JP2012040312A - Ultrasonic diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波診断装置における三次元的な情報の取得に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to acquisition of three-dimensional information in an ultrasonic diagnostic apparatus.
生体内の臓器、骨などの測定対象物に対し超音波振動子から超音波を送信し、その反射波を受信して得た情報に基づき診断を行う超音波診断装置が知られている。通常、測定対象物に対して1方向から超音波を送信し、測定対象物全体からの反射波を受信する。また、測定対象物を透過した超音波に基づき診断を行う装置も知られている。下記、特許文献1には、足の踵を挟んで一対の超音波振動子を配置し、一方の超音波振動子から送信された超音波を他方の超音波振動子で受信して、骨、例えば踵骨での減衰量を測定する骨密度測定装置が記載されている。 2. Description of the Related Art There is known an ultrasonic diagnostic apparatus that performs diagnosis based on information obtained by transmitting ultrasonic waves from an ultrasonic transducer to a measurement target such as an organ or bone in a living body and receiving the reflected waves. Usually, an ultrasonic wave is transmitted from one direction to the measurement object, and a reflected wave from the entire measurement object is received. An apparatus that performs diagnosis based on an ultrasonic wave that has passed through a measurement object is also known. In the following Patent Document 1, a pair of ultrasonic transducers are arranged with a footpad interposed therebetween, and ultrasonic waves transmitted from one ultrasonic transducer are received by the other ultrasonic transducer, For example, a bone density measuring device that measures the amount of attenuation in the ribs is described.
上記特許文献1に記載された装置は、一対の超音波振動子を有しているが、これらの振動子は、一方が送信用、他方が受信用として使用される。したがって、測定対象物(例えば踵骨)の超音波ビームの減衰量の情報は得られるものの、測定対象物の三次元的な(立体的な)組織構造、形状等を把握することはできなかった。一方の超音波振動子により超音波の送受を行い、反射波の情報から測定対象物の構造、形状等を把握することはできるが、測定対象物の、当該超音波振動子が配置された側と反対側の部分からの情報は、減衰が大きくなり、詳細な情報を得ることが難しいという問題がある。 The device described in Patent Document 1 has a pair of ultrasonic transducers, one of which is used for transmission and the other is used for reception. Therefore, although information on the attenuation amount of the ultrasonic beam of the measurement object (for example, ribs) can be obtained, the three-dimensional (three-dimensional) tissue structure, shape, etc. of the measurement object could not be grasped. . Although one ultrasonic transducer can send and receive ultrasonic waves and grasp the structure, shape, etc. of the measurement object from the reflected wave information, the side of the measurement object on which the ultrasonic transducer is placed The information from the opposite side has a problem that attenuation is large and it is difficult to obtain detailed information.
本発明は、測定体対象物の三次元的な情報を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the three-dimensional information of a measurement object.
本発明に係る超音波診断装置は、二次元走査可能な二つの超音波振動子を備え、これらは、測定対象物を挟む位置に配置される。二つの超音波振動子は、これらに対応して設けられた送受信部により駆動される。一方の超音波振動子により超音波を送受し、受信された超音波に基づき、当該超音波振動子が配置された側の測定対象物の反射波情報を取得する。他方の超音波振動子においても同様にして、他方の超音波振動子側が配置された側の測定対象物の反射波情報を取得する。あらかじめ把握されている二つの超音波振動子の相対的な位置に基づき、それぞれの超音波振動子で得られた反射波情報に基づき、測定対象物の三次元モデルを形成する。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention includes two ultrasonic transducers capable of two-dimensional scanning, and these are arranged at positions sandwiching a measurement object. The two ultrasonic transducers are driven by a transmission / reception unit provided corresponding to them. The ultrasonic wave is transmitted / received by one ultrasonic transducer, and the reflected wave information of the measurement object on the side where the ultrasonic transducer is arranged is acquired based on the received ultrasonic wave. Similarly, the reflected wave information of the measurement object on the side on which the other ultrasonic transducer side is arranged is acquired in the other ultrasonic transducer. Based on the relative positions of the two ultrasonic transducers grasped in advance, a three-dimensional model of the measurement object is formed based on the reflected wave information obtained by each ultrasonic transducer.
三次元モデルは、例えば、測定対象物表面の立体形状である。 The three-dimensional model is, for example, a three-dimensional shape of the surface of the measurement object.
測定対象物を挟むように配置された二つの超音波振動子により反射波情報を得ることにより、精度の高い三次元モデルを取得することができる。 A highly accurate three-dimensional model can be acquired by obtaining reflected wave information with two ultrasonic transducers arranged so as to sandwich the measurement object.
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以下においては、踵骨を測定対象物とする超音波診断装置、特に骨密度等の骨に関する評価が可能な超音波骨評価装置について説明するが、測定対象はこれに限られない。踵骨以外の骨や他の臓器についても、この骨、臓器、およびこれら対象物の周囲の組織の形状、特性等に合わせて、装置の構成を適宜変更し本発明の趣旨を達成することは、当業者においては容易に想定可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an ultrasonic diagnostic apparatus using a rib as a measurement object, particularly an ultrasonic bone evaluation apparatus capable of evaluating bone such as bone density will be described, but the measurement object is not limited to this. Regarding the bones and other organs other than the ribs, it is possible to achieve the purpose of the present invention by appropriately changing the configuration of the apparatus according to the shape, characteristics, etc. of the bones, organs, and tissues around these objects. Those who are skilled in the art can easily assume this.
