持するとともに、超音波プローブ１２に対して穿刺針３７の刺入位置や刺入角度を固定するアダプタであり、超音波診断装置１１を用いて穿刺を行う場合に先端部３３に取り付けられる。なお、超音波プローブ１２には、超音波プローブ１２に対する穿刺針３７の刺入位置及び刺入角度に応じて、複数種類の穿刺針アダプタ３６が付属しており、穿刺する位置や腫瘍等の深さに応じて適宜選択して用いられる。
【００２９】
図４に示すように、プロセッサ装置１６は、送受信部４１、超音波画像生成部４２、表示制御部４３、姿勢計測部４６等、システムバス４７で接続された各部からなる。
【００３０】
送受信部４１は、パルサ及びレシーバからなる。パルサ及びレシーバは、超音波トランスデューサアレイ３２を構成する超音波トランスデューサの個数分だけ設けられており、送受信部４１は、これらを用いて超音波プローブ１２から超音波ビームを送信させたり、受信したエコーに応じて超音波プローブ１２から出力される受信信号を受信する。例えば、送受信部４１は、複数のパルサの中から、いくつかを選択して駆動する。また、このとき、送受信部４１は、選択した全てのパルサを同時に駆動するのではなく、それぞれタイミングを遅延させながら選択したパルサを個々に駆動する。これにより、駆動されたパルサに対応する超音波トランスデューサからは超音波が発生するとともに、選択したパルサの駆動タイミングに応じた深さに収束する超音波ビームが送信される。また、送受信部４１は、エコーを受信したときに各超音波トランスデューサから出力される受信信号を、各々対応したレシーバで受信し、これを増幅してＡ／Ｄ変換し、デジタル化する。こうしてデジタル化された受信信号は、超音波画像生成部４２に入力される。また、送受信部４１による超音波ビームの送受信の制御は、後述する主制御部５１によって行われる。例えば、主制御部５１は、超音波画像生成部４２で要求される超音波画像等に応じて、パルサやレシーバの駆動タイミング等を変更することにより、送信する超音波ビームの様態が変更される。
【００３１】
超音波画像生成部４２は、送受信部４１から入力される受信信号に対して直交検波処理を施し、各受信信号を複素ベースバンド化し、走査エリアについての３次元データを生成する。また、超音波画像生成部４２は、１フレーム分の３次元データから、整相加算により受信フォーカス処理を施す等して、被検体内の様子を立体的に描出した３Ｄ超音波画像や、超音波ビームを送受信した走査エリアの所定断面について２Ｄ超音波画像（例えば、Ｂモード画像）を生成する。例えば、超音波画像生成部４２は、いわゆる３Ｄ超音波プローブである超音波プローブ１２が本体１４に接続され、かつ、ＨＭＤ１３が可動状態であり、後述する姿勢センサ５４から信号が出力されている場合に、２Ｄ超音波画像を生成する。また、後述する姿勢計測部４６からの姿勢信号に基づいて、走査エリアのどの方向の断面について２Ｄ超音波画像を生成するかを切り替える。一方、いわゆる３Ｄ超音波プローブである超音波プローブ１２が接続され可動状態であるときに、ＨＭＤ１３が接続されていなかったり、電源がＯＮになっていない場合やＨＭＤ１３（を装着した術者頭部）の動きに応じた制御（以下、ヘッドトラッキングという）がオフに設定された等で、ＨＭＤ１３が非動作状態の場合、ＨＭＤ１３によるヘッドトラッキングの設定がオフの場合には超音波画像生成部４２は３Ｄ超音波画像を生成する。
【００３２】
また、超音波画像生成部４２は、走査エリアに対して方向が異なる複数の断面について２Ｄ超音波画像を生成する。こうして２Ｄ超音波画像を生成する断面の種類は予め設定され、超音波画像生成部４２は、これらの断面の中から、後述するように術者Ｏｐの頭部の動きに応じて要求された断面の２Ｄ超音波画像を生成する。なお、こうして超音波画像生成部４２が生成した超音波画像は、フレームメモリ４８に一時的に記憶され、表示制御部４３によって読み出される。
【００３３】
表示制御部４３は、フレームメモリ４８から超音波画像生成部４２で生成された超音波画像を読み出し、モニタ１７及びＨＭＤ１３に表示させる。このとき、表示制御部４３は、被検者Ｐａに関する情報や観察部位、日付や時刻、超音波診断装置１１の設定の状態、送信する超音波の周波数やパワー、ＲＯＩを示す枠線、穿刺針の刺入をアシストするバイオプシーガイド、表示されている２Ｄ超音波画像の走査エリアに対する断面方向等の種々の情報や、設定メニュー等を、超音波画像とともにモニタ１７及びＨＭＤ１３に表示する。このとき、表示制御部４３は、こうした超音波画像等をモニタ１７の全画面に表示させる。一方、表示制御部４３は、上述の超音波画像等からなる擬似的なモニタ画面を、術者Ｏｐの視野５７内の部分的な領域（以下、ウィンドウという）に表示されるように、視野５７内の位置座標やサイズを指定する。このように表示制御部４３が指定するウィンドウの位置座標やサイズは、操作部１８の操作によって予め定められる。
【００３４】
姿勢計測部４６は、後述する姿勢センサ５４から入力される信号に基づいて、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きを検出し、これを姿勢信号として超音波画像生成部４２に入力する。こうして姿勢計測部４６が出力する姿勢信号は、例えば、術者頭部の回転方向及び回転角度を示す。超音波画像生成部４２では、この姿勢信号に基づいて、術者頭部が予め定められた方向に所定角度以上回転した場合に、生成する２Ｄ超音波画像を変更する。また、姿勢信号に含まれる術者頭部の回転方向及び回転角度を計測する基準は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが姿勢を調節した状態で操作部１８からの設定入力することにより、任意に設定される。
【００３５】
主制御部５１は、プロセッサ装置１６の各部とシステムバス４７を介して接続されており、これら各部の動作を統括的に制御する。ＲＯＭ５２には、超音波診断装置１１の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶されており、主制御部５１は、ＲＯＭ５２から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ５３に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、主制御部５１は、操作部１８から操作入力信号が入力され、この入力信号に応じた動作を超音波診断装置１１の各部に実行させる。さらに、超音波プローブ１２やＨＭＤ１３等の接続を検知するとともに、こうした超音波診断装置１１の各部の接続状態や動作状態を必要箇所に通知する。例えば、主制御部５１は、超音波プローブ１２の接続をＩＤ（識別信号）の入力によって検知し、また、ＨＭＤ１３の接続を姿勢センサ５４（後述）からの信号入力によって検知し、これらの接続状態及び動作状態を超音波画像生成部４２に通知する。
【００３６】
また、同じく図４に示すように、ＨＭＤ制御部２７は、姿勢センサ５４と投影部５６とを備える。姿勢センサ５４は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きを検知するセンサであり、例えばジャイロセンサ等の角速度センサからなる。この姿勢センサ５４は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きに応じた信号（例えば、角速度信号）を、姿勢計測部４６に出力する。
【００３７】
投影部５６は、液晶表示素子と投影光学系（いずれも図示しない）から構成される。投影部５６に備えられた液晶表示素子には、前述の表示制御部４３によって、超音波画像や各種情報が前述のウィンドウに対応する範囲に表示される。投影光学系は、こうして液晶表示素子に表示されたウィンドウをメガネ部２６の内面２６ｂに向けて投影する。このとき、液晶表示素子からの光は、結像されず、メガネ部２６の内面２６ｂによって反射され、術者Ｏｐの目に入射する。これにより、術者Ｏｐは、超音波画像が表示されたウィンドウを視野５７内に虚像として認識する。
【００３８】
図５に示すように、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着しない場合とほぼ同様の視野５７を、メガネ部２６を通して観察することができる。但し、ＨＭＤ１３を通して観察する視野５７には、超音波画像等が表示されたウィンドウ６１が所定位置に表示されるため、ＨＭＤ１３を介さない視野と比較すると、このウィンドウ６１が表示される部分が欠損する。このため、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、例えば、超音波プローブ１２を把持した自らの手元６２が視野５７の左側に、ウィンドウ６１が視野５７の右側に位置する方向に顔を向ける。一方、こうした状態で超音波診断装置１１を使用することで、術者Ｏｐは、ほとんど視線を移動させずに、手元６２と超音波画像（ウィンドウ６１）をほぼ同時に観察することができる。なお、ウィンドウ６１の表示位置やサイズは前述のように操作部１８からの入力によって予め定められる。
【００３９】
図６に示すように、ＨＭＤ１３が視野５７に表示するウィンドウ６１は、例えば、タイトルバー６３と、このタイトルバー６３の下方に設けられた画像表示エリア６４とからなる。
【００４０】
タイトルバー６３は、術者ＯｐのＩＤや、被検者Ｐａの氏名、観察部位等が表示される。また、タイトルバー６３は、ウィンドウ６１の表示位置の変更に用いられる。ＨＭＤ１３からの視線入力によってウィンドウ６１の表示位置を変更する場合、まず、術者Ｏｐがタイトルバー６３のほぼ同じ箇所を注視する。これを視線検出部４６が検知すると、表示制御部４３は、タイトルバー６３の色を反転させるとともに、術者Ｏｐの視線の移動に追従させてウィンドウ６１の表示位置を移動させる。そして、術者Ｏｐが再びタイトルバー６３を注視すると、表示制御部４３は、タイトルバー６３の色をもとの色に戻して、ウィンドウ６１の表示位置を固定する。
【００４１】
画像表示エリア６４の中央から左側にかけて、超音波画像６６が表示される。なお、ここでは画像表示エリア６４に２Ｄ超音波画像（後述するＣ画像）が表示される例を示しているが、こうして画像表示エリア６４に表示される超音波画像６６は、超音波画像生成部４２が生成した各種超音波画像がリアルタイムに更新される。このため、超音波画像生成部４２が、後述するＣ画像，Ｓ画像，Ａ画像等の２Ｄ超音波画像を生成した場合には、これらが画像表示エリア６４に表示される。また、超音波画像生成部４２が、３Ｄ超音波画像を生成した場合には、画像表示エリア６４には３Ｄ超音波画像が表示される。また、超音波画像６６の左辺には、被検者Ｐａ内の深さを示すスケールが表示される。さらに、超音波画像６６の右側には、日付や時刻、超音波診断装置１１の設定の状態、送信する超音波の周波数やパワーや表示されている２Ｄ超音波画像の走査エリアに対する断面方向等の各種情報６８が表示される。
【００４２】
また、図７に示すように、超音波診断装置１１は、２Ｄ超音波画像を生成，表示する場合、超音波プローブ１２を基準として方向が予め定められた３種類の２Ｄ超音波画像（Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３）のうちいずれかを選択的に生成，表示する。図７（Ａ）に示すように，Ｃ画像７１は、立体的な走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の短手方向（ｙ方向）に垂直なコロナル（Coronal）面７６（以下、Ｃ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ｃ面７６は、走査エリア７４のｙ方向中央を通る面であり、前述の穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７はこのＣ面７６に沿って刺入される。したがって、Ｃ画像７１には、穿刺針３７の陰影が線状に現れる。このＣ画像７１は、２Ｄ超音波プローブを用いて超音波画像を生成，表示する場合の超音波画像に対応する。
【００４３】
