JP2013154019A - 超音波プローブスキャンガイドおよび概スキャンガイドを用いた画像データの取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フリーハンドで超音波プローブを高精度にスキャンさせることを可能とする超音波プローブスキャンガイドおよび概スキャンガイドを用いた画像データの取得方法を提供する。
【解決手段】超音波プローブスキャンガイドは、超音波プローブを装着可能なスライドアームと、スライドアームの厚さと適合する溝が内側方向に、お互いに平行に刻まれている２本のプローブガイドを備える筐体と、スライドアームの移動を検出するためセンサと検出した移動量を送信するインターフェースとを備えるカーソルポイントセンサとを備える。また、画像データの取得方法は、超音波プローブスキャンガイドに装着された超音波プローブから画像データを受け取り、カーソルポイントセンサから移動量を受け取り、移動量に対応した画像格納メモリに画像データを格納する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フリーハンドで超音波プローブを高精度にスキャンさせることを可能とする超音波プローブスキャンガイドおよび概スキャンガイドを用いた画像データの取得方法に関する。

超音波診断装置は、線形走査型の超音波プローブを生体組織表面にあてることにより、そのプローブの線形走査方向面内の生体組織の断層画像を表示するようにしたものである。例えば、人体のある組織を観察又は可視化しようとする場合は、超音波診断装置のプローブをその組織に近い体表面にあててパルス状の超音波を発射し反射された超音波の強度を時間軸に表示する。プローブからの上述の超音波を線形走査することによって１つの断層画像が得られる。その組織全体の診断を行うためには、プローブをその線形走査方向と垂直の方向に移動させながら多数の断層画像を得て、これら多数の断層画像から目視により判断を行う。

従来の超音波診断装置による診断は、上述したように多数の断層画像を医師などが目視して判断を行うことによって、病理、病変を診断し異常部位を見つけていたので、診断には専門的な高度の経験と熟練とが要求され、特別の訓練を受けた医師が断層画像の読み取りを行うことが必要であった。即ち、従来の超音波診断装置は専門の医師が画像を解読して診断を行うためのものであった。

このような不都合を解消するため、超音波診断装置からの断層画像データをコンピュータにより画像処理して２次元画像又は３次元画像を作成し、これを断層画像データに基づく所望の断面の断層画像と同一の画面上に表示することなどにより、特別の経験がなくとも生体組織の観察が容易に行えるようにした多次元可視装置が本出願人により提案され公知となっている（例えば、特許文献１及び２）。

また、超音波診断装置自体の操作とコンピュータのマウスなどの操作とを同時に行って断層画像データの連続的な取り込みの開始を指示することは、非常に煩雑であり、断層画像データの連続的な取り込みの正確な開始時点を規定することが難しかった。このため、断層画像データの連続的な取り込み開始指示が簡易にかつ正確に行える生体組織多次元可視装置が本出願人により提案され公知となっている（例えば、特許文献３）。

特許第２７８５６３６号 特許第２７８５６７９号 特許第４４００１５７号

上記の多次元可視装置では、画像データをコンピュータで処理するため、コンピュータ上に画像データを格納する領域が撮影距離１０ｃｍで１５０フレーム用意される。超音波診断装置から定期的に送られてくる画像データは、超音波プローブの移動距離、速度に関係なく順番にデータ格納領域に１フレームごと格納される。

このため、現在、多次元可視装置における画像データを格納する方法は、利用者が超音波プローブを１０ｃｍ１０秒の速度で直線移動させて撮影しない限り、ひずみの少ない適切な縮尺の２次元画像又は３次元画像を取得することはできなかった。しかしながら、これは、常にプローブを直線的に角度や速度を考えて、利用者が移動しなければならなく、難しく、なれるまでに時間がかかるという課題があった。

したがって、本発明は、フリーハンドで超音波プローブを高精度にスキャンさせることを可能とする超音波プローブスキャンガイドおよび概スキャンガイドを用いた画像データの取得方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の超音波プローブスキャンガイドは、超音波プローブを装着可能なスライドアームと、前記スライドアームの厚さと適合する溝が内側方向に、お互いに平行に刻まれている２本のプローブガイドを備える筐体と、前記スライドアームの移動を検出するためのセンサと検出した移動量を送信するインターフェースとを備えるカーソルポイントセンサとを備える。