図1および図2は、踵骨を評価対象とする超音波骨評価装置10の外観を示す斜視図である。装置本体12の上部には、足置き台14が配置されている。足置き台14は、略L字形の載置面を有する台であり、図2の鎖線で示すように足Fを載せ、位置決めを行うものである。踵を足置き台14のL字形の角に合わせることにより、足の位置決めが行われる。足置き台14の左右には、踵部分を挟むように、超音波振動子を含む二つの振動子ユニット16A,16Bが配置されている。左右の振動子ユニット16A,16Bは、対称な構造を有しており、特に左右を区別する必要がないときには、単に振動子ユニット16と記して、以下説明する。また、左右の各振動子ユニット16A,16Bを構成する要素についても、左右の区別が必要な場合はその符号にA,Bを付し、また区別の必要がない場合には数字の符号のみを用いて説明する。振動子ユニット16は、踵部分と超音波振動子の間の音響整合を図るために音響整合部を有している。音響整合部は変形可能であり、変形して踵部分に密着し、間の空気層を排除する。音響整合部は、この超音波骨評価装置10においては、水等の音響整合材と、この水等を収容した整合材袋18を有する。足を足置き台14上に置いたときに、整合材袋18が足の踵部分に当接して、超音波振動子とこの踵部分の間の音響インピーダンスの整合を図っている。 FIG. 1 and FIG. 2 are perspective views showing an appearance of an ultrasonic bone evaluation apparatus 10 that uses a rib as an evaluation target. A footrest 14 is disposed on the upper part of the apparatus main body 12. The footrest 14 is a base having a substantially L-shaped placement surface, and places the foot F as shown by the chain line in FIG. 2 for positioning. The foot is positioned by aligning the heel with the L-shaped corner of the footrest 14. Two transducer units 16A and 16B including ultrasonic transducers are arranged on the left and right sides of the footrest 14 so as to sandwich the heel portion. The left and right vibrator units 16A and 16B have a symmetric structure, and when it is not particularly necessary to distinguish between left and right, they are simply referred to as the vibrator unit 16 and will be described below. In addition, regarding the elements constituting the left and right vibrator units 16A and 16B, A and B are added to the reference signs when it is necessary to distinguish between the left and right, and only the numerical signs are used when the distinction is not necessary. It explains using. The transducer unit 16 has an acoustic matching unit in order to achieve acoustic matching between the heel portion and the ultrasonic transducer. The acoustic matching portion is deformable and deforms to adhere to the heel portion, eliminating the air layer therebetween. In this ultrasonic bone evaluation apparatus 10, the acoustic matching unit includes an acoustic matching material such as water and a matching material bag 18 containing the water and the like. When the foot is placed on the footrest 14, the matching material bag 18 is brought into contact with the heel portion of the foot, thereby matching the acoustic impedance between the ultrasonic transducer and the heel portion.
図3および図4は、足置き台14と振動子ユニット16の拡大図である。図3,4において、足置き台14の正中面で破断して、一方の側、つまり被検者が足置き台14に足を置いたときに被検者にとって右側となる部分が示されている。足置き台14は、略L字形状であり、L字の2辺を構成する底面20と当接面22のなす角度は、ほぼ直角となっている。被検者は足の踵の後端面を当接面22に当接させて足裏を底面20に置く。このときの足の踵、特に踵骨の位置およびその周囲の位置に当接するよう整合材袋18が配置されている。整合材袋18の踵部分およびその周囲に当接する面は、概略球面の、一つの直径に直交する面と、この直径に平行で互いに直交する二つの面とで囲まれた部分の形状となっている。足置き台14に足を置くと、踵部分およびその周囲の左右両側に整合材袋18が当接し、整合材袋18が踵部分の表面に倣うように変形し、空気層の介在を排除する。 3 and 4 are enlarged views of the footrest 14 and the vibrator unit 16. In FIGS. 3 and 4, one side, that is, a portion on the right side for the subject when the subject puts his / her foot on the footrest 14 is shown by being broken at the median surface of the footrest 14. Yes. The footrest 14 is substantially L-shaped, and the angle formed between the bottom surface 20 constituting the two sides of the L-shape and the contact surface 22 is substantially a right angle. The subject places the sole of the foot on the bottom surface 20 with the rear end surface of the footpad contacting the contact surface 22. At this time, the alignment material bag 18 is disposed so as to abut on the position of the foot heel, particularly the position of the rib and the surrounding position. The flange portion of the matching material bag 18 and the surface in contact with the periphery thereof have a shape of a substantially spherical surface surrounded by a surface orthogonal to one diameter and two surfaces parallel to this diameter and orthogonal to each other. ing. When the foot is placed on the footrest 14, the alignment material bag 18 comes into contact with the heel portion and the left and right sides around the heel portion, and the alignment material bag 18 is deformed so as to follow the surface of the heel portion, thereby eliminating the presence of an air layer. .