図７（Ｂ）に示すように、Ｓ画像７２は、走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の長手方向（ｘ方向）に垂直なサジタル（Sagittal）面７７（以下、Ｓ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ｓ面７７は、走査エリア７４のｘ方向中央を通る。このため、穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７がこのＳ面７７に到達すると、Ｓ画像７２には穿刺針３７の陰影がほぼ点状に現れる。さらに、図７（Ｃ）に示すように、Ａ画像７３は、走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の長手方向（ｘ方向）及び短手方向（ｙ方向）に平行なＡ（Axial）面７８（以下、Ａ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ａ面７８は、走査エリア７４の中でも被検体Ｐａの深さ方向（ｚ方向）中央を通る面であり、穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７がＡ面７８に到達すると、Ａ画像７３には穿刺針３７の陰影がほぼ点状に現れる。
【００４４】
なお、コロナル（Coronal）面，サジタル（Sagittal）面，アキシャル（Axial）面という語は、医療分野では通常、人体（被検体Ｐａ）を基準として定められるが、本明細書中ではこれらの用語を、上述のように超音波プローブ１２を基準として定める。
【００４５】
同様に、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、例えば走査エリア７４のほぼ中央に腫瘍７９がある場合、Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３にはそれぞれ腫瘍７９が映し出されるが、これらの各２Ｄ超音波画像７１〜７３には同じ腫瘍７９の異なる断面の像が映し出される。このため、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を用いたヘッドトラッキング制御により、これらの３種類の２Ｄ超音波画像７１〜７３を適宜切り替えてＨＭＤ１３に表示させながら、穿刺針３７の刺入経路や腫瘍７９に対する刺入位置等を確認しながら穿刺を行う。
【００４６】
上述の超音波診断装置１１は、以下のように動作する。まず、超音波診断装置１１を用いて超音波画像６６を観察しながら診断や穿刺等の施術を行う場合、術者Ｏｐは超音波プローブ１２を本体１４に接続する。このとき、ＨＭＤ１３は本体１４に接続しないでおくか、ＨＭＤ１３を本体１４に接続しても非動作状態にしておくか、またはヘッドトラッキングの設定をオフに設定しておく。このとき、主制御部５１は、超音波プローブ１２の接続及び可動状態であること、さらにＨＭＤ１３が非動作状態またはヘッドトラッキング制御の設定がオフであることを超音波画像生成部４２に通知するため、超音波画像生成部４２は、超音波プローブ１２で得られた３次元データに基づいて３Ｄ超音波画像を生成する。このため、術者Ｏｐは、超音波プローブ１２を被検体Ｐａの先端部３３を被検部位に当接させ、被検部位が立体的に描出された３Ｄ超音波画像をモニタ１７またはＨＭＤ１３で観察しながら、被検部位内にある腫瘍の位置や個数等を把握する。その後、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を可動状態にし、ヘッドトラッキングの設定をオンにする。また、３Ｄ超音波画像による観察によって把握した腫瘍の位置等に応じて、超音波プローブ１２を当接させる位置を調節するとともに、施術の妨げにならない位置にウィンドウ６１が表示されるように、術者Ｏｐは、手元６２を見ながら自身の姿勢を調節する。そして、術者Ｏｐはこの姿勢を維持したまま、操作部１８を操作して、施術時に基準となる術者Ｏｐの姿勢（以下、基準姿勢という）を設定する。このとき、姿勢計測部４６は、この設定が行われたときにＨＭＤ１３から入力された姿勢信号に基づいて、ＨＭＤ１３（ＨＭＤ１３を装着した術者頭部）の回転方向及び回転角度を計測する基準に設定する。
【００４７】
このように、事前の予備観察を終え、ヘッドトラッキングに関する設定を行うと、超音波プローブ１２及びＨＭＤ１３が可動状態であるため、超音波画像生成部４２は超音波プローブ１２で取得された３次元データに基づいて２Ｄ超音波画像を生成するようになる。このとき、図８（Ａ）に示すように、術者Ｏｐが基準姿勢をとると、超音波画像生成部４２はＣ画像７１を生成する。このため、術者ＯｐはＣ画像７１を観察しながら、例えば穿刺針３７を被験体Ｐａに刺入する。また、術者Ｏｐが頭部を左右（水平）に回転させると、これに応じて姿勢計測部４６は基準姿勢からのＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度を計測する。こうして姿勢計測部４６で計測されたＨＭＤ１３の回転方向が基準姿勢に対して左右いずれかであり、かつ、回転角度が±６０度以上の場合、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＳ画像７２に切り替える。一方、ＨＭＤ１３の回転方向が基準姿勢に対して左右いずれかであっても、回転角度が６０度未満の場合には、超音波画像生成部４２はＣ画像７１の生成を継続する。このため、穿刺針３７の刺入経路等を確認するためにＳ画像７２を観察する必要がある場合、術者Ｏｐは、自身の頭部を左右いずれかに±６０度以上回転させることで、Ｓ画像７２を観察する。
【００４８】
一方、上述のように左右いずれかに向いてＳ画像７２を観察した後、頭部を左右に回転し、姿勢を基準姿勢に近づけると、その回転角度に応じて超音波画像生成部４２は、Ｓ画像７２またはＣ画像７１を生成する。まず、基準姿勢からの回転角度が、±４０度以上の場合、超音波画像生成部４２は、Ｓ画像７２を生成する。また、基準姿勢からの回転角度が、±４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＳ画像７２からＣ画像７１に切り替える。したがって、前述のようにＣ画像７１からＳ画像７２に表示を切り替えるときには、基準姿勢からＨＭＤ１３を±６０度以上左右に回転させる必要があるが、ちょうどＳ画像７２に切り替わる角度（±６０度）から術者頭部が１５度〜２０度程度ぶれても、Ｓ画像７２の表示が継続される。また、基準姿勢からの角度が±４０度未満になると、超音波画像生成部４２は生成する２Ｄ超音波画像をＳ画像７２からＣ画像７１に切り替える。このため、ＨＭＤ１３に表示される２Ｄ超音波画像が、Ｃ画像７１からＳ画像７２に表示が切り替わるときに、術者Ｏｐの頭部がわずかにぶれた場合でも、Ｃ画像７１とＳ画像７２で頻繁に表示が切り替わったりせずに、術者Ｏｐが求める２Ｄ超音波画像を安定して表示させることができる。
【００４９】
また、上述のようにＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが頭部を左右に回転させることにより、ＨＭＤ１３に表示する２Ｄ超音波画像がＣ画像７１とＳ画像７２とで相互に切り替わるが、図９に示すように、術者Ｏｐが頭部を上下に回転させた場合や術者Ｏｐが身を乗り出した場合、ＨＭＤ１３に表示される２Ｄ超音波画像は、Ｃ画像７１とＡ画像７３とで相互に切り替わる。図９（Ａ）に示すように術者Ｏｐが基準姿勢で手元６２を観察している場合には前述と同様、ＨＭＤ１３にはＣ画像７１が表示される。この状態から、図９（Ｂ）に示すように、術者Ｏｐが頭部を鉛直下方向に回転させると、この回転角度が基準姿勢に対して６０度以上の場合に、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える。一方、このようにＡ画像７３を表示させた後、術者Ｏｐが頭部を鉛直上向きに回転させ、この回転角度が基準姿勢に対して４０度以上の場合には、超音波画像生成部４２はＡ画像７３の生成を継続する。また、術者Ｏｐが頭部を鉛直上向きに回転させ、その回転角度が基準姿勢に対して４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＡ画像７３からＣ画像７１に切り替える。したがって、ＨＭＤ１３に表示させるＣ画像７１からＡ画像７３に切り替えるときには、基準姿勢からＨＭＤ１３を６０度以上鉛直下向きに回転させる必要があるが、ちょうどＡ画像７３に切り替わる角度（±６０度）から術者頭部が１５度〜２０度程度ぶれても、Ａ画像７３の表示が継続される。
【００５０】
また、図９（Ｃ）に示すように、術者Ｏｐが身を乗り出し、手元６２を視野５７に入れながらも頭部を鉛直下向きに回転させた場合、その回転角度が６０度以上であれば、超音波画像生成部４２は生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える。また、こうして身を乗り出した姿勢から、再び元の基準姿勢に近づく方向に移動し、手元６２を視野５７に入れながら頭部が鉛直上向きに回転した場合、その回転角度が４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＡ画像７３からＣ画像７１に切り替える。なお、図８及び図９で説明した切り替え以外の回転や移動がＨＭＤ１３に生じた場合には、超音波がそう生成部４２は、直前に生成していた２Ｄ超音波画像と同じものを生成し続ける。
【００５１】
上述のように、超音波診断装置１１は、３Ｄ超音波プローブ（超音波プローブ１２）を用いて３次元データを取得するとともに、必要に応じてこの３次元データを取得した走査エリア７４の複数の断面について選択的に２Ｄ超音波画像を生成し、表示する。また、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示するか否かは、ＨＭＤ１３の接続状態や動作状態，ヘッドトラッキングに関する設定等によって必要に応じて切り替え可能となっている。このため、３Ｄ超音波画像による観察が適切な施術前の広範囲な事前観察や、２Ｄ超音波画像による精査が求められる施術中等のワークフローで、各々に適した超音波画像を生成，表示させることができる。
【００５２】
さらに、超音波診断装置１１は、２Ｄ超音波画像を生成，表示するときに、この２Ｄ超音波画像の生成及び表示切り替えを、ＨＭＤ１３（を装着した術者Ｏｐの頭部）の回転方向及び回転角度に応じて切り替える。このため、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着した状態で頭部を回転させるだけで、走査エリア７４の所望の断面についての２Ｄ超音波画像を容易に観察することができ、超音波プローブ１２と処置具によって両手がふさがった状態でも容易に所望の２Ｄ超音波画像を観察することができる。
【００５３】
また、超音波診断装置１１は、表示する２Ｄ超音波画像を、Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３の３種類の２Ｄ超音波画像から選択する。このため、表示する２Ｄ超音波画像を視線に追従させて滑らかに切り替える場合と比較すると、少なくとも術者Ｏｐが一定の範囲内の姿勢であれば、必ずしもその姿勢を固定する必要がないため、穿刺等の施術を行う際に、超音波プローブ１２や術者Ｏｐ（ＨＭＤ１３）の姿勢が多少ぶれたとしても、穿刺針３７等の処置具を見失い難い。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、基準姿勢でＣ画像７１を表示し、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが頭部を左右（水平）に回転させた場合に、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１とＳ画像７２とで切り替え、術者Ｏｐが頭部を上下（鉛直）に回転させた場合に、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１とＡ画像７３とで切り替える例を説明したが、以下では、ＨＭＤ１３の水平回転と鉛直回転を組み合わせた場合の表示例を説明する。
【００５５】
