JP4136089B2

JP4136089B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4136089B2
Application number: JP19925598A
Authority: JP
Inventors: 正弘大野; 啓成児玉; 一郎大舘; 寿朗石村; 知直川島; 澄洋内村; 健川端; 潤長谷川; 秀樹小柳
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP2000023981A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置、更に詳しくは超音波内視鏡の先端位置を検出するための磁場検出データの処理部分に特徴のある超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超音波振動子を有する超音波内視鏡を体腔内に挿入して、上記超音波振動子から超音波を送受波し、そのエコー信号から体内の状態を描画することによって診断を行なう超音波画像診断装置が一般的に使用されている。
【０００３】
このような超音波画像診断装置における超音波内視鏡は、通常、フレキシブルシャフトの先端に超音波振動子を設け、その外周を円筒状のシースで覆うように構成されている。
【０００４】
そして、フレキシブルシャフトを介して超音波振動子を回転させることによって、放射方向に超音波を照射するようにしたラジアルスキャン方式のものや、フレキシブルシャフト及び超音波振動子を挿入軸方向に移動させることで、フレキシブルシャフトの軸方向と直交する方向に超音波を照射するようにしたリニアスキャン方式のもの、上述のラジアルスキャン方式のものとリニアスキャン方式のものを組み合わせたスパイラルスキャン方式（三次元方式）のもの等が種々提案されている。
【０００５】
上記スパイラルスキャン方式のものは、ラジアルスキャンを行ないながら同時にリニアスキャンを行なうようにしたものであるので、連続した複数の超音波断層像を得ることができるようになっている。そして、これによって得られるエコーデータ（画像データ）に対して何らかの処理を施して三次元画像データを得るようにしている。
【０００６】
この種の超音波画像診断装置は、通常、被検部位のエコーデータを連続した複数の二次元画像の超音波断層像として取り込み、この取り込まれたエコーデータから被検部位の三次元画像を構築し表示するようにしている。
【０００７】
ところが、三次元画像を構築する上記超音波画像診断装置においては、一般に、リニアスキャンは、術者の手による超音波内視鏡の挿抜によって行われるため、リニアスキャンにおける先端部の位置が不正確となり、また湾曲した体腔内ではラジアルスキャンの向きが分からないため、正確な三次元画像を構築することができないといった問題がある。
【０００８】
そこで、例えば特開平６−２６１９００号公報においては、先端部にコイルからなる磁気ソースを設け、この磁気ソースからの磁場を外部に設けた磁気センサにて検出し、リニアスキャンおける超音波振動子の軸方向の位置及びラジアルスキャンおけるスキャン面の向きを算出することで、正確な三次元画像を構築することのできる超音波画像診断装置が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平６−２６１９００号公報においては、磁気ソースを挿入部先端に設けているが、一般に挿入部先端には金属部材よりなる硬性部が設けられており、この金属部材よりなる硬性部の近傍に磁気ソースを設けると、金属部材よりなる硬性部の影響で、磁気ソースから発せられる磁界が歪み、正確な位置及び配向が算出できないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波内視鏡を構成する金属部品による磁界の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正確な位置及び配向が算出できる超音波診断装置を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明の超音波診断装置は、磁場を発生する送信コイルと、前記送信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具備し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイルが検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位置情報を算出する位置情報算出手段を備えた超音波診断装置において、
前記超音波内視鏡の先端を空間上の仮想点の所定位置に配置したときの、前記受信コイルが検出した検出信号に基づき、検出信号補正情報を生成する検出補正情報生成手段と、
前記検出信号補正情報を用いて、前記受信コイルが出力する前記検出信号を補正する検出信号補正手段と
を備えて構成される。
【００１２】
本発明の超音波診断装置では、前記補正手段が前記超音波内視鏡を構成する金属部品によって生じる磁場に歪みによる前記受信コイルの検出信号の変化を補正することで、超音波内視鏡を構成する金属部品による磁界の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正確な位置及び配向の算出を可能とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１４】