図5は、振動子ユニット16の断面図である。整合材袋18は、対象の生体である足側の表側部材24と反対側の裏側部材26を、環状のリングフレーム28に固定して形成される。表側部材24は、その周縁部をリングフレーム28とリングフレーム28の内側に位置する第1固定リング30に挟持され、リングフレーム28に固定されている。また、裏側部材26は、その周縁部を第1固定リング30と第2固定リング32に挟持され、間接的にリングフレーム28に固定されている。裏側部材26は、蛇腹状に屈曲しており、中心部分は、超音波振動子34の外周部分に結合されている。裏側部材26の更に背面側には、裏側部材26が背面側に膨出しないように規制し、これを支持する支持盤36が配置されている。支持盤36は複数の円環板状の支持プレート38a,38b,38c,38dから構成され、最外周の支持プレート38aは、外周縁部分に円筒形状の部分を更に有し、これが、リングフレーム28に固定されている。最内周の支持プレート38dは、超音波振動子34の外周部分に固定されている。裏側部材26は、超音波振動子34の外周部分に設けられたフランジ40と、最内周の支持プレート38dに挟持されて超音波振動子34に固定される。支持プレート38a,38b,38c,38dは、相互にスライド可能であり、後述する超音波探触子34の探触子軸線に直交する方向の動きを許容する。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the vibrator unit 16. The matching material bag 18 is formed by fixing a back side member 26 opposite to the front side member 24 on the foot side, which is a target living body, to an annular ring frame 28. The front side member 24 is sandwiched between the ring frame 28 and a first fixing ring 30 located inside the ring frame 28, and is fixed to the ring frame 28. Further, the rear side member 26 is sandwiched between the first fixing ring 30 and the second fixing ring 32 and indirectly fixed to the ring frame 28. The back side member 26 is bent in a bellows shape, and the central portion is coupled to the outer peripheral portion of the ultrasonic transducer 34. On the further back side of the back side member 26, a support plate 36 that restricts and supports the back side member 26 so as not to bulge to the back side is disposed. The support plate 36 includes a plurality of annular plate-like support plates 38a, 38b, 38c, and 38d, and the outermost support plate 38a further has a cylindrical portion at the outer peripheral edge portion. It is fixed to. The innermost support plate 38 d is fixed to the outer periphery of the ultrasonic transducer 34. The back-side member 26 is fixed to the ultrasonic transducer 34 by being sandwiched between a flange 40 provided on the outer peripheral portion of the ultrasonic transducer 34 and an innermost support plate 38d. The support plates 38a, 38b, 38c, and 38d are slidable with respect to each other, and allow movement of the ultrasonic probe 34, which will be described later, in a direction perpendicular to the probe axis.
図6〜8は、整合材袋の表側部材24の形状を示す斜視図である。表側部材24は、円形状の基礎部分41を有し、基礎部分41に、足置き台14上の踵部分に向けて膨出する膨出部42、対をなす振動子ユニット16A,16Bの各々の整合材袋18A,18Bの内部空間を連通する連通管44A,44B、および校正用のブロックを配置するための校正ブロックポケット46が設けられている。左右の連通管44A,44Bは中央部分で連結され、左右の整合材袋の内部空間が連通されてる。この連通管44A,44Bの位置に二つの超音波振動子34A,34Bを移動させ、これらを対向させることにより、整合材内の音速を計測することができる。 FIGS. 6-8 is a perspective view which shows the shape of the front side member 24 of a matching material bag. The front member 24 has a circular base portion 41, and a bulging portion 42 that bulges toward the heel portion on the footrest 14 and each of the pair of vibrator units 16 </ b> A and 16 </ b> B. The communication pipes 44A and 44B communicating with the internal spaces of the matching material bags 18A and 18B, and a calibration block pocket 46 for arranging a calibration block are provided. The left and right communication pipes 44A and 44B are connected at the center, and the internal spaces of the left and right alignment material bags are communicated. By moving the two ultrasonic transducers 34A and 34B to the positions of the communication tubes 44A and 44B and making them face each other, the speed of sound in the alignment material can be measured.