例えば、基準姿勢から遠ざかる方向にＨＭＤ１３の姿勢を変化させる往路回転の場合、図１０（Ａ）に示すように、領域Ｉは水平（左右）方向の回転角度が±６０度未満、かつ、鉛直（上下）方向の回転角度が６０度未満の領域であり、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域Ｉ内にあるときにはＣ画像７１が表示される。また、領域ＩＩ＋及び領域ＩＩ−は、水平方向の回転角度が±６０度以上、かつ、鉛直方向の回転角度が６０度以上の領域であり、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＩ＋及び領域ＩＩ−内にあるときにはＳ画像７２が表示される。同様に、領域ＩＩＩは、水平方向の回転角度が±６０度未満、かつ、鉛直方向の回転角度が６０度以上の領域であり、前述の通り、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＩＩ内にある時にはＡ画像７３が表示される。したがって、ＨＭＤ１３の姿勢がこれらの領域Ｉ，領域ＩＩ±，領域ＩＩＩ内にある時の動作は、上述の実施形態と同様である。一方、領域ＩＶ±は、水平方向の回転角が±６０度以上、かつ、鉛直方向の回転角が６０度以上の領域である。ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＶ±内にある場合、上述の実施形態の例では直前に表示していた２Ｄ超音波画像を継続して表示するが、図１０（Ａ）に示す通り、ＨＭＤ１３の姿勢が領域ＩＩ±からこの領域ＩＶ±に変化したときにはＡ画像７３を表示し、ＨＭＤ１３の姿勢が領域ＩＩＩからこの領域ＩＶ±に変化したときにはＳ画像７２を表示するようにしても良い。例えば、領域ＩＩ±から領域ＩＶ±にＨＭＤ１３の姿勢を変化させた場合、術者ＯｐはＳ画像７２を観察している状態から、頭部を下げ、あるいは身を乗り出し、手元６２を覗き込もうとしているので、上述の実施形態のようにＳ画像７２の表示を継続するよりも、図１０（Ａ）のように、Ａ画像７３を表示する方がより感覚的にマッチした２Ｄ超音波画像を表示させることができる。こうしたことは、ＨＭＤ１３の姿勢を領域ＩＩＩから領域ＩＶ±に変化させた場合も同様である。
【００５６】
また、図１０（Ｂ）に示すように、基準姿勢に近づく方向にＨＭＤ１３の姿勢を変化させる復路回転の場合、各領域Ｉ’，ＩＩ’±，ＩＩＩ’，ＩＶ’±は、各領域の水平方向における回転角度の境界が±４０度、鉛直方向における回転角度の境界が４０度となっている以外は、前述と同様である。また、図１０（Ｂ）に示す通り、前述とは逆に、ＨＭＤ１３の姿勢を、領域ＩＶ’±から領域ＩＩＩ’または領域ＩＩ’±内の姿勢に変化させたときには、各領域で定められた２Ｄ超音波画像を表示する。
【００５７】
さらに、ここでは往路での領域ＩＶ±、及び復路での領域ＩＶ’±で表示する２Ｄ超音波画像として、Ｓ画像７２及びＡ画像７３を用いる例を説明したが、こうして往路の領域ＩＶ±、及び復路の領域ＩＶ’±で表示する２Ｄ超音波画像は、必ずしもＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３から選択しなくても良い。例えば、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＨＭＤ１３の姿勢が往路の領域ＩＶ±及び復路の領域ＩＶ’±内の姿勢となったときには、走査エリア７４の対角方向に対応した対角画像８１ａ，８１ｂを超音波画像生成部４２で生成し、これをＨＭＤ１３に表示しても良い。特に、前述（図１０）のように、領域ＩＶ±及び復路の領域ＩＶ’±で表示する対角画像は、より術者Ｏｐの感覚に合致するように、どの領域から変化してきたかを考慮して、前述の図１０のように対角画像８１ａ，８１ｂを組み合わせて用いても良い。こうして、対角画像８１ａ，８１ｂを生成，表示することで、術者Ｏｐはより感覚的に所望の２Ｄ超音波画像を観察することができる。
【００５８】
なお、上述の実施形態では、鉛直下向きを正として、ＨＭＤ１３を基準姿勢よりも下向きに回転させたときに、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える例を説明したが、これに限らず、基準姿勢よりも上向きにＨＭＤ１３の姿勢を回転させたときにも、上述の実施形態等と対称になるような境界条件で、Ｃ画像７１とＡ画像７３とで表示を切り替えるようにしても良い。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３に表示する超音波画像６６は超音波画像生成部４２によって生成された２Ｄ超音波画像を表示する例を説明したが、こうしてＨＭＤ１３に表示する超音波画像６６には、施術等に必要な情報を重畳したものであることが好ましい。例えば、穿刺針アダプタ３６を用いることによって、被検体Ｐａに対する穿刺針３７の刺入位置及び刺入角度は定まるので、例えば、図１２に示すように、超音波画像６６（Ｃ画像７１）内に重畳して、穿刺針３７の刺入方向を示すバイオプシーガイド８２を表示することが好ましい。また、バイオプシーガイド８２は、少なくともＣ画像７１に表示することが好ましい。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、穿刺等の施術時にＨＭＤ１３に２Ｄ超音波画像を表示する例を説明したが、これに限らず、図１３に示すように、３Ｄ超音波画像８３を表示しても良い。このように、２Ｄ超音波画像を表示するか、３Ｄ超音波画像８３を表示するかの選択は、施術の種類や術者Ｏｐの好みに応じて適宜設定変更できるようにしておくことが好ましい。また、３Ｄ超音波画像８３をＨＭＤ１３に表示する場合、上述の実施形態と同様に、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの姿勢に応じて、３Ｄ超音波画像８３を表示する向きを変更することが好ましい。さらに、このような、ＨＭＤ１３の姿勢に応じた３Ｄ超音波画像８３を表示する向きの調節が不要な場合には、ヘッドトラッキング機能をオフに設定できるようにしておくことが好ましい。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２が超音波トランスデューサを長方形状に配列したものであり、走査エリア７４が直方体状である例を説明したが、これに限らず、超音波トランスデューサが２次元に配列されていれば超音波トランスデューサ１２として用いることができる。但し、超音波トランスデューサアレイ３２が超音波トランスデューサを正方形状に平面に配列したものである場合、走査エリア７４に対してＣ面７６とＳ面７７の区別は、上述の実施形態のように超音波トランスデューサアレイ３２の方向性だけでは定められないので、超音波プローブ１２の外形等に応じて予め定めておくことが好ましい。また、上述の実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２は超音波トランスデューサを平面に配列した例を説明したが、２Ｄ超音波プローブでいうコンベックス型のように、超音波トランスデューサを配列する平面は湾曲していても良い。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、設定した姿勢を基準として、ＨＭＤ１３の姿勢が水平方向の回転角度±６０度未満及び鉛直方向の回転角度６０度未満でＣ画像７１を表示し、水平方向の回転角度±６０度以上でＳ画像７２に表示を切り替え、鉛直方向の回転角度６０度以上でＡ画像７３に表示を切り替える例を説明した。また、上述の実施形態では、Ｓ画像７２を表示している状態で、ＨＭＤ１３の水平方向の回転角度が±４０度未満になったときにＣ画像７１に表示を切り替え、Ａ画像７３を表示している状態で、ＨＭＤ１３の鉛直方向の回転角度が４０度未満になったときにＣ画像７１に表示を切り替える例を説明した。しかし、こうした２Ｄ超音波画像の表示切り替えの境界となるＨＭＤ１３の回転角度（姿勢）は、上述の実施形態で説明した例に限らない。例えば、Ｃ画像７１とＳ画像７２との切り替えで水平方向にＨＭＤ１３を切り替える角度が往路で±６０度，復路で±４０度に設定されている例を説明したが、これらの角度は施術の種類や術者Ｏｐの好み等に応じて任意に設定できることが好ましい。Ｃ画像７１とＡ画像７３との切り替えで鉛直方向にＨＭＤ１３を切り替える角度についても同様である。また、例えば、上述の実施形態では、Ｃ画像７１とＳ画像７２との切り替えで水平方向にＨＭＤ１３を回転させる角度（往路±６０度，復路±４０度）と、Ｃ画像７１とＡ画像７３との切り替えで鉛直方向にＨＭＤ１３を回転させる角度（往路６０度，復路４０度）の大きさが共通であるが、施術の種類や術者Ｏｐのこの未踏に応じて、各々独立に、任意の角度に設定できることが好ましい。
【００６３】
さらに、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３の往路回転の場合に±６０度（６０度）、復路回転の場合に±４０度（４０度）でＣ画像７１とＳ画像７２（Ａ画像７３）との切り替え、往路回転と復路回転で表示する２Ｄ超音波画像を切り替える角度が異なる例を説明したが、２Ｄ超音波画像を切り替える角度はこの例に限らず、術者ＯｐがよりＨＭＤ１３の回転動作に対して高感度な２Ｄ超音波画像の表示切り替えを望む場合には、ＨＭＤ１３の往路回転と復路回転で同じ角度（例えば往路，復路とも４５度）で２Ｄ超音波画像の表示を切り替えるようにしても良い。また、ＨＭＤ１３の回転に対する２Ｄ超音波画像の表示切り替え精度は、術者Ｏｐの好み等によって任意に設定できるようにしておくことが好ましい。なお、穿刺等の施術を行う場合、通常はＣ画像７１を観察し、Ｓ画像７２やＡ画像７３を穿刺針３７の刺入経路の確認等のために補助的に用いることが多く、必ずしも２Ｄ超音波画像の頻繁で高感度な切り替えを要しない。こうした場合には、上述の実施形態の例のように、ＨＭＤ１３の往路回転と復路回転とで２Ｄ超音波画像の表示を切り替える角度を異なる角度にし、かつ、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲（水平±６０度，鉛直６０度）を復路でのＣ画像７１の表示角度範囲（水平±４０度，鉛直４０度）よりも大きくしておくことで、過度な表示切り替えによるちらつき等を抑えることが好ましい。また、上述の実施形態では、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲よりも復路のＣ画像７１の表示角度範囲が大きい例を説明したが、逆に、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲が復路のＣ画像７１の表示角度範囲を小さくしても良い。この場合、一度Ｓ画像７２やＡ画像７３を表示させると、Ｓ画像７２やＡ画像７３の表示が継続されやすくなり、術者Ｏｐは頭部を大きな角度に向け続けなくてもＳ画像７２やＡ画像７３を観察することができるようになり、Ｓ画像７２やＡ画像７３を観察することが多い施術等を行う場合に、術者Ｏｐの姿勢についての負担を軽減することができる。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度に応じて生成，表示する２Ｄ超音波画像を切り替える例を説明したが、これに限らず、回転方向または回転角度のいずれか一方に応じて生成，表示する２Ｄ超音波画像を切り替えても良い。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、超音波診断装置１１を用いて穿刺を行う場合に、穿刺針アダプタ３６を用いるいわゆるプローブガイド法の例を説明したが、これに限らず、穿刺針アダプタ３６を用いずに、術者Ｏｐの手技のみで穿刺を行ういわゆるフリーハンド法の場合にも超音波診断装置１１を好適に用いることができる。また、上述の実施形態では、主として超音波診断装置１１を穿刺に用いる例を説明したが、麻酔や各種手術等にも超音波診断装置１１を好適に用いることができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、２Ｄ超音波画像としてＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３の３種類のうちいずれかを生成，表示する例を説明したが、これに限らない。例えば、上述の実施形態では、Ｃ画像７１は走査エリア７４の中央を通る断面について２Ｄ超音波画像であるが、こうした超音波画像生成部４２で生成する２Ｄ超音波画像は、必ずしも走査エリア７４の中央を通る断面についてのものでなくても良い。したがって、Ｃ画像７１は走査エリア７４のｙ方向に垂直な断面であれば良く、走査エリア７４のｙ方向に対して任意の位置の断面についての２Ｄ超音波画像を生成するようにしても良い。これは、Ｓ画像７２やＡ画像７３についても同様である。また、例えば、走査エリア７４に対する方向性もＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３のうちのいずれかの方向と平行である必要はなく、ＨＭＤ１３の水平回転や鉛直回転に対応して、対角画像８１ａ，８１ｂのように、走査エリア７４に対して任意の角度や向きの断面についての２Ｄ超音波画像を生成するようにしても良い。さらに、こうした２Ｄ超音波画像を生成する走査エリア７４の断面方向は、被検部位に対する超音波プローブ１２の当接させやすさや術者Ｏｐの好み等に応じて任意に設定できるようにしておくことが好ましい。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、実際の視野５７にウィンドウ６１を投影するいわゆる透過型のＨＭＤ１３の例を説明したが、これに限らず、非透過型のＨＭＤも超音波画像診断装置１１に好適に用いることができる。非透過型のＨＭＤを用いる場合、術者Ｏｐの視線の方向に合わせて、術者Ｏｐの視野５７を撮影した画像に、超音波画像６６等を表示したウィンドウ６１を重畳してＨＭＤに表示すれば良い。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 超音波診断装置