図１ないし図５は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波内視鏡の先端の構成を示す断面図、図２は図１の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の構成を示す構成図、図３は図２の位置検出装置の構成を示す構成図、図４は図３の補正回路に予め記憶されている重み付け係数を説明する第１の説明図、図５は図３の補正回路に予め記憶されている重み付け係数を説明する第２の説明図である。
【００１５】
（構成）
超音波内視鏡１は、図１に示すように、挿入部２の先端に金属部材よりなる硬性な硬性部３を有し、この硬性部３の先端には一体的に連設されたシース４が設けられている。そして、このシース４には超音波振動子５が挿入部２及び硬性部３を挿通しているフレキシブルシャフト６に回転自在に連結され状態で配置され、シース４の内部には超音波伝達媒体７が充填されている。また、硬性部３には例えば直交する２つの軸方向に磁場を発生する磁気ソース８が内蔵されている。
【００１６】
本実施の形態の超音波診断装置１１は、図２に示すように、上記超音波内視鏡１と、この超音波内視鏡１の超音波振動子５及びフレキシブルシャフト６を駆動すると共に超音波振動子５からのエコーデータにより３次元の超音波画像を形成しモニタ１２に３次元超音波画像を表示させる超音波画像形成装置１３と、超音波内視鏡１の挿入部２が体腔内に挿入される患者１４が横になるベッド１５に設けられた超音波内視鏡１の硬性部３の磁気ソース８が発生した磁場を検出する複数例えば１６個のコイルからなる磁気センサ１６と、磁気ソース８に電流を供給し磁場を発生させると共に磁気センサ１６からの磁場検出信号を入力し磁気ソース８の位置と向きを算出する位置検出装置１９と、各装置を制御し位置検出装置１９により得られた磁気ソース８の位置と配向に基づいた３次元超音波画像を超音波画像形成装置１３に形成させるパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと記す）２０とを備えて構成される。
【００１７】
図３に示すように、磁気ソース８が発生した磁場は、金属部材よりなる硬性部３により歪む。そこで、位置検出装置１９は、この歪んだ磁場による磁気センサ１６からの磁場検出信号を予め記憶している重み付け係数により補正する補正回路２１と、補正回路２１により補正された磁場検出信号に基づき磁気ソース８の位置と配向を算出する位置算出回路２２と、磁気ソース８に電流を供給する電流発生器２３とを備えて構成される。
【００１８】
次に、補正回路２１に予め記憶されている重み付け係数について説明する。超音波診断装置１１は、例えば工場出荷前に、図４に示すような非磁性材料で作成されたアーム３１と、このアーム３１の基端側を固定しアーム３１を３次元的に移動させるＸＹＺステージ３２とからなるテスト治具３３を用いてテストされ、重み付け係数が決定され、補正回路２１に重み付け係数データが格納される。
【００１９】
詳細には、図５に示すように、ステップＳ１で、まず、アーム３１の先端に磁気ソース８と同様に構成されたテストソース８ａを配置する。なお、このテストソース８ａは、金属部材よりなる硬性部３に組み込まれることなく単体で配置される。そして、このテストソース８ａ及び磁気センサ１６を位置検出装置１９に接続し、テストソース８ａに電流発生器２３より電流を供給することで磁場を発生させる。このとき、アーム３１の先端に取り付けられたテストソース８ａは、ＸＹＺステージ３２により被検体検査対象領域の３次元空間上（ベッド１５上）の仮想的な複数の所定の格子点に順次移動される。なお、この仮想格子点の位置は予め計算されており、ＸＹＺステージ３２により正確にテストソース８ａを仮想格子点に位置させることができるようになっている。
【００２０】
そして、ステップＳ２で各仮想格子点でテストソース８ａから発生した磁場を磁気センサ１６の各コイルで各電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出され位置検出装置１９に入力され、ステップＳ３で補正回路２１を介して位置算出回路２２でテストソース８ａの位置と配向が推定され、各仮想格子点における推定された位置データ及び配向データ全てを各仮想格子点に対応させて基準データとして、全ての仮想格子点毎にパソコン２０が内部メモリに格納する。なお、補正回路２１では重み付け係数値として初期値である「１」を電圧信号Ｖ_iに乗算しているために、このときは電圧信号Ｖ_iがそのまま位置算出回路２２に出力される。
【００２１】
次に、ステップＳ４でテストソース８ａをアーム３１より取り外し、超音波内視鏡１の挿入部２をアーム３１内に挿通し、テストソース８ａが配置されていた位置に超音波内視鏡１の先端部（すなわち、硬性部３）を位置させる。そして、テストソース８ａに変えて硬性部３に配置させている磁気ソース８を位置検出装置１９に接続し、磁気ソース８に電流発生器２３より電流を供給することで磁場を発生させる。このときも磁気ソース８は、アーム３１及びＸＹＺステージ３２により空間上（ベッド１５上）の複数の仮想格子点に順次移動される。
【００２２】