また、前記カーソルポイントセンサは、レーザマウスのマウスコントローラであり、前記スライドアームはレーザを反射するレーザ反射シートをさらに備えることも好ましい。

上記課題を解決するため本発明の画像データの取得方法は、前記に記載の超音波プローブスキャンガイドを用いた画像データの取得方法であって、前記超音波プローブスキャンガイドに装着された超音波プローブから画像データを受け取るステップと、前記カーソルポイントセンサから移動量を受け取るステップと、前記移動量に対応した画像格納メモリに前記画像データを格納するステップとを有する。

また、フリーズ状態が解除されたことを判定するステップをさらに有し、前記格納ステップは、フリーズ状態が解除された後に、前記画像データの格納を開始し、再度フリーズ状態になった場合または事前に設定された移動距離に達した場合に、前記画像データの格納を終了することも好ましい。

また、前記画像データを受け取るステップおよび前記移動量を受け取るステップは、１／３０秒単位で実行され、前記格納するステップは、前記移動量が変化しない場合、前記画像データを上書きして格納することも好ましい。

以上のように、本発明の超音波プローブスキャンガイドにより、直線的に動かすことが容易にでき、さらに超音波プローブの移動速度を利用者が考慮する必要がなくなる。このため、本発明の装置を使用することにより、超音波プローブ操作の熟練度に関係なく高精度な２次元画像又は３次元画像を構築するために必要な画像データを取得できる。

また、本発明の装置では、内部のマウスコントローラの電源はＵＳＢケーブルを介してＰＣより供給される。このため、動作させるために電源が不要である。さらに、本発明の装置は容易に作成可能である。例えば、市販のマウスコントローラとアクリル樹脂で作成することが可能である。

超音波プローブスキャンガイドを含むシステム構成を示す。 プローブの位置と画像格納メモリとの関係を示す。 超音波プローブスキャンガイドの分解した図を示す。 超音波プローブスキャンガイドの使用状態を示す。 本発明による画像データ取得フローチャートを示す。 本発明の実施例による画像データ取り込みの概要を示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１は、超音波プローブスキャンガイドを含むシステム構成を示す。本システムは、超音波プローブスキャンガイド１、超音波診断装置２、スキャンコンバータ３、およびパソコン４より構成される。

超音波プローブスキャンガイド１は、超音波プローブ（以下、プローブと略する）とカーソルポイントセンサが装着される。プローブからエコー信号が超音波診断装置２に送信され、カーソルポイントセンサから、プローブの位置を示す情報がパソコン４に送信される。この位置情報は、ＵＳＢ等のインターフェースを用いてパソコン４に送信することができる。

超音波診断装置２は、プローブから受け取ったエコー信号から生体組織の断層画像を生成し、ビデオ信号として、スキャンコンバータ３に送信する。

スキャンコンバータ３は、ビデオ信号をデジタル化して、画像データとしてパソコン４に送信する。

パソコン４は、超音波プローブスキャンガイド１から送られてきた位置情報と画像データを紐づけて保存する。パソコン４には、多次元可視装置のソフトウェアが登録され、保存された画像データを解析して、３次元画像の表示および記録を行う。

図２は、プローブの位置と画像格納メモリとの関係を示す。プローブが図２の一番上の位置にあるとき、カーソルポイントセンサが座標Ｐ１を検出し、パソコン４にこの座標Ｐ１を送信する。パソコン４は位置Ｐ１を受け取ったとき、スキャンコンバータ３から送信されてきた画像を、位置Ｐ１における画像として画像格納メモリに保存する。同様に、超音波プローブが図２の中の位置にあるとき、カーソルポイントセンサが座標Ｐｉを検出し、パソコン４にこの座標Ｐｉを送信する。パソコン４は位置Ｐｉを受け取ったとき、スキャンコンバータ３から送信されてきた画像を、位置Ｐｉにおける画像として画像格納メモリに保存する。位置Ｐｎでも同様である。