１２ 超音波プローブ
１３ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
１４ 本体
１６ プロセッサ装置
１７ モニタ
１８ 操作部
２６ メガネ部
２７ ＨＭＤ制御部
２８ 固定バンド
２９，３４ 通信ケーブル
３１ 把持部
３２ 超音波トランスデューサアレイ
３３ 先端部
３６ 穿刺針アダプタ
３７ 穿刺針
４１ 送受信部
４２ 超音波画像生成部
４３ 表示制御部
４４ 穿刺針検出部
４６ 姿勢計測部
４７ システムバス
４８ フレームメモリ
４９ ＤＳＰ
５１ 主制御部
５４ 姿勢センサ
５６ 投影部
５７ 視野
６１ ウィンドウ
６２ 手元
６３ タイトルバー
６４ 画像表示エリア
６６ 超音波画像
７１ Ｃ画像
７２ Ｓ画像
７３ Ａ画像
７４ 走査エリア
７６ コロナル面
７７ サジタル面
７８ アキシャル面
７９ 腫瘍
８１ａ，８１ｂ 対角画像
８２ バイオプシーガイド
８３ ３Ｄ超音波画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体内に超音波を送信して、被検体の断層画像を得る超音波診断装置に関するものであり、さらに詳しくは、ヘッドマウントディスプレイを備えた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、医療分野において、超音波診断装置が診察や検査に広く用いられている。超音波診断装置は、被検体内に超音波を送信し、そのエコーから被検体の超音波断層画像（以下、超音波画像という）を生成し、モニタ表示する装置であり、概ね、超音波プローブやプロセッサ装置等から構成される。超音波プローブは、被検体の体表にあてがわれて使用され、被検体内に超音波を送信するとともに、被検体内からのエコーを受信する。プロセッサ装置は、超音波プローブが受信したエコーに応じて出力する信号に基づいて被検体の超音波画像を生成し、モニタに表示する。
【０００３】
超音波プローブは、医師や検査技師等の術者が片手で把持できる程度の大きさに形成されるとともに、柔軟性のある通信ケーブルや無線によってプロセッサ装置と接続される。これにより、術者は、当接させる位置や角度を自在に調節しながら、超音波プローブを被検体に当接させることができる。一方、超音波画像が表示されるモニタはプロセッサ装置とともにベットサイド等の所定位置に置かれる。このように、超音波プローブはモニタから離れた位置で使用されるので、超音波診断装置を用いた診察や検査では、超音波プローブの位置や角度を確認したり、超音波画像を確認するために、術者はモニタと超音波プローブを把持した手元とに何度も視線を移動させる必要があった。
【０００４】
こうした視線移動の煩わしさを解消するために、近年では、超音波プローブを把持した手元を観察する視野の中に超音波画像を重畳して表示させるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）を用いる技術が知られている。なかでも、ＨＭＤを用いることによって視野の中に単に超音波画像を重畳して表示するだけでなく、術者の瞳孔の位置を認識し、術者の視線の先に超音波画像を表示させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、一般に多く用いられる超音波プローブ（以下、２Ｄ超音波プローブという）は、超音波トランスデューサが１列に並べて配置され、１つの面内で超音波を送受信することにより、被検体の断層画像となる受信信号を取得するが、近年では、超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に超音波を送受信することにより、この領域の３次元の受信信号（以下、３次元データという）を得る３Ｄ超音波プローブも知られている。例えば、乳がんは、早期がん（２ｍｍ以下）で発見されれば９０％以上完治し、超早期がん（数ｍｍ）で発見されればほぼ１００％完治すると言われているが、このような小さいターゲットに穿刺を行う場合、通常の２次元の断層画像では、穿刺針が腫瘤に確実に刺入されたか等を確認することが難しい。このため、近年の乳がん検査では、３Ｄ超音波プローブが用いられ、腫瘤周囲の複数の断面で超音波画像を観察しながら、穿刺が行われる。
【０００６】
さらに、３Ｄ超音波プローブとＨＭＤとをともに備える超音波診断装置も知られている。例えば、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、被検体内の様子を立体的に描出した３Ｄ超音波画像をＨＭＤに表示するときに、術者の視線方向から見た３Ｄ超音波画像を生成，表示することによって、３Ｄ超音波プローブと処置具の操作のために術者の両手がふさがる施術を行う場合の超音波診断装置に関わる操作を低減させた超音波診断装置が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８０１５号公報
【特許文献２】特開２０００−２０１９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波診断装置を用いて穿刺等を行う場合、腫瘍等がある位置やその個数等を確認したり、診断箇所を決定したりするために、事前に比較的広範囲で超音波画像を観察することが一般的である。こうした広範囲の観察には、前述の３Ｄ超音波画像が有効である。一方、穿刺を行う場合、穿刺針の刺入経路は、被検部位周辺の組織性状等を精査して定める必要があるので、３Ｄ超音波画像よりも、穿刺針を含む平面の超音波画像による観察が有効である。しかし、従来の３Ｄ超音波プローブを備えた超音波診断装置は、３Ｄ超音波プローブを用いる場合に常に３Ｄ超音波画像を表示し、また、被検体の任意断面について平面の超音波画像（以下、２Ｄ超音波画像）を表示することができる場合でも、どういった断面の２Ｄ超音波画像を生成，表示するか等の設定に煩雑な操作が必要となるため、必ずしも使い勝手が良いとは言えない。
【０００９】
このように、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合、例えば、特許文献２のように、ＨＭＤによって術者の視線を検出し、３次元データを取得したエリアに対して視線に垂直な断面の２Ｄ超音波画像を生成，表示することが考えられる。しかし、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合であっても、従来の２Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成する場合と同様に、超音波プローブの位置や傾きのわずかな変化によって、穿刺針等の処置具を見失いやすいという欠点がある。また、２Ｄ超音波画像を生成する断面を視線に追従させて変化させる場合、一定の断面の２Ｄ超音波画像を観察するためには、超音波プローブを固定するだけでなく、ＨＭＤを装着した頭部をも固定しなければならないため、かえって術者に負担を強いることになる。このため、３Ｄ超音波プローブを用いて２Ｄ超音波画像を生成，表示するときには、視線移動に対する追従性よりも、適切な断面の超音波画像に簡単な操作で切り替えられることが望ましい。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、必要に応じて３次元データを取得した立体的領域の複数の断面について選択的に２Ｄ超音波画像を生成，表示するとともに、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示する断面を、ＨＭＤを用いた簡単な操作で切り替えることができ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】
【００１１】
本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に前記超音波を走査する超音波プローブと、前記超音波トランスデューサが前記被検体内からのエコーを受信して出力する受信信号に基づいて、前記被検体の立体的な領域の所定断面について断層画像を生成する断層画像生成手段と、術者の頭部に装着され、前記術者の頭部の動きに応じた信号を出力する姿勢検知手段と、前記術者の視野に少なくとも前記断層画像を投影する投影手段と、を有するヘッドマウントディスプレイと、前記姿勢検知手段から出力される信号に基づいて、予め定められた前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢を基準として前記ヘッドマウントディスプレイを装着した前記術者の頭部の回転方向及び回転角度を計測する回転計測手段と、を備え、前記断層画像を生成する前記所定断面は予め複数種類に定められ、前記回転計測手段によって計測された前記回転方向及び前記回転角度に応じて前記投影手段に投影される前記断層画像が前記複数種類の前記断層画像のなかで切り替わることを特徴とする。
【００１２】
また、前記断層画像を生成する前記所定断面は、少なくとも３種類定められ、前記ヘッドマウントディスプレイが前記基準となる姿勢の場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが水平に回転された場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが鉛直に回転された場合とで、各々異なることが好ましい。
【００１３】
また、前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢が前記基準となる姿勢から遠ざかる向きに回転される往路回転と、前記基準となる姿勢に近づく向きに回転される復路回転とで異なることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記往路回転時よりも前記復路回転時で小さいことが好ましい。
【００１５】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が可変であることが好ましい。
【００１６】
複数種類の前記断層画像のうち、少なくとも１種類の前記断層画像に穿刺針の刺入方向を示すガイドラインが重畳表示されることが好ましい。
【００１７】
前記断層画像生成手段は、前記超音波プローブと前記ヘッドマウントディスプレイがともに可動状態の時に前記断層画像を生成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、３Ｄ超音波プローブを用いて３次元データを取得し、必要に応じて３次元データを取得した立体的領域の断面について２Ｄ超音波画像を生成，表示するとともに、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示する断面を、ＨＭＤを用いた簡単な操作で切り替えることができる。このため、本発明の超音波診断装置を用いて穿刺等を行う場合に術者の両手が超音波プローブと処置具の操作のためにふさがっていても、穿刺針等の処置具の刺入経路を容易に確認することができる。また、このとき、２Ｄ超音波画像を生成する断面は、術者の視線に追従して変更されるのではなく、複数種類の断面から選択的に切り替えられるので、穿刺針等の処置具を見失い難い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】超音波診断装置の概略及び手技の様子を示す図である。
【図２】ＨＭＤの外観を示す図である。
【図３】超音波プローブ及び穿刺針アダプタの外観を示す図である。
【図４】超音波診断装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】視野の様子を示す説明図である。
【図６】ＨＭＤによって視野内に表示されるウィンドウの例を示す説明図である。
【図７】超音波診断装置で表示する２Ｄ超音波画像の様態を示す説明図である。
【図８】表示する２Ｄ超音波画像を切り替える様態を示す説明図である。
【図９】表示する２Ｄ超音波画像を切り替える様態を示す説明図である。
