JP2014050589A - Measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、被測定体の音速分布を測定する技術に関する。 The present invention mainly relates to a technique for measuring a sound velocity distribution of an object to be measured.
皮質骨に対して超音波信号を送信し、当該皮質骨から返ってきた超音波信号を受信することにより、皮質骨の音速を測定する音速測定装置が知られている。皮質骨の音速と、当該骨の健全性と、の間には相関性があることが知られており、皮質骨の音速を測定することにより骨診断に役立てることができる。 2. Description of the Related Art A sound speed measuring device that measures the sound speed of a cortical bone by transmitting an ultrasonic signal to the cortical bone and receiving the ultrasonic signal returned from the cortical bone is known. It is known that there is a correlation between the sound speed of the cortical bone and the soundness of the bone, and it can be used for bone diagnosis by measuring the sound speed of the cortical bone.
皮質骨の音速は測定部位によって大きく異なるため、一箇所の音速測定のみでは骨診断のために十分な情報を得ることができない場合がある。そこで、皮質骨の複数の測定部位で音速を測定して、皮質骨の音速分布を得ることができれば、骨診断に有用な情報として活用できる。 Since the sound velocity of the cortical bone varies greatly depending on the measurement site, there may be a case where sufficient information cannot be obtained for bone diagnosis only by measuring the sound velocity at one location. Thus, if the sound velocity distribution can be obtained by measuring the sound velocity at a plurality of measurement sites of the cortical bone, it can be used as information useful for bone diagnosis.
この点、特許文献1は、超音波プローブを上下並びに左右方向に適宜の間隔をおいてスキャンすることにより、骨中の音速の分布を示す速度マップを求める構成を開示している。また、非特許文献1は、超音波信号の送受信器をC字型のアームに取りつけ、このCアームをモータで移動させることにより、骨の各部位での音速を測定する装置を開示している。しかし、特許文献1及び非特許文献1は、超音波の送信器と受信器の間に被測定体を配置して、当該被測定体を透過した超音波に基づいて音速を測定する構成であるため、被測定体の表面の音速を測定できない。つまり、特許文献1及び非特許文献1に記載の測定装置では、皮質骨の音速を測定することはできない。
In this regard,
この点、非特許文献2は、大腿骨の表面の音速分布を求めることができる測定装置を開示している。非特許文献2に記載の測定装置を模式的に図8に示す。図8に示すように、非特許文献2に記載の測定装置では、送信振動子81と受信振動子82が、被測定体(大腿骨)80から見て同じ側に配置されている。送信振動子81から送信された超音波信号は、被測定体80の表面を伝播したのち、受信振動子82に受信されるように構成されている。これにより、受信振動子82が受信した超音波信号に基づいて、被測定体80の表面の音速を求めることができる。また、非特許文献2の測定装置は、図8に示すように受信振動子82をステッピングモータで移動させることができるように構成されている。非特許文献2では、受信振動子82を所定間隔で移動させて音速の測定を繰り返すことにより、被測定体(大腿骨)80表面の2次元音速分布(音速マップ)を求めている。
In this regard, Non-Patent
また、特許文献2は、脛骨の皮質骨を測定できる測定装置を開示している。この特許文献2の測定装置は、図9に示すように、複数の超音波振動子82を並べた振動子アレイ83を有している。この構成で、送信振動子81から送信された超音波信号が、被測定体(脛骨の皮質骨)80の表面を伝播したのち、振動子アレイ83の各振動子82に受信される。また、特許文献2は、骨表面ライン上に、各振動子組について導出した音速をマッピングしても良い旨を開示している。つまり、図9に示すように、各振動子組には、それぞれ異なる経路を通って超音波信号が受信されるので、超音波信号を受信する振動子組を切り換えて音速を求めることで、被測定体80表面の各部の音速を示す音速分布(音速マップ)を得ることができる。
受信振動子をモータによって移動させる非特許文献2の構成は、装置が大がかりになるという問題がある。また、実際の骨表面は湾曲しているので、骨表面の音速を適切に測定するためには、送信振動子81と受信振動子82の位置をともに3次元的にコントロールする必要があると考えられる。しかし、これを実現するには装置が複雑になり、制御も難しくなる。
The configuration of Non-Patent
この点、特許文献2の構成は、振動子を機械的に移動させるわけではないので、測定装置が機械的に複雑になることはない。しかし、特許文献2の構成で、皮質骨の広い範囲の音速分布を得るためには、振動子アレイ83に並べる振動子82の数を増やす必要があり、振動子アレイ83が大型化する。また、実際の骨表面は湾曲しているので、図10に示すように、振動子82が受信する超音波信号の到来角度φが大きくなることがある。振動子82には指向性があるため、到来角度φが大き過ぎると信号を適切に受信できない。このため、特許文献2の構成において、振動子82の数を増やしたとしても、実際に信号を適切に受信できるのは一部の振動子82のみであり、音速分布を得ることができる範囲は限られてしまう。
In this respect, the configuration of