そして、ステップＳ５で各仮想格子点で磁気ソース８から発生した磁場を磁気センサ１６の各コイルで各電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出され位置検出装置１９に入力され、ステップＳ６で補正回路２１において各仮想格子点での電圧信号Ｖ_iが記憶され、重み付け係数ω_iを電圧信号Ｖ_iに乗算し、ステップＳ７で位置算出回路２２でω_i×Ｖ_iにより磁気ソース８の位置と配向が推定される。なお、このときは補正回路２１では重み付け係数ω_iとして初期値である「１」を電圧信号Ｖ_iに乗算しているために、電圧信号Ｖ_iがそのまま位置算出回路２２に出力される。
【００２３】
続いて、ステップＳ８で、パソコン２０で各仮想格子点における推定された位置データ及び配向データを測定データとし、この測定データと内部メモリに格納してある各仮想格子点に対応した基準データとを比較し、各仮想格子点におけるすべての測定データと基準データとの差が所定の誤差δ未満かどうか判断し、誤差δ以上ならば、ステップＳ９で可変させた重み付け係数ωｉを補正回路２１に出力し、ステップＳ６に戻る。
【００２４】
そして、再びステップＳ６において、補正回路２１でこの可変させた重み付け係数ω_iを電圧信号Ｖ_iに乗算し位置算出回路２２に出力し、ステップＳ７で位置算出回路２２で再度ω_i×Ｖ_iにより磁気ソース８の位置と配向が推定される。そして、ステップＳ８で再び補正された測定データと内部メモリに格納してある各仮想格子点に対応した基準データとを比較し、各仮想格子点における差が所定の誤差δ未満かどうか判断する。このようにステップＳ６〜Ｓ９を繰り返すことで重み付け係数ω_iを可変して、ステップＳ１０で磁気ソース８での磁場の検出信号である電圧信号Ｖ_iにより基準データ（誤差δを含む）を算出するための、磁気センサ１６の各電圧信号Ｖ_iに対する各重み付け係数ω_iが決定される。電圧信号Ｖ_iに対応させてパソコン２０が内部メモリに各重み付け係数ω_iを格納する。
【００２５】
このように決定された重み付け係数ω_iが、磁気ソース８での磁場での磁気センサ１６のテーブルデータとして補正回路２１に記憶されている。
【００２６】
（作用）
このように構成された本実施の形態の作用について説明する。ベッド１５に横になっている患者１４の体腔内に超音波内視鏡１の挿入部２を挿入し、パソコン１０の制御の基に、超音波画像形成装置１３により超音波内視鏡１の先端に設けられた超音波振動子５及びフレキシブルシャフト６を駆動しラジアルスキャンすると共に超音波内視鏡１の挿入部２を挿抜しリニアスキャンすることでスパイラルスキャンにより３次元超音波画像を形成する。
【００２７】
このとき、位置検出装置１９は、電流発生器２３より超音波内視鏡１の金属部材よりなる硬性部３に設けられた磁気ソース８に電流を供給し磁気ソース８により磁場を発生させる。そして、この磁場をベッド１５の所定の位置に配置されている磁気センサ１６の１６個のコイルにより電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として位置検出装置１９の補正回路２１に入力される。
【００２８】
補正回路２１では、金属部材よりなる硬性部３の磁場への影響を補正するため、検出された電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）に対して、予め格納されている重み付け係数ωｉを乗算しω_i×Ｖ_iを位置算出回路２２に出力し、位置算出回路２２はこのω_i×Ｖ_iにより超音波内視鏡１の先端の位置データ及び配向データを算出する。
【００２９】
そして、パソコン２０は、この算出された超音波内視鏡１の先端の位置データ及び配向データに基づいた３次元超音波画像を形成するように超音波画像形成装置１３を制御しこれにより、超音波画像形成装置１３は、正確な３次元超音波画像をモニタ１２に表示する。
【００３０】
（効果）
このように本実施の形態では、金属部材よりなる硬性部３に配置された磁気ソース８から発せられた磁場を、磁気センサ１６の各コイルで電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）として検出し、この電圧信号Ｖ_i（ｉ＝１〜１６）に補正回路２１で予め算出されている重み付け係数ω_iを乗算し補正し、位置算出回路２２でこの補正された電圧信号ω_i×Ｖ_iにより、超音波内視鏡１の先端の位置データ及び配向データを算出するので、被検体検査対象領域の３次元空間内において、磁気ソース８から発せられる磁場を歪ませる、磁気ソース８が配置された金属部材よりなる硬性部３の影響を除去することができ、これにより超音波画像形成装置１３は正確な３次元超音波画像をモニタ１２に表示することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では超音波内視鏡１の先端に磁場を発生する磁気ソースを設け、それを磁気センサで検出するとしたが、超音波内視鏡１の先端に磁気センサを設け、外部から磁場を発生させる場合においても本実施の形態が適用できることはいうまでもない。
【００３２】
［付記１］
（付記項１−１）磁場を発生する送信コイルと、前記送信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具備し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイルが検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位置を算出する位置算出手段を備えた超音波診断装置において、
前記超音波内視鏡を構成する金属部品によって生じる磁場に歪みによる前記受信コイルの検出信号の変化を補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする超音波診断装置。