【図１０】水平方向及び鉛直方向の回転を組み合わせる場合に表示する２Ｄ超音波画像の例を示す説明図である。
【図１１】水平方向及び鉛直方向の回転を組み合わせる場合に表示する２Ｄ超音波画像の例を示す説明図である。
【図１２】Ｃ画像にバイオプシーガイドを表示する例を示す説明図である。
【図１３】３Ｄ超音波画像を表示する例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、超音波診断装置１１は、ベッド等に安静に寝かされた被検体Ｐａの体内に超音波を送信し、そのエコーに基づいて被検体内の断層画像である超音波画像を生成，表示する装置であり、超音波プローブ１２、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）１３、本体１４から構成される。
【００２１】
超音波プローブ１２は、超音波を送受信するプローブであり、術者Ｏｐが片手で把持できる程度の大きさに形成され、被検者Ｐａの体表に当接して使用される。また、超音波プローブ１２は、柔軟な通信ケーブルで本体１４と接続されており、所定の範囲内では、本体１４の配置に関わらず、被検者Ｐａに当接させる位置や傾きを自在に調節することができる。また、超音波プローブ１２は、いわゆる３Ｄ超音波プローブであり、被検体内の立体的な領域（以下、走査エリアという）に超音波を送信するとともに、この走査エリアからのエコーを受信する。
【００２２】
ＨＭＤ１３は、術者Ｏｐの頭部に装着され、術者Ｏｐの視野に超音波画像等を重畳して表示するディスプレイである。このＨＭＤ１３は、いわゆる透過型のディスプレイであり、術者ＯｐはＨＭＤ１３を装着した状態でも、これを装着しない場合とほぼ同様に、直接的に被検者Ｐａ等を観察することができる。また、ＨＭＤ１３は、術者Ｏｐに装着されたときに術者Ｏｐの眼前に位置する傾斜面を利用して、術者Ｏｐの目に超音波画像等の像光を投影する。これにより、術者Ｏｐは、実際の視野の中に、超音波画像等の虚像を認識する。さらに、ＨＭＤ１３は、後述するように内蔵されたセンサによって術者Ｏｐの頭部の動きを検知し、これを本体１４に通知する。
【００２３】
本体１４は、プロセッサ装置１６、モニタ１７、操作部１８、記憶装置１９等から構成される。本体１４を構成するこれらの各装置は、例えば、可搬カート２１に載せられ、ベッドサイドに配置される。プロセッサ装置１６は、操作部１８やＨＭＤ１３からの操作入力に応じて、超音波プローブ１２やＨＭＤ１３等、超音波診断装置１１の動作を制御する。例えば、プロセッサ装置１６は、受信したエコーを反映して超音波プローブ１２が出力する受信信号から超音波画像を生成し、モニタ１７やＨＭＤ１３に表示させる。また、操作部１８やＨＭＤ１３の操作入力に応じて、超音波画像等を記憶装置１９に記憶させる。
【００２４】
図２に示すように、ＨＭＤ１３は、メガネ部２６とＨＭＤ制御部２７とからなり、固定バンド２８によって術者Ｏｐの頭部に固定される。なお、固定バンド２８は、図２に示す通り、術者Ｏｐの側頭部から後頭部を固定するバンドと、術者Ｏｐの頭頂部から後頭部にかけて固定するバンドとからなり、術者Ｏｐが頭部を移動させた場合にも、メガネ部２６やＨＭＤ制御部２７が所定の装着位置からずれないように、ＨＭＤ１３を術者Ｏｐにフィットさせる。
【００２５】
メガネ部２６は、術者ＯｐがＨＭＤ１３を装着したときに術者Ｏｐの眼前に位置する部材であり、ほぼ透明な材料から形成される。このため、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着しない場合とほぼ同様の視野が得られる。また、このメガネ部２６の外面２６ａは、ＨＭＤ１３を装着しやすいように一般的な頭部形状に合わせて湾曲しているものの、術者Ｏｐの視線に対しては略垂直になるように概ね平坦な形状に形成されている。一方、メガネ部２６の内面２６ｂは、術者Ｏｐの視線に対して所定角度に傾斜した傾斜面となっている。さらに、このメガネ部２６の内面２６ｂは、入射光を部分的に透過及び反射するいわゆるハーフミラーになっている。
【００２６】
ＨＭＤ制御部２７は、メガネ部２６の上部にほぼ一体となって配置され、術者ＯｐがＨＭＤ１３を装着したときに、術者Ｏｐの額に当接される。このＨＭＤ制御部２７には、ＨＭＤ１３の動作を担う光学系やセンサ等の各素子が内蔵されており、これらの光学系や各素子によって、術者Ｏｐの視野内に超音波画像等を表示したり、術者Ｏｐの頭部の動きを検知する。また、ＨＭＤ制御部２７は、柔軟性のある通信ケーブル２９によってプロセッサ装置１６に接続されており、前述のＨＭＤ制御部２７に内蔵された各素子の動作は、この通信ケーブル２９を介してプロセッサ装置１６から受信する制御信号に基づいて動作する。同様に、ＨＭＤ制御部２７に内蔵された撮像素子等が出力する信号は、通信ケーブル２９を介してプロセッサ装置１６に送信される。
【００２７】
図３に示すように、超音波プローブ１２は、術者Ｏｐが把持する把持部３１と、超音波トランスデューサアレイ３２が内蔵され、被検体Ｐａの体表に当接される先端部３３とからなり、通信ケーブル３４によってプロセッサ装置１６に接続される。超音波トランスデューサアレイ３２は、超音波トランスデューサを２次元に配列したものであり、これらの各々の超音波トランスデューサによって超音波を発生させて被検体Ｐａ内の走査エリアに向けて送信するとともに、各超音波トランスデューサで被検体Ｐａからのエコーを受信する。
【００２８】
また、超音波プローブ１２には、穿刺針アダプタ３６が付属されている。穿刺針アダプタ３６は、穿刺針３７（処置具）を挿抜自在に保持するとともに、超音波プローブ１２に対して穿刺針３７の刺入位置や刺入角度を固定するアダプタであり、超音波診断装置１１を用いて穿刺を行う場合に先端部３３に取り付けられる。なお、超音波プローブ１２には、超音波プローブ１２に対する穿刺針３７の刺入位置及び刺入角度に応じて、複数種類の穿刺針アダプタ３６が付属しており、穿刺する位置や腫瘍等の深さに応じて適宜選択して用いられる。
【００２９】
図４に示すように、プロセッサ装置１６は、送受信部４１、超音波画像生成部４２、表示制御部４３、姿勢計測部４６等、システムバス４７で接続された各部からなる。
【００３０】
送受信部４１は、パルサ及びレシーバからなる。パルサ及びレシーバは、超音波トランスデューサアレイ３２を構成する超音波トランスデューサの個数分だけ設けられており、送受信部４１は、これらを用いて超音波プローブ１２から超音波ビームを送信させたり、受信したエコーに応じて超音波プローブ１２から出力される受信信号を受信する。例えば、送受信部４１は、複数のパルサの中から、いくつかを選択して駆動する。また、このとき、送受信部４１は、選択した全てのパルサを同時に駆動するのではなく、それぞれタイミングを遅延させながら選択したパルサを個々に駆動する。これにより、駆動されたパルサに対応する超音波トランスデューサからは超音波が発生するとともに、選択したパルサの駆動タイミングに応じた深さに収束する超音波ビームが送信される。また、送受信部４１は、エコーを受信したときに各超音波トランスデューサから出力される受信信号を、各々対応したレシーバで受信し、これを増幅してＡ／Ｄ変換し、デジタル化する。こうしてデジタル化された受信信号は、超音波画像生成部４２に入力される。また、送受信部４１による超音波ビームの送受信の制御は、後述する主制御部５１によって行われる。例えば、主制御部５１は、超音波画像生成部４２で要求される超音波画像等に応じて、パルサやレシーバの駆動タイミング等を変更することにより、送信する超音波ビームの様態が変更される。
【００３１】
超音波画像生成部４２は、送受信部４１から入力される受信信号に対して直交検波処理を施し、各受信信号を複素ベースバンド化し、走査エリアについての３次元データを生成する。また、超音波画像生成部４２は、１フレーム分の３次元データから、整相加算により受信フォーカス処理を施す等して、被検体内の様子を立体的に描出した３Ｄ超音波画像や、超音波ビームを送受信した走査エリアの所定断面について２Ｄ超音波画像（例えば、Ｂモード画像）を生成する。例えば、超音波画像生成部４２は、いわゆる３Ｄ超音波プローブである超音波プローブ１２が本体１４に接続され、かつ、ＨＭＤ１３が可動状態であり、後述する姿勢センサ５４から信号が出力されている場合に、２Ｄ超音波画像を生成する。また、後述する姿勢計測部４６からの姿勢信号に基づいて、走査エリアのどの方向の断面について２Ｄ超音波画像を生成するかを切り替える。一方、いわゆる３Ｄ超音波プローブである超音波プローブ１２が接続され可動状態であるときに、ＨＭＤ１３が接続されていなかったり、電源がＯＮになっていない場合やＨＭＤ１３（を装着した術者頭部）の動きに応じた制御（以下、ヘッドトラッキングという）がオフに設定された等で、ＨＭＤ１３が非動作状態の場合、ＨＭＤ１３によるヘッドトラッキングの設定がオフの場合には超音波画像生成部４２は３Ｄ超音波画像を生成する。
【００３２】
また、超音波画像生成部４２は、走査エリアに対して方向が異なる複数の断面について２Ｄ超音波画像を生成する。こうして２Ｄ超音波画像を生成する断面の種類は予め設定され、超音波画像生成部４２は、これらの断面の中から、後述するように術者Ｏｐの頭部の動きに応じて要求された断面の２Ｄ超音波画像を生成する。なお、こうして超音波画像生成部４２が生成した超音波画像は、フレームメモリ４８に一時的に記憶され、表示制御部４３によって読み出される。
【００３３】
表示制御部４３は、フレームメモリ４８から超音波画像生成部４２で生成された超音波画像を読み出し、モニタ１７及びＨＭＤ１３に表示させる。このとき、表示制御部４３は、被検者Ｐａに関する情報や観察部位、日付や時刻、超音波診断装置１１の設定の状態、送信する超音波の周波数やパワー、ＲＯＩを示す枠線、穿刺針の刺入をアシストするバイオプシーガイド、表示されている２Ｄ超音波画像の走査エリアに対する断面方向等の種々の情報や、設定メニュー等を、超音波画像とともにモニタ１７及びＨＭＤ１３に表示する。このとき、表示制御部４３は、こうした超音波画像等をモニタ１７の全画面に表示させる。一方、表示制御部４３は、上述の超音波画像等からなる擬似的なモニタ画面を、術者Ｏｐの視野５７内の部分的な領域（以下、ウィンドウという）に表示されるように、視野５７内の位置座標やサイズを指定する。このように表示制御部４３が指定するウィンドウの位置座標やサイズは、操作部１８の操作によって予め定められる。
【００３４】
姿勢計測部４６は、後述する姿勢センサ５４から入力される信号に基づいて、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きを検出し、これを姿勢信号として超音波画像生成部４２に入力する。こうして姿勢計測部４６が出力する姿勢信号は、例えば、術者頭部の回転方向及び回転角度を示す。超音波画像生成部４２では、この姿勢信号に基づいて、術者頭部が予め定められた方向に所定角度以上回転した場合に、生成する２Ｄ超音波画像を変更する。また、姿勢信号に含まれる術者頭部の回転方向及び回転角度を計測する基準は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが姿勢を調節した状態で操作部１８からの設定入力することにより、任意に設定される。
【００３５】
主制御部５１は、プロセッサ装置１６の各部とシステムバス４７を介して接続されており、これら各部の動作を統括的に制御する。ＲＯＭ５２には、超音波診断装置１１の動作を制御するための各種プログラムやデータが記憶されており、主制御部５１は、ＲＯＭ５２から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ５３に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、主制御部５１は、操作部１８から操作入力信号が入力され、この入力信号に応じた動作を超音波診断装置１１の各部に実行させる。さらに、超音波プローブ１２やＨＭＤ１３等の接続を検知するとともに、こうした超音波診断装置１１の各部の接続状態や動作状態を必要箇所に通知する。例えば、主制御部５１は、超音波プローブ１２の接続をＩＤ（識別信号）の入力によって検知し、また、ＨＭＤ１３の接続を姿勢センサ５４（後述）からの信号入力によって検知し、これらの接続状態及び動作状態を超音波画像生成部４２に通知する。
【００３６】
また、同じく図４に示すように、ＨＭＤ制御部２７は、姿勢センサ５４と投影部５６とを備える。姿勢センサ５４は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きを検知するセンサであり、例えばジャイロセンサ等の角速度センサからなる。この姿勢センサ５４は、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの頭部の動きに応じた信号（例えば、角速度信号）を、姿勢計測部４６に出力する。