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、簡単な構成で、骨表面の音速分布を広い範囲で測定できる測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of measuring a sound velocity distribution on a bone surface in a wide range with a simple configuration.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、以下の測定装置が提供される。即ち、この測定装置は、プローブと、測定情報取得部と、測定位置導出部と、測定情報出力部と、撮像部と、を備える。前記プローブは、被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも1軸方向に移動可能である。前記測定情報取得部は、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出部は、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力部は、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記撮像部は、基準位置における前記プローブを撮像した第1画像と、前記信号の送受信を行った送受信位置における前記プローブを撮像した第2画像と、を撮像する。そして、測定位置導出部は、前記第1画像及び前記第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出する。 According to the first aspect of the present invention, the following measuring apparatus is provided. That is, the measurement apparatus includes a probe, a measurement information acquisition unit, a measurement position deriving unit, a measurement information output unit, and an imaging unit. The probe includes a transmission unit that transmits a signal toward the measurement target, and a reception unit that receives a re-radiation signal of the signal from the measurement target, and is movable in at least one axial direction. The measurement information acquisition unit acquires measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object based on the re-radiation signal. The measurement position deriving unit acquires a measurement position that is the position of the measurement site based on the position of the probe. The measurement information output unit outputs the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position. The imaging unit captures a first image obtained by imaging the probe at a reference position and a second image obtained by imaging the probe at a transmission / reception position where the signal is transmitted / received. Then, the measurement position deriving unit calculates the amount of movement of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the first image and the second image.
このように、プローブを移動可能に構成することで、例えば被測定体が湾曲している場合であっても、当該プローブを適切な位置に配置して測定を行うことができる。そして、プローブの移動前後の画像に基づいて、当該プローブの移動量を検出することにより、特殊なセンサや複雑な機械的構成などを必要とせずに測定位置を特定できる。そして、測定位置に応じた測定結果を出力することにより、被測定体における測定結果の分布を得ることができる。 As described above, by configuring the probe to be movable, for example, even when the measured object is curved, the probe can be arranged at an appropriate position to perform measurement. Then, by detecting the amount of movement of the probe based on the images before and after the movement of the probe, the measurement position can be specified without requiring a special sensor or a complicated mechanical configuration. And the distribution of the measurement result in a to-be-measured body can be obtained by outputting the measurement result according to a measurement position.
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、特徴点を含むマーカ図形を備える。前記測定位置導出部は、前記第1画像及び前記第2画像の前記特徴点で特徴量がマッチングする特徴点のペアを求める。そして、前記測定位置導出部は、前記マッチングした特徴点の座標に基づいて、前記移動量を算出する。 The measurement apparatus is preferably configured as follows. That is, the probe includes a marker graphic including feature points. The measurement position deriving unit obtains a pair of feature points whose feature amounts match with the feature points of the first image and the second image. The measurement position deriving unit calculates the amount of movement based on the coordinates of the matched feature points.
このように、送受信を行ったときのプローブの画像を撮影し、基準位置のプローブの画像とマッチングを行うことにより、当該プローブの基準位置からの移動量を精度良く導出できる。 In this way, by capturing an image of the probe when transmission / reception is performed and performing matching with the image of the probe at the reference position, the amount of movement of the probe from the reference position can be accurately derived.