膨出部42の形状は、球面を一つの直径に直交する第1の平面と、前記の直径に平行で、互いに直交する第2および第3の平面で切った形状となっている。前記の直径は基礎部分41に直交し、基礎部分41が形成する平面が前記第1の平面に相当する。第2、第3の平面は、足置き台14の底面20と当接面22が形成する面である。第2、第3の平面による切り口が第1の側面48、第2の側面50となる。また、これら第1から第3の平面により切り出された球面の一部が対象部位である足に当接する生体当接面51となる。したがって、膨出部42の第1の側面48は足置き台の底面20に沿い、第2の側面50は当接面22に沿う。そして、第1および第2の側面48,50から形成される膨出部42の側面は、全体としてL字形の足置き台の足を置く面に沿ってL字形に形成される。また、見方を変えれば、膨出部は、高さの低いドームを、交差する二つの平面により切り取った部分的なドーム形状と見ることもできる。 The shape of the bulging portion 42 is a shape obtained by cutting a spherical surface with a first plane orthogonal to one diameter and second and third planes parallel to the diameter and orthogonal to each other. The diameter is orthogonal to the base portion 41, and the plane formed by the base portion 41 corresponds to the first plane. The second and third planes are surfaces formed by the bottom surface 20 and the contact surface 22 of the footrest 14. The cut surface formed by the second and third planes becomes the first side surface 48 and the second side surface 50. Further, a part of the spherical surface cut out by these first to third planes becomes the living body contact surface 51 that contacts the foot, which is the target portion. Therefore, the first side surface 48 of the bulging portion 42 is along the bottom surface 20 of the footrest and the second side surface 50 is along the contact surface 22. And the side surface of the bulging part 42 formed from the 1st and 2nd side surfaces 48 and 50 is formed in an L shape along the surface which puts the leg of an L-shaped footrest as a whole. In other words, the bulging portion can be seen as a partial dome shape obtained by cutting a dome with a low height by two intersecting planes.
図9は、超音波振動子34を移動させる移動機構52を示す図である。振動子ユニット16は、支持盤36を省略した状態で示されており、整合材袋18の裏側部材26の蛇腹形状の部分が現れている。二つの超音波振動子34A,34Bは、コの字形またはU字形の支持フレーム54の先端に固定されている。支持フレーム54は駆動機構56により、二つの超音波振動子34A,34Bが対向する方向(つまり超音波振動子の軸線方向)に直交する平面内で移動される。したがって、二つの超音波振動子34A,34Bは、これらが対向する方向においては移動せず、互いの距離も変化しないが、この対向方向に直交する方向には、いずれの方向にも移動可能となっている。この移動において、二つの超音波振動子34A,34Bは、対向状態を常に維持される。この超音波振動子34の移動を許容するために、整合材袋の裏側部材26は、蛇腹構造を有し、また、支持盤36は、多重の支持プレート38a〜38dを有する構成を有する。それぞれの支持プレート38a〜38dが相互にスライドして、超音波振動子34の移動を許容する。 FIG. 9 is a diagram showing a moving mechanism 52 that moves the ultrasonic transducer 34. The vibrator unit 16 is shown with the support plate 36 omitted, and the bellows-shaped portion of the back member 26 of the alignment material bag 18 appears. The two ultrasonic transducers 34A and 34B are fixed to the tip of a U-shaped or U-shaped support frame 54. The support frame 54 is moved by a drive mechanism 56 in a plane orthogonal to the direction in which the two ultrasonic transducers 34A and 34B face each other (that is, the axial direction of the ultrasonic transducer). Accordingly, the two ultrasonic transducers 34A and 34B do not move in the direction in which they face each other, and the distance from each other does not change. However, the two ultrasonic transducers 34A and 34B can move in either direction in the direction orthogonal to the facing direction. It has become. In this movement, the two ultrasonic transducers 34A and 34B are always maintained in the opposed state. In order to allow the movement of the ultrasonic transducer 34, the back member 26 of the alignment material bag has a bellows structure, and the support board 36 has a configuration having multiple support plates 38a to 38d. The respective support plates 38a to 38d slide on each other to allow the ultrasonic transducer 34 to move.
図10は、足置き台14とこれに置かれた足Fを示す図である。蛇行する矢印Yは、超音波振動子34の走査の経路を示している。この矢印Yの軌跡を囲む範囲Rが超音波ビームの走査範囲である。超音波振動子34を、踵骨Cを含む範囲Rにおいて走査し、透過超音波のデータを得る。この受信データに基づき、骨、特に踵骨の評価を行う。 FIG. 10 is a diagram showing the footrest 14 and the foot F placed thereon. A meandering arrow Y indicates a scanning path of the ultrasonic transducer 34. A range R surrounding the locus of the arrow Y is an ultrasonic beam scanning range. The ultrasonic transducer 34 is scanned in a range R including the rib C to obtain transmitted ultrasonic data. Based on this received data, bones, particularly ribs are evaluated.
図11は、超音波骨評価装置10の機能構成を示すブロック図である。振動子ユニット16A,16B、移動機構52の構造については、既に説明しているとおりである。振動子ユニット16A,16Bのそれぞれの超音波振動子は、送受信切替回路66を介して受信回路68、送信回路70に接続されている。送受信切替回路66を介することにより、超音波の送信の向き、または送信を行う超音波振動子を切り替えることができる。また、一つの超音波振動子から送信された超音波が対象にて反射した反射波を同じ超音波振動子で受信するように接続を行うこともできる。この接続を行うことにより、超音波振動子から整合材袋の膨出部42までの距離を測定することができる。 FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of the ultrasonic bone evaluation apparatus 10. The structures of the transducer units 16A and 16B and the moving mechanism 52 are as already described. The ultrasonic transducers of the transducer units 16A and 16B are connected to the reception circuit 68 and the transmission circuit 70 via the transmission / reception switching circuit 66. Through the transmission / reception switching circuit 66, the direction of ultrasonic transmission or the ultrasonic transducer for transmission can be switched. Further, it is possible to connect so that the ultrasonic wave transmitted from one ultrasonic transducer is reflected by the target and the reflected wave is received by the same ultrasonic transducer. By performing this connection, the distance from the ultrasonic transducer to the bulging portion 42 of the matching material bag can be measured.