【００３７】
投影部５６は、液晶表示素子と投影光学系（いずれも図示しない）から構成される。投影部５６に備えられた液晶表示素子には、前述の表示制御部４３によって、超音波画像や各種情報が前述のウィンドウに対応する範囲に表示される。投影光学系は、こうして液晶表示素子に表示されたウィンドウをメガネ部２６の内面２６ｂに向けて投影する。このとき、液晶表示素子からの光は、結像されず、メガネ部２６の内面２６ｂによって反射され、術者Ｏｐの目に入射する。これにより、術者Ｏｐは、超音波画像が表示されたウィンドウを視野５７内に虚像として認識する。
【００３８】
図５に示すように、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着しない場合とほぼ同様の視野５７を、メガネ部２６を通して観察することができる。但し、ＨＭＤ１３を通して観察する視野５７には、超音波画像等が表示されたウィンドウ６１が所定位置に表示されるため、ＨＭＤ１３を介さない視野と比較すると、このウィンドウ６１が表示される部分が欠損する。このため、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐは、例えば、超音波プローブ１２を把持した自らの手元６２が視野５７の左側に、ウィンドウ６１が視野５７の右側に位置する方向に顔を向ける。一方、こうした状態で超音波診断装置１１を使用することで、術者Ｏｐは、ほとんど視線を移動させずに、手元６２と超音波画像（ウィンドウ６１）をほぼ同時に観察することができる。なお、ウィンドウ６１の表示位置やサイズは前述のように操作部１８からの入力によって予め定められる。
【００３９】
図６に示すように、ＨＭＤ１３が視野５７に表示するウィンドウ６１は、例えば、タイトルバー６３と、このタイトルバー６３の下方に設けられた画像表示エリア６４とからなる。
【００４０】
タイトルバー６３は、術者ＯｐのＩＤや、被検者Ｐａの氏名、観察部位等が表示される。また、タイトルバー６３は、ウィンドウ６１の表示位置の変更に用いられる。ＨＭＤ１３からの視線入力によってウィンドウ６１の表示位置を変更する場合、まず、術者Ｏｐがタイトルバー６３のほぼ同じ箇所を注視する。これを視線検出部４６が検知すると、表示制御部４３は、タイトルバー６３の色を反転させるとともに、術者Ｏｐの視線の移動に追従させてウィンドウ６１の表示位置を移動させる。そして、術者Ｏｐが再びタイトルバー６３を注視すると、表示制御部４３は、タイトルバー６３の色をもとの色に戻して、ウィンドウ６１の表示位置を固定する。
【００４１】
画像表示エリア６４の中央から左側にかけて、超音波画像６６が表示される。なお、ここでは画像表示エリア６４に２Ｄ超音波画像（後述するＣ画像）が表示される例を示しているが、こうして画像表示エリア６４に表示される超音波画像６６は、超音波画像生成部４２が生成した各種超音波画像がリアルタイムに更新される。このため、超音波画像生成部４２が、後述するＣ画像，Ｓ画像，Ａ画像等の２Ｄ超音波画像を生成した場合には、これらが画像表示エリア６４に表示される。また、超音波画像生成部４２が、３Ｄ超音波画像を生成した場合には、画像表示エリア６４には３Ｄ超音波画像が表示される。また、超音波画像６６の左辺には、被検者Ｐａ内の深さを示すスケールが表示される。さらに、超音波画像６６の右側には、日付や時刻、超音波診断装置１１の設定の状態、送信する超音波の周波数やパワーや表示されている２Ｄ超音波画像の走査エリアに対する断面方向等の各種情報６８が表示される。
【００４２】
また、図７に示すように、超音波診断装置１１は、２Ｄ超音波画像を生成，表示する場合、超音波プローブ１２を基準として方向が予め定められた３種類の２Ｄ超音波画像（Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３）のうちいずれかを選択的に生成，表示する。図７（Ａ）に示すように，Ｃ画像７１は、立体的な走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の短手方向（ｙ方向）に垂直なコロナル（Coronal）面７６（以下、Ｃ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ｃ面７６は、走査エリア７４のｙ方向中央を通る面であり、前述の穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７はこのＣ面７６に沿って刺入される。したがって、Ｃ画像７１には、穿刺針３７の陰影が線状に現れる。このＣ画像７１は、２Ｄ超音波プローブを用いて超音波画像を生成，表示する場合の超音波画像に対応する。
【００４３】
図７（Ｂ）に示すように、Ｓ画像７２は、走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の長手方向（ｘ方向）に垂直なサジタル（Sagittal）面７７（以下、Ｓ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ｓ面７７は、走査エリア７４のｘ方向中央を通る。このため、穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７がこのＳ面７７に到達すると、Ｓ画像７２には穿刺針３７の陰影がほぼ点状に現れる。さらに、図７（Ｃ）に示すように、Ａ画像７３は、走査エリア７４の中でも、超音波トランスデューサアレイ３２の長手方向（ｘ方向）及び短手方向（ｙ方向）に平行なＡ（Axial）面７８（以下、Ａ面という）に沿った２Ｄ超音波画像である。また、Ａ面７８は、走査エリア７４の中でも被検体Ｐａの深さ方向（ｚ方向）中央を通る面であり、穿刺針アダプタ３６を用いて穿刺針３７を刺入する場合、穿刺針３７がＡ面７８に到達すると、Ａ画像７３には穿刺針３７の陰影がほぼ点状に現れる。
【００４４】
なお、コロナル（Coronal）面，サジタル（Sagittal）面，アキシャル（Axial）面という語は、医療分野では通常、人体（被検体Ｐａ）を基準として定められるが、本明細書中ではこれらの用語を、上述のように超音波プローブ１２を基準として定める。
【００４５】
同様に、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、例えば走査エリア７４のほぼ中央に腫瘍７９がある場合、Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３にはそれぞれ腫瘍７９が映し出されるが、これらの各２Ｄ超音波画像７１〜７３には同じ腫瘍７９の異なる断面の像が映し出される。このため、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を用いたヘッドトラッキング制御により、これらの３種類の２Ｄ超音波画像７１〜７３を適宜切り替えてＨＭＤ１３に表示させながら、穿刺針３７の刺入経路や腫瘍７９に対する刺入位置等を確認しながら穿刺を行う。
【００４６】
上述の超音波診断装置１１は、以下のように動作する。まず、超音波診断装置１１を用いて超音波画像６６を観察しながら診断や穿刺等の施術を行う場合、術者Ｏｐは超音波プローブ１２を本体１４に接続する。このとき、ＨＭＤ１３は本体１４に接続しないでおくか、ＨＭＤ１３を本体１４に接続しても非動作状態にしておくか、またはヘッドトラッキングの設定をオフに設定しておく。このとき、主制御部５１は、超音波プローブ１２の接続及び可動状態であること、さらにＨＭＤ１３が非動作状態またはヘッドトラッキング制御の設定がオフであることを超音波画像生成部４２に通知するため、超音波画像生成部４２は、超音波プローブ１２で得られた３次元データに基づいて３Ｄ超音波画像を生成する。このため、術者Ｏｐは、超音波プローブ１２を被検体Ｐａの先端部３３を被検部位に当接させ、被検部位が立体的に描出された３Ｄ超音波画像をモニタ１７またはＨＭＤ１３で観察しながら、被検部位内にある腫瘍の位置や個数等を把握する。その後、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を可動状態にし、ヘッドトラッキングの設定をオンにする。また、３Ｄ超音波画像による観察によって把握した腫瘍の位置等に応じて、超音波プローブ１２を当接させる位置を調節するとともに、施術の妨げにならない位置にウィンドウ６１が表示されるように、術者Ｏｐは、手元６２を見ながら自身の姿勢を調節する。そして、術者Ｏｐはこの姿勢を維持したまま、操作部１８を操作して、施術時に基準となる術者Ｏｐの姿勢（以下、基準姿勢という）を設定する。このとき、姿勢計測部４６は、この設定が行われたときにＨＭＤ１３から入力された姿勢信号に基づいて、ＨＭＤ１３（ＨＭＤ１３を装着した術者頭部）の回転方向及び回転角度を計測する基準に設定する。
【００４７】
このように、事前の予備観察を終え、ヘッドトラッキングに関する設定を行うと、超音波プローブ１２及びＨＭＤ１３が可動状態であるため、超音波画像生成部４２は超音波プローブ１２で取得された３次元データに基づいて２Ｄ超音波画像を生成するようになる。このとき、図８（Ａ）に示すように、術者Ｏｐが基準姿勢をとると、超音波画像生成部４２はＣ画像７１を生成する。このため、術者ＯｐはＣ画像７１を観察しながら、例えば穿刺針３７を被験体Ｐａに刺入する。また、術者Ｏｐが頭部を左右（水平）に回転させると、これに応じて姿勢計測部４６は基準姿勢からのＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度を計測する。こうして姿勢計測部４６で計測されたＨＭＤ１３の回転方向が基準姿勢に対して左右いずれかであり、かつ、回転角度が±６０度以上の場合、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＳ画像７２に切り替える。一方、ＨＭＤ１３の回転方向が基準姿勢に対して左右いずれかであっても、回転角度が６０度未満の場合には、超音波画像生成部４２はＣ画像７１の生成を継続する。このため、穿刺針３７の刺入経路等を確認するためにＳ画像７２を観察する必要がある場合、術者Ｏｐは、自身の頭部を左右いずれかに±６０度以上回転させることで、Ｓ画像７２を観察する。
【００４８】
一方、上述のように左右いずれかに向いてＳ画像７２を観察した後、頭部を左右に回転し、姿勢を基準姿勢に近づけると、その回転角度に応じて超音波画像生成部４２は、Ｓ画像７２またはＣ画像７１を生成する。まず、基準姿勢からの回転角度が、±４０度以上の場合、超音波画像生成部４２は、Ｓ画像７２を生成する。また、基準姿勢からの回転角度が、±４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＳ画像７２からＣ画像７１に切り替える。したがって、前述のようにＣ画像７１からＳ画像７２に表示を切り替えるときには、基準姿勢からＨＭＤ１３を±６０度以上左右に回転させる必要があるが、ちょうどＳ画像７２に切り替わる角度（±６０度）から術者頭部が１５度〜２０度程度ぶれても、Ｓ画像７２の表示が継続される。また、基準姿勢からの角度が±４０度未満になると、超音波画像生成部４２は生成する２Ｄ超音波画像をＳ画像７２からＣ画像７１に切り替える。このため、ＨＭＤ１３に表示される２Ｄ超音波画像が、Ｃ画像７１からＳ画像７２に表示が切り替わるときに、術者Ｏｐの頭部がわずかにぶれた場合でも、Ｃ画像７１とＳ画像７２で頻繁に表示が切り替わったりせずに、術者Ｏｐが求める２Ｄ超音波画像を安定して表示させることができる。
【００４９】
また、上述のようにＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが頭部を左右に回転させることにより、ＨＭＤ１３に表示する２Ｄ超音波画像がＣ画像７１とＳ画像７２とで相互に切り替わるが、図９に示すように、術者Ｏｐが頭部を上下に回転させた場合や術者Ｏｐが身を乗り出した場合、ＨＭＤ１３に表示される２Ｄ超音波画像は、Ｃ画像７１とＡ画像７３とで相互に切り替わる。図９（Ａ）に示すように術者Ｏｐが基準姿勢で手元６２を観察している場合には前述と同様、ＨＭＤ１３にはＣ画像７１が表示される。この状態から、図９（Ｂ）に示すように、術者Ｏｐが頭部を鉛直下方向に回転させると、この回転角度が基準姿勢に対して６０度以上の場合に、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える。一方、このようにＡ画像７３を表示させた後、術者Ｏｐが頭部を鉛直上向きに回転させ、この回転角度が基準姿勢に対して４０度以上の場合には、超音波画像生成部４２はＡ画像７３の生成を継続する。また、術者Ｏｐが頭部を鉛直上向きに回転させ、その回転角度が基準姿勢に対して４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＡ画像７３からＣ画像７１に切り替える。したがって、ＨＭＤ１３に表示させるＣ画像７１からＡ画像７３に切り替えるときには、基準姿勢からＨＭＤ１３を６０度以上鉛直下向きに回転させる必要があるが、ちょうどＡ画像７３に切り替わる角度（±６０度）から術者頭部が１５度〜２０度程度ぶれても、Ａ画像７３の表示が継続される。