【００３３】
（付記項１−２）前記補正手段は、前記受信コイルの検出信号に重み係数を乗算することにより補正する
ことを特徴とする付記項１−１に記載の超音波診断装置。
【００３４】
ところで、例えば特開平６−２６１９００号公報やＷＯ９６／０５７６８では、超音波内視鏡等の先端に直交する３軸に沿った３つのコイルにより磁気ソースを形成し、この磁気ソースからの磁場を検出することで、超音波内視鏡の先端の位置を算出し３次元超音波画像を得ているが、この磁気ソースの各コイルを直交する軸に正確に位置させることは難しく、各コイルに軸ずれがあると、超音波内視鏡の先端の位置を正確に算出することができず、３次元画像が歪むという問題がある。
【００３５】
そこで、次に各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる超音波診断装置について説明する。
【００３６】
図６ないし図８は各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形態に係わり、図６は超音波内視鏡の先端の構成を示す断面図、図７は図６の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の構成を示す構成図、図８は図７の磁気センサの構成を示す構成図、図９は図７のＲＯＭの格納されている補正データを説明する説明図である。
【００３７】
（構成）
超音波内視鏡１０１は、図６に示すように、挿入部１０２の先端に硬性な硬性部１０３を有し、この硬性部１０３の先端には一体的に連設されたシース１０４が設けられている。そして、このシース１０４には超音波振動子１０５が挿入部１０２及び硬性部１０３を挿通しているフレキシブルシャフト１０６に回転自在に連結され状態で配置され、シース１０４の内部には超音波伝達媒体７１０が充填されている。また、硬性部１０３には直交する２つの軸に沿って配置された磁場を発生する２つの送信コイル１０８ａ、１０８ｂからなる磁気ソース１０８が内蔵されている。
【００３８】
本実施の形態の超音波診断装置１１１は、図７に示すように、上記超音波内視鏡１０１と、この超音波内視鏡１０１の超音波振動子５及びフレキシブルシャフト６を駆動すると共に超音波振動子５からのエコーデータにより３次元の超音波画像を形成しモニタ１１２に３次元超音波画像を表示させる超音波画像処理装置１１３と、超音波内視鏡１０１の磁気ソース１０８が発生した磁場を検出する複数例えば直交する３軸に沿って設けられた３つの受信コイル１１４ａ、１１４ｂ，１１４ｃからなる磁気センサ１１５（図８参照）と、超音波画像処理装置１１３の制御により磁気ソース１０８に電流を供給し磁場を発生させる電流発生器１１６と、磁気センサ１１５からの磁場検出信号を入力し磁気ソース１０８の位置を算出する位置検出装置１１７と、位置検出装置１１７が算出した位置データをＲＯＭ１１８に予め格納されている補正データにより補正し超音波画像処理装置１１３に出力する補正装置１１９とを備えて構成され、超音波画像処理装置１１３は、補正装置１１９からの補正された位置データに基づき超音波振動子５からのエコーデータにより３次元の超音波画像を形成しモニタ１１２に３次元超音波画像を表示させる。
【００３９】
次に、ＲＯＭ１１８の格納されている補正データについて説明する。図９は実際の空間上に設けらた仮想的な１００³の格子点を有する立方体である。例えば、ここで格子間隔は１ｍｍとする。工場出荷時に磁気センサ１１５を所定の位置に固定し、磁気ソース１０８の中心を順次、この格子点の各々の位置に配置する。このとき、磁気ソース１０８の中心をなるべく正確に格子点に配置する必要があるが、例えばレーザ測距計を用いたり、磁場を乱さない材質からなるステージ等の測定器を用いることで、磁気ソース１０８の中心を正確に格子点に配置している。
【００４０】
そして、磁気ソース１０８の中心が格子点ｉ（ｉ＝１〜１００³）に位置され、この格子点の座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を上記の測定器により正確に測定すると共に、電流発生器１１６より磁気ソース１０８に電流を供給し磁場を発生させ、この磁場を磁気センサ１１５が検出し、この検出信号により位置検出装置１１７が位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を算出する。
【００４１】
このようにして、測定器により正確に測定された座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に対応した位置検出装置１１７が算出した位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）が得られ、ＲＯＭ１１８には全ての格子点での座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）と位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）との対応が、表１に示すようなテーブル形式の補正データが格納される。
【００４２】
【表１】

（作用）
次に、このように構成された本実施の形態の作用について説明する。
【００４３】