制御部72は、受信回路68および送信回路70を制御して、生体を通過した超音波の受信信号を得る。制御部72は、前述した送受信切替回路66の切替動作を制御する。また、制御部72は、移動機構52の動作も制御し、超音波振動子34を、例えば図10に符号Yで示す矢印のように移動させ、さらに移動させつつ所定値において超音波の送受信を制御し、走査範囲R(すなわち測定を行う範囲;測定範囲)内の所定の点における超音波の受信信号を得る。受信された信号は、受信データ処理部74で処理され、受信データとして格納部76に格納される。格納される受信データは、受信波形、すなわち時間に対し変化する音圧のデータを含む。 The control unit 72 controls the reception circuit 68 and the transmission circuit 70 to obtain an ultrasonic reception signal that has passed through the living body. The control unit 72 controls the switching operation of the transmission / reception switching circuit 66 described above. The control unit 72 also controls the operation of the moving mechanism 52 to move the ultrasonic transducer 34 as indicated by an arrow Y in FIG. 10, for example, and further transmit and receive ultrasonic waves at a predetermined value while moving. Control is performed to obtain an ultrasonic reception signal at a predetermined point within the scanning range R (that is, a measurement range; measurement range). The received signal is processed by the reception data processing unit 74 and stored in the storage unit 76 as reception data. The stored reception data includes a reception waveform, that is, sound pressure data that changes with time.
超音波骨評価装置10は、受信波形について演算処理を行う演算部78を有する。演算部の演算処理については後述する。さらに、超音波骨評価装置10は、操作者が、装置の動作の指示を行うための操作パネル部80および結果の表示を行う表示部82を有している。操作パネル部80と表示部82の機能が一体となった所謂タッチパネルディスプレイを採用することもできる。 The ultrasonic bone evaluation apparatus 10 includes a calculation unit 78 that performs a calculation process on the received waveform. The calculation process of the calculation unit will be described later. Furthermore, the ultrasonic bone evaluation apparatus 10 includes an operation panel unit 80 for an operator to instruct operation of the apparatus and a display unit 82 for displaying a result. A so-called touch panel display in which the functions of the operation panel unit 80 and the display unit 82 are integrated may be employed.
三次元モデルの形成について説明する。ここでは、三次元モデルの例として、踵骨の立体形状を用いて説明する。前述のように、超音波骨評価装置10は、一つの超音波振動子から送信された超音波が対象物にて反射した反射波を同じ超音波振動子で受信する機能を有する。つまり、振動子ユニット16Aに属する超音波振動子34Aと、振動子ユニット16Bに属する超音波振動子34Bとでそれぞれ超音波を送受信して反射波の受信信号を取得する。第1超音波振動子34Aにより受信された受信信号は、格納部76に第1の側の反射波情報(エコーデータ)76aとして格納される。同様に、第2超音波振動子34Bにより受信された受信信号は、格納部76に第2の側の反射波情報(エコーデータ)76bとして格納される。 The formation of a three-dimensional model will be described. Here, an example of a three-dimensional model will be described using a three-dimensional shape of a rib. As described above, the ultrasonic bone evaluation apparatus 10 has a function of receiving, with the same ultrasonic transducer, a reflected wave that is reflected from an object by an ultrasonic wave transmitted from one ultrasonic transducer. That is, the ultrasonic wave is transmitted and received between the ultrasonic transducer 34A belonging to the transducer unit 16A and the ultrasonic transducer 34B belonging to the transducer unit 16B, and the reception signal of the reflected wave is acquired. The reception signal received by the first ultrasonic transducer 34A is stored in the storage unit 76 as reflected wave information (echo data) 76a on the first side. Similarly, the reception signal received by the second ultrasonic transducer 34B is stored in the storage unit 76 as second-side reflected wave information (echo data) 76b.