図３は、超音波プローブスキャンガイドの分解した図を示す。超音波プローブスキャンガイド１は、筐体１１、スライドアーム１２、およびカーソルポイントセンサ１３から構成される。

筐体１１は、正面にプローブガイド１１１を備え、ここにスライドアーム１２を格納する。プローブガイド１１１には、スライドアーム１２の厚さと適合する溝が筐体１１の内側に２本、お互いに平行に刻まれている。この溝の中をスライドアーム１２が移動することができる。

スライドアーム１２は、前面に超音波プローブ（図示せず）が装着されるプローブ装着板１２１を備える。プローブ装着板１２１に超音波プローブを装着し、プローブガイド１１１の溝にはめ込み、この溝に沿って直線的に動くことができる。また、カーソルポイントセンサ１３が位置を正確に測定するためにレーザ反射シート１２２を上面に設置することもできる。

カーソルポイントセンサ１３は、スライドアーム１２の移動を検出するためのセンサである。下部にレーザ照射部とレーザ受光部を備え、レーザの反射により移動を検出する。カーソルポイントセンサ１３は、パソコンで使用されるマウスのマウスコントローラを用いることができる。カーソルポイントセンサ１３は、検出した移動距離をパソコンに送信する機能も備える。この機能は、例えばＵＳＢインターフェースを使用して、マウスと同じ方法で伝えることができる。

図４は、超音波プローブスキャンガイドの使用状態を示す。図４（ａ）は、測定開始前の状態であり、図４（ｂ）は、測定終了後の状態である。図４では、スライドアーム１２の前面に超音波プローブ１２３が装着される。図４（ａ）の状態では、スライドアーム１２はすべて筐体１１の中に格納されている。画像の録画が開始されると、スライドアーム１２は利用者により手動で引き出され、プローブ移動距離まで超音波プローブ１２３が移動した状態図４（ｂ）で画像の録画が終了する。

図５は、本発明による画像データ取得フローチャートを示す。以下に、本フローチャートにより、超音波プローブスキャンガイド１を使用した画像データ取得、および３次元画像の作成方法を示す。

なお、画像データ取得の前に以下の初期設定を超音波プローブスキャンガイド１に対して行う必要がある。

初期設定：移動距離校正を行う。最初に、カーソルポイントセンサ１３の検出移動距離と超音波プローブ１２３の移動距離との校正を行う。カーソルポイントセンサ１３が検出した１ドット移動が、超音波プローブ１２３の何ミリの移動であるか校正を行う。プローブの移動距離はプローブガイド１１１と平行にスケール（目盛り）を装着することで計測することができる。次に、画像格納メモリ領域をパソコン４上に確保できるよう多次元可視装置のソフトウェアを設定する。この画像格納メモリ領域はプローブ移動距離と超音波診断装置の解像度により求めることができる。

ステップ１：電源オン、超音波診断装置２およびパソコン４の電源をオンにして、パソコン４上で、多次元可視装置のソフトウェア（例えば、ウルトラ三四郎（登録商標））を起動する。

ステップ２：画像録画開始、多次元可視装置のソフトウェアの録画ボタンを押下することにより録画が開始される。多次元可視装置のソフトウェアには、スキャンコンバータを通して超音波診断装置からの画像が送られてくる。この逐次入力される画像データ群の差分値と平均値を計算し、それぞれがあらかじめ設定された閾値と比較し、閾値を超えた場合、フリーズ状態が解除されたと判定し、閾値を超えない場合、フリーズ状態と判定する。フリーズ状態が解除された時、スライドアーム１２上のカーソルポイントセンサ１３を有効にし画像の取り込みを開始する。この時点を基点として、利用者はスライドアーム１２の移動を開始する。

ステップ３：画像の録画、スキャンコンバータ３から定期的（例えば、３０フレーム／秒）に送られてくる画像データとシステム時間をカーソルポイントセンサ１３から得られる位置情報に基づいて画像格納メモリ領域に格納する。

ステップ４：画像の録画停止、非フリーズ状態になったことを検出するか、設定されたプローブ移動距離を超えた時点で録画を停止する。この場合、プローブの移動速度とマウスコントローラの精度により記憶されていないフレームがある場合、このフレームの前後で一番近いフレームの画像を割り当てる。