体腔内に超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を挿入し、超音波画像処理装置１１３により超音波内視鏡１０１の先端に設けられた超音波振動１０子５及びフレキシブルシャフト１０６を駆動しラジアルスキャンすると共に超音波内視鏡１０１の挿入部１０２を挿抜しリニアスキャンすることでスパイラルスキャンにより３次元超音波画像を形成する。
【００４４】
このとき、電流発生器１１６より超音波内視鏡１０１の磁気ソース１０８に電流を供給し磁気ソース１０８により磁場を発生させる。そして、この磁場を所定の位置に配置されている磁気センサ１１５により磁場の強度を検出し、位置検出装置１１７において検出した磁場の強度から、磁気ソース１０８及び磁気センサ１１５の各コイルが軸ずれすることなく正確に直交しているものとして、理論的な位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を算出し補正装置１１９にこの位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を出力する。
【００４５】
補正装置１１９では、ＲＯＭ１１８に格納されているテーブル形式の補正データ（表１参照）を読み込み、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）が、テーブル形式の補正データ中のどの位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に最も近いか判断し、最も近い位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に対応する座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を、順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を補正した位置データｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）として超音波画像処理装置１１３に出力し、超音波画像形成装置１１３は、正確な３次元超音波画像をモニタ１１２に表示する。
【００４６】
このとき、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）がテーブル形式の補正データ中のどの位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に最も近いかの判断は、以下の式（１）により行う。
【００４７】
【数１】

（効果）
このように本実施の形態では、磁気ソース１０８から発せられた磁場を磁気センサ１１５で検出し、位置検出装置１１７が算出した位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を補正装置１１９で補正データにより座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に変換して、補正した正確な位置データｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）として超音波画像処理装置１１３に出力するので、たとえ磁気ソース１０８あるいは磁気センサ１１５の各コイルが軸ずれしていても、正確な正確な位置データｒ’（ｒ’＝Ｒ_i）が超音波画像処理装置１１３に出力されるので、正確な３次元超音波画像をモニタ１１２に表示することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では超音波内視鏡１０１の先端に磁場を発生する磁気ソースを設け、それを磁気センサで検出するとしたが、超音波内視鏡１０１の先端に磁気センサを設け、外部から磁場を発生させる場合においても本実施の形態が適用できることはいうまでもない。
【００４９】
図１０及び図１１は各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第２の実施の形態に係わり、図１０は補正装置における線形内挿による推定式を説明する第１の説明図、図１１は図１０により説明した推定式の第２の説明図である。
【００５０】
（構成）
本実施の形態は、図６ないし図９で説明した各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形態の構成と同じであり、補正装置１１９における補正動作が異なるのみであるので、異なる点のみ説明する。
【００５１】
（作用）
図６ないし図９で説明した実施の形態では、位置検出装置１１７が算出した位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を補正装置１１９で補正データにより座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）に変換して、補正した正確な位置データｒ’（ｒ’＝Ｒｉ）としていたが、本実施の形態では、複数の格子点での位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を基に、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の正確な座標データＲ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を推定し、この座標データＲ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を超音波画像処理装置１１３に出力するものである。