【００５０】
また、図９（Ｃ）に示すように、術者Ｏｐが身を乗り出し、手元６２を視野５７に入れながらも頭部を鉛直下向きに回転させた場合、その回転角度が６０度以上であれば、超音波画像生成部４２は生成する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える。また、こうして身を乗り出した姿勢から、再び元の基準姿勢に近づく方向に移動し、手元６２を視野５７に入れながら頭部が鉛直上向きに回転した場合、その回転角度が４０度未満になると、超音波画像生成部４２は、生成する２Ｄ超音波画像をＡ画像７３からＣ画像７１に切り替える。なお、図８及び図９で説明した切り替え以外の回転や移動がＨＭＤ１３に生じた場合には、超音波がそう生成部４２は、直前に生成していた２Ｄ超音波画像と同じものを生成し続ける。
【００５１】
上述のように、超音波診断装置１１は、３Ｄ超音波プローブ（超音波プローブ１２）を用いて３次元データを取得するとともに、必要に応じてこの３次元データを取得した走査エリア７４の複数の断面について選択的に２Ｄ超音波画像を生成し、表示する。また、こうした２Ｄ超音波画像を生成，表示するか否かは、ＨＭＤ１３の接続状態や動作状態，ヘッドトラッキングに関する設定等によって必要に応じて切り替え可能となっている。このため、３Ｄ超音波画像による観察が適切な施術前の広範囲な事前観察や、２Ｄ超音波画像による精査が求められる施術中等のワークフローで、各々に適した超音波画像を生成，表示させることができる。
【００５２】
さらに、超音波診断装置１１は、２Ｄ超音波画像を生成，表示するときに、この２Ｄ超音波画像の生成及び表示切り替えを、ＨＭＤ１３（を装着した術者Ｏｐの頭部）の回転方向及び回転角度に応じて切り替える。このため、術者Ｏｐは、ＨＭＤ１３を装着した状態で頭部を回転させるだけで、走査エリア７４の所望の断面についての２Ｄ超音波画像を容易に観察することができ、超音波プローブ１２と処置具によって両手がふさがった状態でも容易に所望の２Ｄ超音波画像を観察することができる。
【００５３】
また、超音波診断装置１１は、表示する２Ｄ超音波画像を、Ｃ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３の３種類の２Ｄ超音波画像から選択する。このため、表示する２Ｄ超音波画像を視線に追従させて滑らかに切り替える場合と比較すると、少なくとも術者Ｏｐが一定の範囲内の姿勢であれば、必ずしもその姿勢を固定する必要がないため、穿刺等の施術を行う際に、超音波プローブ１２や術者Ｏｐ（ＨＭＤ１３）の姿勢が多少ぶれたとしても、穿刺針３７等の処置具を見失い難い。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、基準姿勢でＣ画像７１を表示し、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐが頭部を左右（水平）に回転させた場合に、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１とＳ画像７２とで切り替え、術者Ｏｐが頭部を上下（鉛直）に回転させた場合に、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１とＡ画像７３とで切り替える例を説明したが、以下では、ＨＭＤ１３の水平回転と鉛直回転を組み合わせた場合の表示例を説明する。
【００５５】
例えば、基準姿勢から遠ざかる方向にＨＭＤ１３の姿勢を変化させる往路回転の場合、図１０（Ａ）に示すように、領域Ｉは水平（左右）方向の回転角度が±６０度未満、かつ、鉛直（上下）方向の回転角度が６０度未満の領域であり、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域Ｉ内にあるときにはＣ画像７１が表示される。また、領域ＩＩ＋及び領域ＩＩ−は、水平方向の回転角度が±６０度以上、かつ、鉛直方向の回転角度が６０度以上の領域であり、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＩ＋及び領域ＩＩ−内にあるときにはＳ画像７２が表示される。同様に、領域ＩＩＩは、水平方向の回転角度が±６０度未満、かつ、鉛直方向の回転角度が６０度以上の領域であり、前述の通り、ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＩＩ内にある時にはＡ画像７３が表示される。したがって、ＨＭＤ１３の姿勢がこれらの領域Ｉ，領域ＩＩ±，領域ＩＩＩ内にある時の動作は、上述の実施形態と同様である。一方、領域ＩＶ±は、水平方向の回転角が±６０度以上、かつ、鉛直方向の回転角が６０度以上の領域である。ＨＭＤ１３の姿勢がこの領域ＩＶ±内にある場合、上述の実施形態の例では直前に表示していた２Ｄ超音波画像を継続して表示するが、図１０（Ａ）に示す通り、ＨＭＤ１３の姿勢が領域ＩＩ±からこの領域ＩＶ±に変化したときにはＡ画像７３を表示し、ＨＭＤ１３の姿勢が領域ＩＩＩからこの領域ＩＶ±に変化したときにはＳ画像７２を表示するようにしても良い。例えば、領域ＩＩ±から領域ＩＶ±にＨＭＤ１３の姿勢を変化させた場合、術者ＯｐはＳ画像７２を観察している状態から、頭部を下げ、あるいは身を乗り出し、手元６２を覗き込もうとしているので、上述の実施形態のようにＳ画像７２の表示を継続するよりも、図１０（Ａ）のように、Ａ画像７３を表示する方がより感覚的にマッチした２Ｄ超音波画像を表示させることができる。こうしたことは、ＨＭＤ１３の姿勢を領域ＩＩＩから領域ＩＶ±に変化させた場合も同様である。
【００５６】
また、図１０（Ｂ）に示すように、基準姿勢に近づく方向にＨＭＤ１３の姿勢を変化させる復路回転の場合、各領域Ｉ’，ＩＩ’±，ＩＩＩ’，ＩＶ’±は、各領域の水平方向における回転角度の境界が±４０度、鉛直方向における回転角度の境界が４０度となっている以外は、前述と同様である。また、図１０（Ｂ）に示す通り、前述とは逆に、ＨＭＤ１３の姿勢を、領域ＩＶ’±から領域ＩＩＩ’または領域ＩＩ’±内の姿勢に変化させたときには、各領域で定められた２Ｄ超音波画像を表示する。
【００５７】
さらに、ここでは往路での領域ＩＶ±、及び復路での領域ＩＶ’±で表示する２Ｄ超音波画像として、Ｓ画像７２及びＡ画像７３を用いる例を説明したが、こうして往路の領域ＩＶ±、及び復路の領域ＩＶ’±で表示する２Ｄ超音波画像は、必ずしもＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３から選択しなくても良い。例えば、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＨＭＤ１３の姿勢が往路の領域ＩＶ±及び復路の領域ＩＶ’±内の姿勢となったときには、走査エリア７４の対角方向に対応した対角画像８１ａ，８１ｂを超音波画像生成部４２で生成し、これをＨＭＤ１３に表示しても良い。特に、前述（図１０）のように、領域ＩＶ±及び復路の領域ＩＶ’±で表示する対角画像は、より術者Ｏｐの感覚に合致するように、どの領域から変化してきたかを考慮して、前述の図１０のように対角画像８１ａ，８１ｂを組み合わせて用いても良い。こうして、対角画像８１ａ，８１ｂを生成，表示することで、術者Ｏｐはより感覚的に所望の２Ｄ超音波画像を観察することができる。
【００５８】
なお、上述の実施形態では、鉛直下向きを正として、ＨＭＤ１３を基準姿勢よりも下向きに回転させたときに、表示する２Ｄ超音波画像をＣ画像７１からＡ画像７３に切り替える例を説明したが、これに限らず、基準姿勢よりも上向きにＨＭＤ１３の姿勢を回転させたときにも、上述の実施形態等と対称になるような境界条件で、Ｃ画像７１とＡ画像７３とで表示を切り替えるようにしても良い。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３に表示する超音波画像６６は超音波画像生成部４２によって生成された２Ｄ超音波画像を表示する例を説明したが、こうしてＨＭＤ１３に表示する超音波画像６６には、施術等に必要な情報を重畳したものであることが好ましい。例えば、穿刺針アダプタ３６を用いることによって、被検体Ｐａに対する穿刺針３７の刺入位置及び刺入角度は定まるので、例えば、図１２に示すように、超音波画像６６（Ｃ画像７１）内に重畳して、穿刺針３７の刺入方向を示すバイオプシーガイド８２を表示することが好ましい。また、バイオプシーガイド８２は、少なくともＣ画像７１に表示することが好ましい。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、穿刺等の施術時にＨＭＤ１３に２Ｄ超音波画像を表示する例を説明したが、これに限らず、図１３に示すように、３Ｄ超音波画像８３を表示しても良い。このように、２Ｄ超音波画像を表示するか、３Ｄ超音波画像８３を表示するかの選択は、施術の種類や術者Ｏｐの好みに応じて適宜設定変更できるようにしておくことが好ましい。また、３Ｄ超音波画像８３をＨＭＤ１３に表示する場合、上述の実施形態と同様に、ＨＭＤ１３を装着した術者Ｏｐの姿勢に応じて、３Ｄ超音波画像８３を表示する向きを変更することが好ましい。さらに、このような、ＨＭＤ１３の姿勢に応じた３Ｄ超音波画像８３を表示する向きの調節が不要な場合には、ヘッドトラッキング機能をオフに設定できるようにしておくことが好ましい。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２が超音波トランスデューサを長方形状に配列したものであり、走査エリア７４が直方体状である例を説明したが、これに限らず、超音波トランスデューサが２次元に配列されていれば超音波トランスデューサ１２として用いることができる。但し、超音波トランスデューサアレイ３２が超音波トランスデューサを正方形状に平面に配列したものである場合、走査エリア７４に対してＣ面７６とＳ面７７の区別は、上述の実施形態のように超音波トランスデューサアレイ３２の方向性だけでは定められないので、超音波プローブ１２の外形等に応じて予め定めておくことが好ましい。また、上述の実施形態では、超音波トランスデューサアレイ３２は超音波トランスデューサを平面に配列した例を説明したが、２Ｄ超音波プローブでいうコンベックス型のように、超音波トランスデューサを配列する平面は湾曲していても良い。
【００６２】
なお、上述の実施形態では、設定した姿勢を基準として、ＨＭＤ１３の姿勢が水平方向の回転角度±６０度未満及び鉛直方向の回転角度６０度未満でＣ画像７１を表示し、水平方向の回転角度±６０度以上でＳ画像７２に表示を切り替え、鉛直方向の回転角度６０度以上でＡ画像７３に表示を切り替える例を説明した。また、上述の実施形態では、Ｓ画像７２を表示している状態で、ＨＭＤ１３の水平方向の回転角度が±４０度未満になったときにＣ画像７１に表示を切り替え、Ａ画像７３を表示している状態で、ＨＭＤ１３の鉛直方向の回転角度が４０度未満になったときにＣ画像７１に表示を切り替える例を説明した。しかし、こうした２Ｄ超音波画像の表示切り替えの境界となるＨＭＤ１３の回転角度（姿勢）は、上述の実施形態で説明した例に限らない。例えば、Ｃ画像７１とＳ画像７２との切り替えで水平方向にＨＭＤ１３を切り替える角度が往路で±６０度，復路で±４０度に設定されている例を説明したが、これらの角度は施術の種類や術者Ｏｐの好み等に応じて任意に設定できることが好ましい。Ｃ画像７１とＡ画像７３との切り替えで鉛直方向にＨＭＤ１３を切り替える角度についても同様である。また、例えば、上述の実施形態では、Ｃ画像７１とＳ画像７２との切り替えで水平方向にＨＭＤ１３を回転させる角度（往路±６０度，復路±４０度）と、Ｃ画像７１とＡ画像７３との切り替えで鉛直方向にＨＭＤ１３を回転させる角度（往路６０度，復路４０度）の大きさが共通であるが、施術の種類や術者Ｏｐのこの未踏に応じて、各々独立に、任意の角度に設定できることが好ましい。
【００６３】