ステップ５：３次元画像の作成、多次元可視装置のソフトウェアは、録画した３次元画像データをレンダリング処理に渡し、３次元画像を表示する。

本発明の実施例では、カーソルポイントセンサとして、マウスポインタを用いる。図６は、実施例の画像データ取り込みの概要を示す。この場合、マウスの移動量をスケールで測り、この時マウスコントローラから出力されるポイント数を校正データとして多次元可視装置のソフトウェアに取り込み、画像格納メモリを確保する。例えば、１０ｃｍが１６００ポイントに対応するマウスである場合、１ポイントごとに画像データを取得するため、１６００個の画像データを格納するメモリを用意する。

多次元可視装置のソフトウェアは、マウスの位置情報を、画像を取り込むのと同じ一定周期（１／３０秒）で取り込む。１／３０秒単位で取り込まれる画像データは、マウスの位置情報に対応する画像格納メモリに保存される。なお、１／３０秒で位置が変わらない場合は、画像格納メモリに画像データが上書きされる。また、多次元可視のソフトウェアに移動距離を事前に設定しておき、マウスポインタがこの距離を移動した場合、またはフリーズ状態になった場合、録画を停止する。

以上のように、本発明の超音波プローブスキャンガイドを用いることにより、超音波診断装置からの画像データはカーソルポインタが１ドット移動するごとに、移動したカーソルポインタの座標に対応するメモリ領域に格納される。このとき、プローブガイドにより超音波プローブが直線的に移動するため横ずれの少ない撮影が可能になり、利用者は、超音波プローブの移動速度を考える必要はない。さらに、従来では不可能であったＵターンして逆方向に移動して解析することも可能になる。

また、パソコンで表現できる最小単位がドットであり、撮影データもドット単位なので適切な縮尺が得られる。このため、実測値５ｍｍでは何ドット、１０ｍｍでは何ドットという対応表を使用することによって容易にパソコンの画面上にスケールを表示可能になる。パソコン画面上でリアルタイムに３次元画像が表示可能となり、画面で確認しながら撮影することも可能になる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１ 超音波プローブスキャンガイド
２ 超音波診断装置
３ スキャンコンバータ
４ パソコン
１１ 筐体
１２ スライドアーム
１３ カーソルポイントセンサ
１１１ プローブガイド
１２１ プローブ装着板
１２２ レーザ反射シート
１２３ 超音波プローブ

Claims (5)

1. 超音波プローブを装着可能なスライドアームと、
   前記スライドアームの厚さと適合する溝が内側方向に、お互いに平行に刻まれている２本のプローブガイドを備える筐体と、
   前記スライドアームの移動を検出するためのセンサと検出した移動量を送信するインターフェースとを備えるカーソルポイントセンサと、
   を備えることを特徴とする超音波プローブスキャンガイド。
2. 前記カーソルポイントセンサは、レーザマウスのマウスコントローラであり、
   前記スライドアームはレーザを反射するレーザ反射シートをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブスキャンガイド。
3. 前記請求項１または２に記載の超音波プローブスキャンガイドを用いた画像データの取得方法であって、
   前記超音波プローブスキャンガイドに装着された超音波プローブから画像データを受け取るステップと、
   前記カーソルポイントセンサから移動量を受け取るステップと、
   前記移動量に対応した画像格納メモリに前記画像データを格納するステップと、
   を有することを特徴とする画像データの取得方法。
4. フリーズ状態が解除されたことを判定するステップをさらに有し、
   前記格納ステップは、フリーズ状態が解除された後に、前記画像データの格納を開始し、再度フリーズ状態になった場合または事前に設定された移動距離に達した場合に、前記画像データの格納を終了することを特徴とする請求項３に記載の画像データの取得方法。
5. 前記画像データを受け取るステップおよび前記移動量を受け取るステップは、１／３０秒単位で実行され、
   前記格納するステップは、前記移動量が変化しない場合、前記画像データを上書きして格納することを特徴とする請求項３また４に記載の画像データの取得方法。

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