【００５２】
詳細には、まず、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して、ＲＯＭ１１８に格納されているテーブル形式の補正データ（表１参照）の中の位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）のうち最も近い順から４つの格子点の位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を抽出する。なお、近いか否かの判断は、式（１）により行う。
【００５３】
次に、抽出した４つの格子点の番号を位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に近い順から、ｉ＝０、１、２、３と付け直す。
【００５４】
そして、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）と、抽出された４つの格子点の位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）（ｉ＝０、１、２、３）及びこの４つの正確な座標データ座標データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）（ｉ＝０、１、２、３）とから、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の正確な座標データＲ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を推定する。
【００５５】
具体的には、この座標データＲ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を以下の式（２）ないし式（５）による線形内挿により推定する。
【００５６】
【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

なお、式（５）でのベクトルｒ、ｒ₀、ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃は、３行１列の列ベクトルとして扱う。従って、［ｒ₁−ｒ₀ ｒ₂−ｒ₀ ｒ₃−ｒ₀］は３行３列の行列である。
【００５７】
そして、得られた座標データＲ’（Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’）を、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する補正された正確な位置データとして超音波画像処理装置１１３に出力する。
【００５８】
一般に、ｎ次元空間Ｖで定義された連続関数ｆ上の値ｆ（ｒ）を、ｆ上の複数の既知データｆ（ｒ₀）、ｆ（ｒ₁）、ｆ（ｒ₂）、ｆ（ｒ₃）、……から線形内挿して推定する際には、ｎ＋１個のデータｆ（ｒ_i）（ｉ＝０〜ｎ）があれば推定することができる。このとき、推定値をｆ’（ｒ）として、以下の式（６）及び式（７）のように書くことができ、本実施の形態での式（２）ないし（５）はこの式（６）及び式（７）を応用したものである。
【００５９】
【数６】

【数７】

式（６）及び式（７）の導出方法の詳細は省略するが、概略は以下の通りである。簡単のためｎ＝２の場合で説明する。
【００６０】
図１０に２次元空間（従って平面）Ｖ上で定義された連続関数ｆを示す。これは式（６）でのｎ＝２の場合に相当する。ここで、ｆを示す軸を含めた３（ｎ＋１）次元空間を考える。Ｖ上の３点ｒ₀、ｒ₁、ｒ₂は、対応する関数値ｆ（ｒ₀）、ｆ（ｒ₁）、ｆ（ｒ₂）を含め、この３次元空間上では図９に示す点Ｐ₀、Ｐ₁、Ｐ₂と表現することができる。ここで、ｆ（ｒ）を線形内挿により推定するということは、Ｖ上の点ｒに対応する点Ｐが平面Ｐ₀Ｐ₁Ｐ₂上に存在すると仮定して、その推定値ｆ’（ｒ）を求めることである。これを定式化すると、以下の式（８）及び式（９）のようになる。
【００６１】
ｒが平面Ｖ上に存在する：
【数８】

Ｐが平面Ｐ₀Ｐ₁Ｐ₂上に存在する：
【数９】

ｒ₁−ｒ₀、ｒ₂−ｒ₀が１次独立（ｎ＝２の場合、ｒ₀、ｒ₁、ｒ₂が１直線上に存在しない）であるようなデータであることを仮定すると、Ｃ_i＝Ｃ_i’が導かれる。結局、式（８）、式（９）を解いて成分の１つであるｆ’（ｒ）を求めることで、式（６）、式（７）が導かれ、ｆ（ｒ）の推定が可能となる。
【００６２】
次に、式（６）、式（７）を確かめるため、図１１に示すような連続関数が１次元空間（ｘ軸上）で定義されているような場合を考える。ｎ＝１とおけばよいわけであるから、この場合は、以下のように書くことができる。
【００６３】
【数１０】
ｆ’（ｘ）＝ｆ（ｘ₀）＋Ｃ（ｆ（ｘ₁）−ｆ（ｘ₀）） …（１０）
そして、ｎ＝１のときの式（７）を式（１０）に代入してＣを消去すると、
【数１１】

となり、これは一般の連続関数の線形内挿の式となる。
【００６４】
（効果）
このように本実施の形態では、図６ないし図９で説明した各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形態では、格子間隔以下の刻みの補正された位置データを得ることはできなかったが、線形内挿して座標データを推定するようにしたので、格子間隔以下の細かいデータを取得することができる。
【００６５】