さらに、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３の往路回転の場合に±６０度（６０度）、復路回転の場合に±４０度（４０度）でＣ画像７１とＳ画像７２（Ａ画像７３）との切り替え、往路回転と復路回転で表示する２Ｄ超音波画像を切り替える角度が異なる例を説明したが、２Ｄ超音波画像を切り替える角度はこの例に限らず、術者ＯｐがよりＨＭＤ１３の回転動作に対して高感度な２Ｄ超音波画像の表示切り替えを望む場合には、ＨＭＤ１３の往路回転と復路回転で同じ角度（例えば往路，復路とも４５度）で２Ｄ超音波画像の表示を切り替えるようにしても良い。また、ＨＭＤ１３の回転に対する２Ｄ超音波画像の表示切り替え精度は、術者Ｏｐの好み等によって任意に設定できるようにしておくことが好ましい。なお、穿刺等の施術を行う場合、通常はＣ画像７１を観察し、Ｓ画像７２やＡ画像７３を穿刺針３７の刺入経路の確認等のために補助的に用いることが多く、必ずしも２Ｄ超音波画像の頻繁で高感度な切り替えを要しない。こうした場合には、上述の実施形態の例のように、ＨＭＤ１３の往路回転と復路回転とで２Ｄ超音波画像の表示を切り替える角度を異なる角度にし、かつ、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲（水平±６０度，鉛直６０度）を復路でのＣ画像７１の表示角度範囲（水平±４０度，鉛直４０度）よりも大きくしておくことで、過度な表示切り替えによるちらつき等を抑えることが好ましい。また、上述の実施形態では、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲よりも復路のＣ画像７１の表示角度範囲が大きい例を説明したが、逆に、往路でのＣ画像７１の表示角度範囲が復路のＣ画像７１の表示角度範囲を小さくしても良い。この場合、一度Ｓ画像７２やＡ画像７３を表示させると、Ｓ画像７２やＡ画像７３の表示が継続されやすくなり、術者Ｏｐは頭部を大きな角度に向け続けなくてもＳ画像７２やＡ画像７３を観察することができるようになり、Ｓ画像７２やＡ画像７３を観察することが多い施術等を行う場合に、術者Ｏｐの姿勢についての負担を軽減することができる。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、ＨＭＤ１３の回転方向及び回転角度に応じて生成，表示する２Ｄ超音波画像を切り替える例を説明したが、これに限らず、回転方向または回転角度のいずれか一方に応じて生成，表示する２Ｄ超音波画像を切り替えても良い。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、超音波診断装置１１を用いて穿刺を行う場合に、穿刺針アダプタ３６を用いるいわゆるプローブガイド法の例を説明したが、これに限らず、穿刺針アダプタ３６を用いずに、術者Ｏｐの手技のみで穿刺を行ういわゆるフリーハンド法の場合にも超音波診断装置１１を好適に用いることができる。また、上述の実施形態では、主として超音波診断装置１１を穿刺に用いる例を説明したが、麻酔や各種手術等にも超音波診断装置１１を好適に用いることができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、２Ｄ超音波画像としてＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３の３種類のうちいずれかを生成，表示する例を説明したが、これに限らない。例えば、上述の実施形態では、Ｃ画像７１は走査エリア７４の中央を通る断面について２Ｄ超音波画像であるが、こうした超音波画像生成部４２で生成する２Ｄ超音波画像は、必ずしも走査エリア７４の中央を通る断面についてのものでなくても良い。したがって、Ｃ画像７１は走査エリア７４のｙ方向に垂直な断面であれば良く、走査エリア７４のｙ方向に対して任意の位置の断面についての２Ｄ超音波画像を生成するようにしても良い。これは、Ｓ画像７２やＡ画像７３についても同様である。また、例えば、走査エリア７４に対する方向性もＣ画像７１，Ｓ画像７２，Ａ画像７３のうちのいずれかの方向と平行である必要はなく、ＨＭＤ１３の水平回転や鉛直回転に対応して、対角画像８１ａ，８１ｂのように、走査エリア７４に対して任意の角度や向きの断面についての２Ｄ超音波画像を生成するようにしても良い。さらに、こうした２Ｄ超音波画像を生成する走査エリア７４の断面方向は、被検部位に対する超音波プローブ１２の当接させやすさや術者Ｏｐの好み等に応じて任意に設定できるようにしておくことが好ましい。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、実際の視野５７にウィンドウ６１を投影するいわゆる透過型のＨＭＤ１３の例を説明したが、これに限らず、非透過型のＨＭＤも超音波画像診断装置１１に好適に用いることができる。非透過型のＨＭＤを用いる場合、術者Ｏｐの視線の方向に合わせて、術者Ｏｐの視野５７を撮影した画像に、超音波画像６６等を表示したウィンドウ６１を重畳してＨＭＤに表示すれば良い。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 超音波診断装置
１２ 超音波プローブ
１３ ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）
１４ 本体
１６ プロセッサ装置
１７ モニタ
１８ 操作部
２６ メガネ部
２７ ＨＭＤ制御部
２８ 固定バンド
２９，３４ 通信ケーブル
３１ 把持部
３２ 超音波トランスデューサアレイ
３３ 先端部
３６ 穿刺針アダプタ
３７ 穿刺針
４１ 送受信部
４２ 超音波画像生成部
４３ 表示制御部
４４ 穿刺針検出部
４６ 姿勢計測部
４７ システムバス
４８ フレームメモリ
４９ ＤＳＰ
５１ 主制御部
５４ 姿勢センサ
５６ 投影部
５７ 視野
６１ ウィンドウ
６２ 手元
６３ タイトルバー
６４ 画像表示エリア
６６ 超音波画像
７１ Ｃ画像
７２ Ｓ画像
７３ Ａ画像
７４ 走査エリア
７６ コロナル面
７７ サジタル面
７８ アキシャル面
７９ 腫瘍
８１ａ，８１ｂ 対角画像
８２ バイオプシーガイド
８３ ３Ｄ超音波画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受信する超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に前記超音波を走査する超音波プローブと、
前記超音波トランスデューサが前記被検体内からのエコーを受信して出力する受信信号に基づいて、前記被検体の立体的な領域の所定断面について断層画像を生成する断層画像生成手段と、
術者の頭部に装着され、前記術者の頭部の動きに応じた信号を出力する姿勢検知手段と、前記術者の視野に少なくとも前記断層画像を投影する投影手段と、を有するヘッドマウントディスプレイと、
前記姿勢検知手段から出力される信号に基づいて、予め定められた前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢を基準として前記ヘッドマウントディスプレイを装着した前記術者の頭部の回転方向及び回転角度を計測する回転計測手段と、
を備え、
前記断層画像を生成する前記所定断面は予め複数種類に定められ、前記回転計測手段によって計測された前記回転方向及び前記回転角度に応じて前記投影手段に投影される前記断層画像が前記複数種類の前記断層画像のなかで切り替わることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記断層画像を生成する前記所定断面は、少なくとも３種類定められ、前記ヘッドマウントディスプレイが前記基準となる姿勢の場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが水平に回転された場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが鉛直に回転された場合とで、各々異なることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢が前記基準となる姿勢から遠ざかる向きに回転される往路回転と、前記基準となる姿勢に近づく向きに回転される復路回転とで異なることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記往路回転時よりも前記復路回転時で小さいことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が可変であることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
複数種類の前記断層画像のうち、少なくとも１種類の前記断層画像に穿刺針の刺入方向を示すガイドラインが重畳表示されることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記断層画像生成手段は、前記超音波プローブと前記ヘッドマウントディスプレイがともに可動状態の時に前記断層画像を生成することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項１】
超音波を送受信する超音波トランスデューサが２次元に配列され、被検体内の立体的な領域に前記超音波を走査する超音波プローブと、
前記超音波トランスデューサが前記被検体内からのエコーを受信して出力する受信信号に基づいて、前記被検体の立体的な領域の所定断面について断層画像を生成する断層画像生成手段と、
術者の頭部に装着され、前記術者の頭部の動きに応じた信号を出力する姿勢検知手段と、前記術者の視野に少なくとも前記断層画像を投影する投影手段と、を有するヘッドマウントディスプレイと、
前記姿勢検知手段から出力される信号に基づいて、予め定められた前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢を基準として前記ヘッドマウントディスプレイを装着した前記術者の頭部の回転方向及び回転角度を計測する回転計測手段と、
を備え、
前記断層画像を生成する前記所定断面は予め複数種類に定められ、前記回転計測手段によって計測された前記回転方向及び前記回転角度に応じて前記投影手段に投影される前記断層画像が前記複数種類の前記断層画像のなかで切り替わることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記断層画像を生成する前記所定断面は、少なくとも３種類定められ、前記ヘッドマウントディスプレイが前記基準となる姿勢の場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが水平に回転された場合と、前記ヘッドマウントディスプレイが鉛直に回転された場合とで、各々異なることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記ヘッドマウントディスプレイの姿勢が前記基準となる姿勢から遠ざかる向きに回転される往路回転と、前記基準となる姿勢に近づく向きに回転される復路回転とで異なることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が、前記往路回転時よりも前記復路回転時で小さいことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記投影手段に投影される前記断層画像が切り替わる前記回転角度が可変であることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項６】
複数種類の前記断層画像のうち、少なくとも１種類の前記断層画像に穿刺針の刺入方向を示すガイドラインが重畳表示されることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記断層画像生成手段は、前記超音波プローブと前記ヘッドマウントディスプレイがともに可動状態の時に前記断層画像を生成することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の超音波診断装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２０６２８１（Ｐ２０１１−２０６２８１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７１６７（Ｐ２０１０−７７１６７）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]