上記の測定装置は、以下のように構成することもできる。即ち、前記プローブは慣性計測装置を備える。前記測定位置導出部は、前記撮像部が撮像した前記画像に基づいて前記移動量を適切に算出できない場合、前記画像に基づいて最後に移動量を算出できたときからの前記プローブの移動量を、前記慣性計測装置の出力に基づいて導出する。 The above measuring apparatus can also be configured as follows. That is, the probe includes an inertial measurement device. When the measurement position deriving unit cannot appropriately calculate the movement amount based on the image captured by the imaging unit, the measurement position deriving unit calculates the movement amount of the probe from when the movement amount was last calculated based on the image. Derived based on the output of the inertial measurement device.
このように、プローブに慣性計測装置(加速度センサ、角速度センサなど)を内蔵しておけば、プローブの外部にセンサ等を設けなくても、当該プローブの移動量と回転量を検出できる。そして、プローブの移動速度が速い場合など、カメラで撮影した画像がブレて画像の特徴点のマッチングを行えない場合に、慣性計測装置の出力を補間的に用いることにより、プローブの移動速度が速い場合であっても、当該プローブの移動と回転を精度良く検出できる。 Thus, if the inertial measurement device (acceleration sensor, angular velocity sensor, etc.) is built in the probe, the movement amount and the rotation amount of the probe can be detected without providing a sensor or the like outside the probe. And, when the moving speed of the probe is fast, when the image captured by the camera is blurred and the feature points of the image cannot be matched, the output of the inertial measurement device is interpolated to make the moving speed of the probe fast. Even in this case, the movement and rotation of the probe can be detected with high accuracy.
上記の測定装置において、前記プローブは、少なくとも1軸まわりに回転可能であることが好ましい。 In the measurement apparatus, it is preferable that the probe is rotatable at least about one axis.
このように、プローブが回転可能であれば、信号の送受信を行うとときのプローブの姿勢をより自由に設定できるので、例えば被測定体が湾曲している場合であっても、当該プローブを適切な位置及び角度で配置して測定を行うことができる。これにより、測定の精度を向上させることができる。 In this way, if the probe can be rotated, the position of the probe can be set more freely when signals are transmitted and received. For example, even if the measured object is curved, Measurements can be made at various positions and angles. Thereby, the accuracy of measurement can be improved.
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記第1画像及び第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出する。 The measurement apparatus is preferably configured as follows. That is, the measurement position deriving unit calculates the amount of rotation of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the first image and the second image in addition to the movement amount.
このように、プローブの移動前後の画像に基づいて、当該プローブの移動量及び回転量を検出できる。 Thus, the movement amount and rotation amount of the probe can be detected based on the images before and after the probe movement.
本発明の第2の観点によれば、以下の構成の測定装置が提供される。即ち、この測定装置は、プローブと、測定情報取得部と、測定位置導出部と、測定情報出力部と、を備える。前記プローブは、被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも1軸方向に移動可能である。前記測定情報取得部は、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出部は、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力部は、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記プローブは、慣性計測装置を備える。前記測定位置導出部は、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出する。 According to the 2nd viewpoint of this invention, the measuring apparatus of the following structures is provided. That is, the measurement apparatus includes a probe, a measurement information acquisition unit, a measurement position derivation unit, and a measurement information output unit. The probe includes a transmission unit that transmits a signal toward the measurement target, and a reception unit that receives a re-radiation signal of the signal from the measurement target, and is movable in at least one axial direction. The measurement information acquisition unit acquires measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object based on the re-radiation signal. The measurement position deriving unit acquires a measurement position that is the position of the measurement site based on the position of the probe. The measurement information output unit outputs the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position. The probe includes an inertial measurement device. The measurement position deriving unit calculates a movement amount from a reference position of the probe to a transmission / reception position where the signal is transmitted / received based on an output of the inertial measurement device.
即ち、慣性計測装置単独でプローブの移動量を十分な精度で測定できる場合には、上記のように、撮像部によってプローブを撮影する構成を省略できる。 That is, in the case where the movement amount of the probe can be measured with sufficient accuracy by the inertial measurement device alone, the configuration for imaging the probe by the imaging unit as described above can be omitted.