また、格子間隔以下の細かいデータを取得することができるため、格子間隔を広げ格子点を少なくすることで、工場出荷時の補正データ作成のための工数を削減できる。あるいは格子全体を大きくし、補正が可能な領域を広げることも容易である。
【００６６】
図１２は各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第３の実施の形態に係る補正装置における格子点抽出方法を説明する説明図である。
【００６７】
（構成）
本実施の形態は、図６ないし図９で説明した各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形態の構成と同じであり、ＲＯＭ１１８に格納されているテーブル形式の補正データと補正装置１１９における補正動作が異なるのみであるので、異なる点のみ説明する。
【００６８】
（作用）
各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１及び第２の実施の形態では、正確な座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を一定の刻みにした表１に示したテーブル形式の補正データをＲＯＭ１１８に格納したが、本実施の形態では、この補正データを、さらに位置検出装置１１７が算出した位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）を一定の刻みとした表２に示されるテーブル形式の第２の補正データを作成し、この第２の補正データをＲＯＭ１１８に格納する。この第２の補正データは、一定の刻みをもった位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）に対する正確な座標データＲ_i（Ｘ_i、Ｙ_i、Ｚ_i）を、各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第２の実施の形態で説明した方法で推定して得ることができる。この演算、作業は工場出荷時等に行う。
【００６９】
【表２】

このようにすることで、図１２に示すように、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を囲むような位置データを持つ位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）近傍の８個の格子点（位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i））を、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の値から瞬時に抽出することができる。このため、上記第２の実施に形態における位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に最も近い順から４点を抽出する動作は、結局この８点から抽出すればよく、動作を簡略化することができる。その他の作用は上記第２の実施に形態と同じである。
【００７０】
（効果）
このように本実施の形態では、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）を囲むような位置データを持つ位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）近傍の８個の格子点（位置データｒ_i（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i））を、位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）の値から瞬時に抽出することができるので、全ての格子点について位置データ間の距離｜ｒ−ｒ_i｜を計算することなく、簡単に位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に最も近い順から４点を抽出することができる。このため、位置検出装置１１７から順次出力される位置データｒ（ｘ、ｙ、ｚ）に対応した正確な座標データＲを推定する演算速度を飛躍的に向上させることができる。
【００７１】
［付記２］
（付記項２−１）磁場を発生する送信コイルと、前記送信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルとを具備し、前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイルが検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位置を算出する位置算出手段を備え、前記送信コイルもしくは前記受信コイルのうち少なくとも一方が軸が直交する複数のコイルからなるコイル群である超音波診断装置において、
前記コイル群の軸ずれに起因する位置ずれを補正する補正手段を備えた
ことを特徴とする超音波診断装置。
【００７２】
（付記項２−２）前記位置ずれを補正する補正データを記録した記録手段を備え、
前記補正手段は、前記補正データに基づいて前記位置ずれを補正する
ことを特徴とする付記項２−１に記載の超音波診断装置。
【００７３】
（付記項２−３）前記補正データが、前記位置算出手段が算出した位置データと、前記位置データとは別に測定された実測値との対応を示すデータである
ことを特徴とする付記項２−２に記載の超音波診断装置。
【００７４】
（付記項２−４）前記補正手段は、前記位置算出手段が算出した位置データを線形内挿して得られた値を用いて補正する