受信信号には、体表(および整合材袋)からの反射波が含まれ、必要に応じて、演算部78にて、これを除去する(体表面除去部78a)。この除去により、踵骨部分での反射波を抽出することができる。図12には、受信信号の波形が示されている。図12(a)は、受信された信号波形そのものを示しており、最初のピークが体表からの反射波Sであり、次のピークが踵骨表面からの反射波Tを表す。体表からの反射波Sは、その前に目立った反射波は発生しないので、検出は容易である。体表からの反射波Sが検出されたとき、これに基づき重み付け関数Wを設定する。重み付け関数Wは、図12(b)に一点鎖線で示されるように、体表からの反射波Sが検出された後、所定時間経過した後、0から1まで立ち上がり、その後「1」に維持される関数である。また、体表と踵骨表面の間隔は、経験的に知られているので、重み付け関数Wは、体表による反射波のピークを排除し、踵骨表面による反射波のピークはそのまま維持されるように設定されている。図12(a)に示される受信信号に、重み付け関数Wを乗じた信号波形が図12(b)に実線で表されている。図12(b)には、破線で、重み付け処理を行う前の受信信号も示されている。この重み付け処理により、体表からの反射波を排除することができる。 The received signal includes a reflected wave from the body surface (and the matching material bag), and is removed by the computing unit 78 as necessary (body surface removing unit 78a). By this removal, the reflected wave at the rib portion can be extracted. FIG. 12 shows the waveform of the received signal. FIG. 12A shows the received signal waveform itself, where the first peak is the reflected wave S from the body surface, and the next peak represents the reflected wave T from the rib surface. The reflected wave S from the body surface is easy to detect because no conspicuous reflected wave is generated before it. When the reflected wave S from the body surface is detected, the weighting function W is set based on this. The weighting function W rises from 0 to 1 after a predetermined time has elapsed after the reflected wave S from the body surface is detected, as shown by the one-dot chain line in FIG. Function. Further, since the distance between the body surface and the rib surface is empirically known, the weighting function W eliminates the peak of the reflected wave from the body surface and maintains the peak of the reflected wave from the rib surface as it is. Is set to A signal waveform obtained by multiplying the received signal shown in FIG. 12A by the weighting function W is represented by a solid line in FIG. In FIG. 12B, the received signal before the weighting process is also indicated by a broken line. By this weighting process, the reflected wave from the body surface can be eliminated.
体表からの反射波を除去した受診信号に基づき、輝度変調データを作成する(輝度変調データ作成部78b)。すなわち、受信信号の電圧値に基づき、超音波振動子からの距離(深度)ごとの輝度値が算出される。超音波振動子34A,34Bの二次元走査により得た測定点ごとの輝度変調データから、踵骨の三次元モデルを形成する(三次元モデル形成部78c)。このとき、第1の側の反射波情報76aに基づく輝度変調データから、踵骨の第1超音波振動子34A側の半分の三次元モデルを得、また第2の側の反射波情報76bに基づく輝度変調データから、第2超音波振動子34B側の半分の三次元モデルを得る。つまり、二つの超音波振動子34A,34Bの中間点を境に、それぞれ側で対応する超音波振動子で得た輝度変調データを作成し、これらを合体させることにより、踵骨全体の三次元モデルを得る。この合体に際しては、二つの超音波振動子34A,34Bの位置関係に係る情報が必要であり、これはあらかじめ、例えば格納部76に格納されている。この超音波骨評価装置10においては、二つの超音波振動子34A,34Bは、コの字形の支持フレーム54に固定されており、走査の際も平行に移動するので、その距離は常に一定に保たれる。よって、この超音波骨評価装置10において、超音波振動子の位置関係に係る情報は、二つの超音波振動子の間隔そのものである。輝度変調データは、対応する超音波振動子からの距離情報(深度)を有しているので、二つの超音波振動子の間隔から、第1の側と第2の側の輝度変調データの相対的な位置関係が決定でき、三次元モデルが形成できる。 Based on the consultation signal from which the reflected wave from the body surface is removed, luminance modulation data is generated (luminance modulation data generation unit 78b). That is, the luminance value for each distance (depth) from the ultrasonic transducer is calculated based on the voltage value of the received signal. A three-dimensional model of the rib is formed from the luminance modulation data for each measurement point obtained by two-dimensional scanning of the ultrasonic transducers 34A and 34B (three-dimensional model forming unit 78c). At this time, a half three-dimensional model of the rib on the first ultrasonic transducer 34A side is obtained from the luminance modulation data based on the reflected wave information 76a on the first side, and the reflected wave information 76b on the second side is obtained. A half three-dimensional model on the second ultrasonic transducer 34B side is obtained from the luminance modulation data based thereon. In other words, the luminance modulation data obtained by the corresponding ultrasonic transducers are created on the respective sides at the middle point between the two ultrasonic transducers 34A and 34B, and these are combined to obtain the three-dimensional of the entire rib. Get the model. For this combination, information relating to the positional relationship between the two ultrasonic transducers 34A and 34B is necessary, and is stored in advance in the storage unit 76, for example. In this ultrasonic bone evaluation apparatus 10, the two ultrasonic transducers 34A and 34B are fixed to a U-shaped support frame 54 and move in parallel during scanning, so that the distance is always constant. Kept. Therefore, in this ultrasonic bone evaluation apparatus 10, the information related to the positional relationship between the ultrasonic transducers is the interval between the two ultrasonic transducers. Since the luminance modulation data has distance information (depth) from the corresponding ultrasonic transducer, the relative luminance modulation data on the first side and the second side is determined from the interval between the two ultrasonic transducers. A specific positional relationship can be determined, and a three-dimensional model can be formed.