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、少なくとも1軸まわりに回転可能である。前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出する。 The measurement apparatus is preferably configured as follows. That is, the probe can rotate about at least one axis. The measurement position deriving unit calculates a rotation amount of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the output of the inertial measurement device in addition to the movement amount.
このように、慣性計測装置の出力に基づいて、プローブの移動量と回転量を算出できる。 In this way, the amount of movement and the amount of rotation of the probe can be calculated based on the output of the inertial measurement device.
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、複数の受信部を並べて配置したアレイを有する。当該測定装置は、前記複数の受信部の少なくとも何れかが受信した信号に基づいて、前記測定情報を取得する。 The measurement apparatus is preferably configured as follows. That is, the probe has an array in which a plurality of receiving units are arranged. The measurement apparatus acquires the measurement information based on a signal received by at least one of the plurality of reception units.
即ち、被測定体からの信号の到来角度によっては受信部で適切な受信を行えない場合があるので、例えば受信部が1つだけの場合は測定できる対象が限られてしまう。そこで、複数の受信部を並べて設けることにより、何れかの受信部で信号を適切に受信できる可能性が高まるので、測定装置によって測定できる対象を広げることができる。 In other words, depending on the angle of arrival of the signal from the measured object, the receiving unit may not be able to perform proper reception. For example, when there is only one receiving unit, the objects that can be measured are limited. Therefore, by arranging a plurality of receiving units side by side, the possibility that any one of the receiving units can appropriately receive a signal increases, so that the objects that can be measured by the measuring apparatus can be expanded.
上記の測定装置において、前記信号は超音波信号とすることができる。この場合、前記測定情報取得部は、例えば前記被測定体の音速を取得する。また、測定情報取得部は、被測定体の広帯域超音波減衰係数を取得しても良い。 In the above measurement apparatus, the signal may be an ultrasonic signal. In this case, the measurement information acquisition unit acquires the speed of sound of the measurement object, for example. Further, the measurement information acquisition unit may acquire a broadband ultrasonic attenuation coefficient of the measurement object.
この測定装置によれば、被測定体における音速の分布や広帯域超音波減衰係数の分布を求めることができる。 According to this measuring apparatus, it is possible to obtain the distribution of the sound speed and the distribution of the broadband ultrasonic attenuation coefficient in the measurement object.
上記の測定装置において、前記被測定体は、人体内の皮質骨とすることができる。 In the measurement apparatus, the measurement object may be a cortical bone in a human body.
この測定装置によれば、人体内の皮質骨における音速の分布や広帯域超音波減衰係数の分布を求めることができる。 According to this measuring apparatus, it is possible to obtain the distribution of the sound velocity and the distribution of the broadband ultrasonic attenuation coefficient in the cortical bone in the human body.
本発明の第3の観点によれば、送信部と受信部を有し、少なくとも1軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法が提供される。即ち、この測定方法は、送信工程と、受信工程と、測定情報取得工程と、測定位置導出工程と、測定情報出力工程と、を含む。前記送信工程では、前記送信部から被測定体に向けて信号の送信を行う。前記受信工程では、前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する。前記測定情報取得工程では、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出工程では、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力工程では、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記測定位置導出工程は、前記プローブの基準位置における当該プローブの第1画像を撮像する第1撮像工程と、前記プローブが前記信号の送受信を行った送受信位置における前記プローブの第2画像を撮像する第2撮像工程と、を含む。そして、前記測定位置導出工程では、前記第1画像及び前記第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a measurement method for measuring a measured object by a measurement apparatus having a transmitter and a receiver and including a probe that is movable in at least one axial direction. That is, the measurement method includes a transmission step, a reception step, a measurement information acquisition step, a measurement position derivation step, and a measurement information output step. In the transmission step, a signal is transmitted from the transmission unit toward the measurement object. In the receiving step, a re-radiation signal of the signal from the measured object is received by the receiving unit. In the measurement information acquisition step, measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object is acquired based on the re-radiation signal. In the measurement position deriving step, a measurement position that is the position of the measurement site is acquired based on the position of the probe. In the measurement information output step, the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position are output. The measurement position deriving step captures a first image capturing step of capturing a first image of the probe at a reference position of the probe, and capturing a second image of the probe at a transmission / reception position where the probe transmits / receives the signal. A second imaging step. In the measurement position deriving step, an amount of movement of the probe from the reference position to the transmission / reception position is calculated based on the first image and the second image.