ことを特徴とする付記項２−２または２−３に記載の超音波診断装置。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の超音波診断装置によれば補正手段が超音波内視鏡を構成する金属部品によって生じる磁場に歪みによる受信コイルの検出信号の変化を補正するので、超音波内視鏡を構成する金属部品による磁界の歪みの影響を排除し、超音波内視鏡の先端の正確な位置及び配向の算出ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波内視鏡の先端の構成を示す断面図
【図２】図１の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の構成を示す構成図
【図３】図２の位置検出装置の構成を示す構成図
【図４】図３の補正回路に予め記憶されている重み付け係数を説明する第１の説明図
【図５】図３の補正回路に予め記憶されている重み付け係数を説明する第２の説明図
【図６】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第１の実施の形態に係る超音波内視鏡の先端の構成を示す断面図
【図７】図６の超音波内視鏡を備えた超音波診断装置の構成を示す構成図
【図８】図７の磁気センサの構成を示す構成図
【図９】図７のＲＯＭの格納されている補正データを説明する説明図
【図１０】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第２の実施の形態に係る補正装置における線形内挿による推定式を説明する第１の説明図
【図１１】図１０により説明した推定式の第２の説明図
【図１２】各コイルに軸ずれがあっても正確に超音波内視鏡の先端の位置を算出することのできる第３の実施の形態に係る補正装置における格子点抽出方法を説明する説明図
【符号の説明】
１…超音波内視鏡
２…挿入部
３…硬性部
４…シース
５…超音波振動子
６…フレキシブルシャフト
７…超音波伝達媒体
８…磁気ソース
１１…超音波診断装置
１２…モニタ
１３…超音波画像形成装置
１６…磁気センサ
１９…位置検出装置
２０…パソコン
２１…補正回路
２２…位置算出回路
２３…電流発生器

Claims

磁場を発生する送信コイルと、
前記送信コイルが発生する磁場を検出する受信コイルと
を具備し、
前記送信コイル及び前記受信コイルのうちいずれか一方が超音波内視鏡の先端に配置され、前記受信コイルが検出した検出信号により前記超音波内視鏡の先端の位置情報を算出する位置情報算出手段
を備えた超音波診断装置において、
前記超音波内視鏡の先端を空間上の仮想点の所定位置に配置したときの、前記受信コイルが検出した検出信号に基づき、前記検出信号を補正するための検出信号補正情報を生成する検出補正情報生成手段と、
前記検出信号補正情報を用いて、前記受信コイルが出力する前記検出信号を補正する検出信号補正手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
前記超音波内視鏡の先端を前記仮想点の所定位置に配置したときの前記位置算出手段が算出した前記位置情報である仮想点位置情報と、あるいは前記仮想点位置情報を補間し推定した推定位置情報である仮想点推定位置情報とのうち、少なくとも一方を格納する記憶手段と、
前記記憶手段が格納している前記仮想点位置情報あるいは前記仮想点推定位置情報を用いて、前記位置算出手段が算出する前記位置情報を補正する位置情報補正手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記超音波内視鏡の先端を前記仮想点の所定位置に配置したときの前記位置算出手段が算出した前記位置情報である仮想点位置情報と、前記仮想点位置情報を得たときの前記仮想点の既知の位置を補間し推定した推定位置情報である仮想点推定位置情報とを、関連付けて格納する記憶手段と、
前記記憶手段が格納している、関連付けられた前記仮想点位置情報及び前記仮想点推定位置情報を用いて、前記位置算出手段が算出する前記位置情報を補正する位置情報補正手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記位置情報補正手段による前記位置算出手段が算出する前記既知の位置の補間は、線形内挿による補間である
ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
前記空間上の仮想点は、前記空間上に仮想的に配置した格子の複数の格子点である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
前記複数の格子点の間隔は、一定間隔である
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
前記仮想点推定位置情報は、前記超音波内視鏡の先端を複数の既知の位置に配置したときに前記位置算出手段が算出した前記位置情報を用いて、前記仮想点位置情報を得たときの前記仮想点の前記既知の位置を補間して推定した推定情報である
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに超音波診断装置。
前記検出信号補正手段は、前記受信コイルの検出信号に、前記検出信号補正情報に基づく重み係数を乗算することにより前記補正を行う
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の超音波診断装置。