上記の三次元モデルには、踵骨表面のデータが含まれ、これに基づき踵骨表面の立体形状を得ることができる。骨表面は、超音波を強く反射するので、輝度変調データにおいては、輝度値が高くなる。また、図12に示される受信波形においては、体表の次に表れるピークが骨表面に該当する。これらのいずれか特徴を用いることにより、踵骨表面の立体形状を抽出することができる。 The three-dimensional model includes data on the rib surface, and a three-dimensional shape of the rib surface can be obtained based on the data. Since the bone surface strongly reflects ultrasonic waves, the luminance value is high in the luminance modulation data. In the received waveform shown in FIG. 12, the peak that appears next to the body surface corresponds to the bone surface. By using any of these features, the three-dimensional shape of the rib surface can be extracted.
この立体形状を、例えば図13に示されるように、三次元表示(奥行き感のある二次元表示)にて表示部82に表示する。なお、この立体形状は、超音波振動子の走査領域Rで踵骨を切り出したような形状であり、図13の上面、左側面の平面は、この切り出しの断面が表れたものであり、踵骨の表面ではない。 For example, as shown in FIG. 13, the three-dimensional shape is displayed on the display unit 82 in a three-dimensional display (a two-dimensional display with a sense of depth). This three-dimensional shape is a shape as if the ribs were cut out in the scanning region R of the ultrasonic transducer, and the upper and left side planes in FIG. It is not the surface of bone.
さらに、演算部78では、前述のようにして得られた踵骨の立体形状から踵骨の所定部分の体積を算出する(体積算出部78d)。体積算出の対象となる範囲は、踵骨の輪郭形状の特徴的な部分に基づき決定することができる。例えば、図14に示す体積算出範囲Gを決定し、この範囲内の踵骨の体積を演算する。体積算出範囲Gの決定は、以下のように行うことができる。踵の先(図においては下方)に相当する踵骨の略円弧形状の部分Hを円弧で近似し、この円弧の中心Pから上下左右方向それぞれに所定距離離れた4平面を定める。これらの4平面が図14中の体積算出範囲Gの四角形の各辺に対応する。これらの4平面と、図14において紙面を貫く方向の手前側の踵骨表面、奥側の踵骨表面で囲まれた部分の体積を算出する。 Further, the calculation unit 78 calculates the volume of a predetermined portion of the rib from the three-dimensional shape of the rib obtained as described above (volume calculation unit 78d). The range for which the volume is to be calculated can be determined based on the characteristic part of the contour shape of the rib. For example, the volume calculation range G shown in FIG. 14 is determined, and the volume of the rib within this range is calculated. The volume calculation range G can be determined as follows. A substantially arc-shaped portion H of the rib corresponding to the tip of the rib (downward in the figure) is approximated by a circular arc, and four planes that are separated from the center P of the circular arc by a predetermined distance in the vertical and horizontal directions are determined. These four planes correspond to the sides of the square of the volume calculation range G in FIG. The volume of the portion surrounded by these four planes and the front rib surface and the rear rib surface in the direction penetrating the paper surface in FIG. 14 is calculated.
この体積算出範囲G内の各測定点ごとに、その測定点おける超音波の減衰量を算出された体積で割り、さらに範囲G内の各測定点の算出された値を積算する。この値は、体積当たりの超音波減衰量となり、骨密度と相関がある。 For each measurement point in the volume calculation range G, the attenuation amount of the ultrasonic wave at the measurement point is divided by the calculated volume, and the calculated values of the measurement points in the range G are integrated. This value is the amount of ultrasonic attenuation per volume, and is correlated with bone density.
測定の流れの概要を以下に記す。被検者の足を足置き台14の上に置き、操作者が操作パネル部80より測定開始を指示する。制御部72は、移動機構52を制御して、決められた走査線上で踵部分の走査測定を始める。制御部72は、各測定点において、まず第1超音波振動子34Aにより超音波の送受信を行うように送受信切替回路66の設定を行い、送信回路70および受信回路68により送受信を行って、受信信号を得る。受信された信号を受信データ処理部74を介して格納部76に送り、ここに第1の側の反射波情報76aとして格納する。同一の測定点において、制御部72は、第2超音波振動子34Bにより超音波の送受信を行うように送受信切替回路66の設定を行い、送信回路70および受信回路68により送受信を行って、受信信号を得る。受信された信号を受信データ処理部74を介して格納部76に送り、ここに第2の側の反射波情報76bとして格納する。これを各測定点で繰り返す。また、各測定点において、一方の超音波振動子にて超音波を送信し、踵を透過した超音波を他方の超音波振動子で受信し、得られた受信信号を取得することもできる。走査領域の全範囲において、情報の取得を終了したら、被検者の足を足置き台14から降ろすことができる。 The outline of the measurement flow is described below. The subject's feet are placed on the footrest 14 and the operator instructs the start of measurement from the operation panel unit 80. The control unit 72 controls the moving mechanism 52 to start scanning measurement of the heel portion on the determined scanning line. At each measurement point, the control unit 72 first sets the transmission / reception switching circuit 66 so that ultrasonic waves are transmitted / received by the first ultrasonic transducer 34A, transmits / receives by the transmission circuit 70 and the reception circuit 68, and receives signals. Get a signal. The received signal is sent to the storage unit 76 via the reception data processing unit 74 and stored therein as the reflected wave information 76a on the first side. At the same measurement point, the control unit 72 sets the transmission / reception switching circuit 66 so that ultrasonic waves are transmitted / received by the second ultrasonic transducer 34B, transmits / receives by the transmission circuit 70 and the reception circuit 68, and receives signals. Get a signal. The received signal is sent to the storage unit 76 via the reception data processing unit 74 and stored therein as the reflected wave information 76b on the second side. This is repeated at each measurement point. Further, at each measurement point, it is also possible to transmit an ultrasonic wave with one ultrasonic transducer, receive an ultrasonic wave that has passed through the eyelid with the other ultrasonic transducer, and obtain an obtained reception signal. When the acquisition of information is completed in the entire range of the scanning region, the subject's foot can be lowered from the footrest 14.