本発明の第4の観点によれば、送信部と受信部と慣性計測装置を有し、少なくとも1軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法が提供される。即ち、この測定方法は、送信工程と、受信工程と、測定情報取得工程と、測定位置導出工程と、測定情報出力工程と、を含む。前記送信工程では、前記送信部から被測定体に向けて信号の送信を行う。前記受信工程では、前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する。前記測定情報取得工程では、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出工程では、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力工程では、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記測定位置導出工程では、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a measurement method for measuring an object to be measured by a measurement device having a transmitter, a receiver, and an inertial measurement device, and having a probe movable at least in one axial direction. The That is, the measurement method includes a transmission step, a reception step, a measurement information acquisition step, a measurement position derivation step, and a measurement information output step. In the transmission step, a signal is transmitted from the transmission unit toward the measurement object. In the receiving step, a re-radiation signal of the signal from the measured object is received by the receiving unit. In the measurement information acquisition step, measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object is acquired based on the re-radiation signal. In the measurement position deriving step, a measurement position that is the position of the measurement site is acquired based on the position of the probe. In the measurement information output step, the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position are output. In the measurement position deriving step, a movement amount from the reference position of the probe to the transmission / reception position where the signal is transmitted / received is calculated based on the output of the inertial measurement device.
次に、本発明の第1実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る測定装置としての超音波診断装置1のブロック図である。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic
本実施形態の超音波診断装置1は、人体内の脛骨の皮質骨10を被測定体としている。本実施形態の超音波診断装置1は、脛骨の皮質骨10に向けて超音波信号を送信し、当該皮質骨10から返ってきた超音波信号に基づいて、皮質骨10の音速を測定するように構成されている。
The ultrasonic
図1に示すように、超音波診断装置1は、プローブ(超音波送受波器)2と、装置本体3と、カメラ4と、から構成されている。
As shown in FIG. 1, the ultrasonic
プローブ2は、超音波の送波及び受波を行うものである。このプローブ2は、測定部位の軟組織11の表面(皮膚)に当接する当接面2aと、振動子アレイ22を備えている。振動子アレイ22は、当接面2aに沿って、等間隔で1列に並んで配列された複数の振動子24からなっている。
The
なお、以下の説明で、振動子アレイ22において振動子24が並んでいる方向をxprobe軸方向と呼び、当接面2aに直交する方向をyprobe軸方向と呼ぶ。また、xprobe軸とyprobe軸で定義される座標系を、プローブ座標系と呼ぶ。なお、各振動子24のプローブ座標系における位置は既知である。
In the following description, the direction in which the