取得された受信信号から、体表面における反射を除去し、踵骨等の骨の部分に関する情報を抽出する。この抽出は、受信信号に対して重み付け処理を行うことにより実行される。この重み付け処理がされた後の信号に基づき、所定の平面内の断面画像を作成する。この平面は、超音波振動子の走査方向に合わせることが可能である。図10に示すように、水平方向の走査を、高さを変えて繰り返す場合であれば、断面を水平面とすることが好ましい。この断面画像を積層すれば、三次元モデルが得られる。この情報に基づきボリュームレンダリング等の方法により、三次元画像を作成することができる。 From the acquired received signal, reflection on the body surface is removed, and information on a bone part such as a rib is extracted. This extraction is performed by weighting the received signal. A cross-sectional image in a predetermined plane is created based on the signal after this weighting processing. This plane can be adjusted to the scanning direction of the ultrasonic transducer. As shown in FIG. 10, if the horizontal scanning is repeated at different heights, the cross section is preferably a horizontal plane. If these cross-sectional images are laminated, a three-dimensional model can be obtained. Based on this information, a three-dimensional image can be created by a method such as volume rendering.
上述の実施形態においては、線状の超音波ビームを形成する超音波振動子を縦横に移動させて二次元走査を行ったが、リニア形、コンベックス形などの一次元アレイ超音波振動子を用い、第1の方向には電子走査を行い、第1の方向に直交する第2の方向に振動子を機械的に移動させて走査を行って、二次元走査を実現することもできる。また、二次元アレイ超音波振動子を用いて、電子走査により二次元走査を行うこともできる。 In the above-described embodiment, the two-dimensional scanning is performed by moving the ultrasonic transducer that forms a linear ultrasonic beam vertically and horizontally, but a linear or convex one-dimensional array ultrasonic transducer is used. Also, two-dimensional scanning can be realized by performing electronic scanning in the first direction and performing scanning by mechanically moving the transducer in a second direction orthogonal to the first direction. Also, two-dimensional scanning can be performed by electronic scanning using a two-dimensional array ultrasonic transducer.
また、本実施形態では、対をなす超音波振動子は、同一直線上に向かい合わせて配置されているが、測定対象物の対向する側面に対し、それぞれ超音波を操作するように配置されることができる。このとき、超音波振動子の相対的な位置関係が定められている必要がある。 Further, in the present embodiment, the paired ultrasonic transducers are arranged so as to face each other on the same straight line, but are arranged so as to operate the ultrasonic waves respectively on the opposite side surfaces of the measurement object. be able to. At this time, the relative positional relationship between the ultrasonic transducers needs to be determined.
10 超音波骨評価装置、16,16A,16B 振動子ユニット、34,34A,34B 超音波振動子、66 送受信切替回路(送受信部)、68 受信回路(送受信部)、70 送信回路(送受信部)、72 制御部(送受信部)、74 受信データ処理部(送受信部)、78 演算部(三次元反射波情報提供手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic bone evaluation apparatus, 16, 16A, 16B transducer unit, 34, 34A, 34B ultrasonic transducer, 66 transmission / reception switching circuit (transmission / reception unit), 68 reception circuit (transmission / reception unit), 70 transmission circuit (transmission / reception unit) 72 Control unit (transmission / reception unit), 74 Reception data processing unit (transmission / reception unit), 78 Calculation unit (three-dimensional reflected wave information providing means).
Claims (2)
第1および第2超音波振動子に対応して設けられ、これらの超音波振動子を制御する送受信部と、
第1超音波振動子により取得された測定対象物の第1超音波振動子側の反射波情報と、第2超音波振動子により取得された測定対象物の第2超音波振動子側の反射波情報と、第1超音波振動子と第2超音波振動子の相対位置とに基づき、測定対象物の三次元モデルを形成する三次元モデル形成手段と、
を有する、超音波診断装置。 First and second ultrasonic transducers arranged across a measurement object and capable of two-dimensional scanning;
A transmission / reception unit provided corresponding to the first and second ultrasonic transducers and controlling these ultrasonic transducers;
Reflected wave information on the first ultrasonic transducer side of the measurement object acquired by the first ultrasonic transducer, and reflection on the second ultrasonic transducer side of the measurement target acquired by the second ultrasonic transducer. Three-dimensional model forming means for forming a three-dimensional model of the measurement object based on the wave information and the relative positions of the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer;
An ultrasonic diagnostic apparatus.
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