振動子24は、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させるとともに、その表面に超音波を受波すると電気信号を生成して出力する。即ち、各振動子24は、超音波信号の送信を行う送信部と、超音波信号の受信を行う受信部と、としての機能を兼ねている。プローブ2はケーブルによって装置本体3と接続されており、装置本体3との間で信号の送受信ができるように構成されている。
When an electric signal is given, the
本実施形態の超音波診断装置1が備えるプローブ2は、測定者が手で持って自由に移動させることができるように構成されている。つまり、プローブ2は、手で持って移動させることができる程度の大きさ及び重さとなっている。また、プローブ2は、ケーブルによって装置本体3と接続されているが、その他の機械的な拘束は受けていない。以上により、プローブ2は、3軸の自由度で移動させることが可能であり、かつ、3軸まわりに回転させることが可能に構成されている。測定者は、プローブ2をフリーハンドで所望の位置まで移動させて、超音波の送受信を行わせることができる。
The
カメラ4は、例えばCCDカメラなどのデジタル方式のカメラであり、画像を撮影して、当該画像のデータを装置本体3に出力するように構成されている。なお、カメラ4としては、市販のウェブカメラなどを利用することができる。カメラ4は、図3に示すようにプローブ2を撮像するために設けられている。また、図3の配置ではカメラ4とプローブ2との距離が比較的近いため、本実施形態のカメラ4は、マクロ撮影用のレンズ17を装着している。
The
装置本体3は、送信回路31と、受信回路33と、送受信分離部34と、演算部35と、を備えている。
The
送信回路31は、振動子アレイ22の各振動子24を振動させて超音波を発生させるための電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各振動子24に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば1〜10MHz程度である。
The
電気パルスが印加された振動子24は、当該電気パルス信号に応じて振動して超音波を発生させる。送信回路31は、振動子アレイ22の複数の振動子24それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の振動子24から、一斉に、あるいは個別のタイミングで超音波を送波するように制御できる。
The
受信回路33は、振動子アレイ22を構成する各振動子24が超音波を受波することにより出力する電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部35に送信するように構成されている。
The receiving
送受信分離部34は、振動子アレイ22と、前記送信回路31及び前記受信回路33と、の間に接続されている。この送受信分離部34は、送信回路31から振動子アレイ22に送られる電気信号(電気パルス信号)が受信回路33に直接流れるのを防止するとともに、振動子アレイ22から受信回路33に送られる電気信号が送信回路31側に流れるのを防止するためのものである。
The transmission /
演算部35は、CPU、RAM、ROMなどのハードウェアと、当該ハードウェアで実行されるコンピュータプログラムとから成っており、各振動子24が受信した信号、及びカメラ4が撮影した画像に基づいて、皮質骨10の音速分布を導出するように構成されている。なお、演算部35で行われる処理の詳細については後述する。
The
演算部35によって導出された音速分布は、例えば表示部32にグラフィカルに表示される。以上のように構成された超音波診断装置1により、脛骨の皮質骨10の音速分布を測定できる。
The sound speed distribution derived by the
また、本実施形態の超音波診断装置1で測定を行う際には、図3に示す装具5を利用する。この装具5は、診断対象である患者の脛15に対してベルト16などによって固定できるように構成されている。装具5には、前記カメラ4が固定されている。装具5には、プローブ2を挿入可能な枠部7が形成されている。枠部7は、その内部にプローブ2を挿入させることにより、当該プローブ2の当接面2aを、脛骨近傍の軟組織11の表面(皮膚表面)に当接させることができるように形成されている。
Moreover, when measuring with the ultrasonic
枠部7は、プローブ2の形状よりも若干大きく形成されている。従って、測定者は、プローブ2を枠部7に挿入した状態で、当該プローブ2をある程度自由に移動及び回転させることができる。この枠部7は、皮質骨10及びカメラ4に対するプローブ2の移動範囲を制限するためのものである。即ち、本実施形態のプローブ2は、測定者が手で持って自由に移動させることができるように構成されているので、測定者がプローブ2を大きく移動させた場合、当該プローブ2が皮質骨10に対して不適切な位置となったり、カメラ4の撮影範囲から外れたりし得る。測定者は、枠部7の範囲内でプローブ2を移動させることで、皮質骨10及びカメラ4に対するプローブ2の位置を適切に保つことができる。
The
続いて、本実施形態の超音波診断装置1の特徴的な構成について説明する。
Subsequently, a characteristic configuration of the ultrasonic
前述のように、皮質骨10の音速は、測定部位によって大きく異なる。また、脛骨の皮質骨10の表面は湾曲しているため、プローブ2の位置を調整しなければ超音波信号の送受信を適切に行えない場合がある。そこで、皮質骨10の各部の音速を適切に測定するためには、例えば図4に示すように、湾曲した皮質骨10の形状にあわせてプローブ2の位置と角度を適宜変更すれば好適である。本実施形態の超音波診断装置1では、測定者がプローブ2を手で持って自由に移動させることができるので、図4のように皮質骨10にあわせてプローブを移動させることが容易である。
As described above, the sound velocity of the
ところが、従来の超音波診断装置では、手で持って移動させることができるプローブ2の位置や角度を検出する手段を有していなかった。このため従来の超音波診断装置では、プローブ2を所定位置に固定してから音速測定を行っており、プローブ2を自由に移動させることができるという利点を活かすことができていなかった。
However, the conventional ultrasonic diagnostic apparatus does not have means for detecting the position and angle of the
そこで、本実施形態の超音波診断装置1は、カメラ4でプローブ2の画像を撮影し、当該画像の特徴点を検出することで、装具5に対するプローブ2の位置と角度を画像認識によって検出するように構成されている。プローブ2の位置と角度の検出に画像認識を利用することにより、フリーハンドで移動させたプローブ2の位置及び角度を、特別なセンサ等を用いることなく検出できる。そして、このように、プローブ2の位置及び角度を検出可能とすることにより、プローブ2を自由に移動させることができるという利点を活かして皮質骨10の各部の測定を行うことができる。
Therefore, the ultrasonic
次に、本実施形態の超音波診断装置1を用いた測定方法について、図2のフローチャートを参照して説明する。
Next, a measurement method using the ultrasonic
まず、測定者は、超音波診断装置1による音速測定を行うのに先立って、診断対象である患者の脛15に装具5を固定する(ステップS101、装具設定工程)。これにより、装具5が、被測定体である脛骨の皮質骨10に対して固定されたことになる。また、装具5にはカメラ4が固定されているので、カメラ4も皮質骨10に対して固定されたことになる。なお、装具5の固定位置は予め決められており、患者の性別や年齢にかかわらず脛15の特定の部位に固定する。これにより、患者ごとの測定部位のバラつきを抑え、信憑性のある測定結果を得ることができる。
First, the measurer fixes the
以下の説明で、カメラ4の撮影方向(カメラ4が向く方向)をz軸方向と呼び、カメラで撮影される画像の横軸に平行な方向をx軸方向、画像の縦軸に平行な方向をy軸と方向呼ぶ。前述のように、カメラ4は装具5に固定されているので、x軸、y軸、及びz軸で定義される直交座標系を、装具座標系と呼ぶ。
In the following description, the shooting direction of the camera 4 (the direction in which the
続いて、測定者は、プローブ2を装具5の枠部7の内側に挿入するとともに、当該プローブ2を、装具5に対して所定の位置及び所定の角度となるように配置する。このときのプローブ2の位置及び角度を、当該プローブ2の基準位置とする。この状態で、測定者は、所定の操作を行うことにより、プローブ2の画像をカメラ4で撮影する(ステップS102、第1撮像工程)。このとき撮影されたプローブ2の画像を、基準画像(第1画像)と呼ぶ。なお、基準位置のプローブ2は、装具5に対して所定の位置及び所定の角度となるように配置されるので、基準位置のプローブ2の装具座標系での位置及び角度は既知である。
Subsequently, the measurer inserts the
続いて、測定者は、プローブ2を手で持って、適宜の位置に移動させ(ステップS103、プローブ移動工程)、プローブ2の当接面2aを軟組織11の表面(皮膚表面)に当接させて超音波の送受信を行う(ステップS104)。
Subsequently, the measurer holds the
超音波の送受信について具体的に説明すると、以下のとおりである。まず、送信回路31が複数の振動子24に所定の位相差を与えて信号を印加することにより、図4に示すように、振動子アレイ22から皮質骨10に向けて斜め方向の超音波ビームを送信する(送信工程)。図4に示すように、超音波ビームが皮質骨10の表面に臨界角に近い角度で入射すると、当該皮質骨10の表面近傍を超音波信号が伝播して、再び振動子アレイ22側に向けて軟組織11中に放射される。このように、皮質骨10を伝播した後、再び軟組織11中に放射された超音波信号を、再放射信号と呼ぶ。
The transmission / reception of ultrasonic waves will be specifically described as follows. First, the transmitting
皮質骨10からの再放射信号は、多数並んで設けられている振動子24のうち、少なくとも何れかに受信される(受信工程)。なお、皮質骨10の形状や、当該皮質骨10に対するプローブ2の姿勢によっては、再放射信号を振動子24で適切に受信できない場合も有り得る。しかし、本実施形態の超音波診断装置1では、多数の振動子24を並べて有しているので、受信工程において、何れかの振動子24で再放射信号を適切に受信できる可能性は高い。このため、プローブ移動工程(ステップS103)でプローブ2をどのように移動させたとしても、ほぼ確実に超音波の送受信を行うことができる。もっとも、仮に再放射信号を適切に受信できなかったとしても、その場合には、プローブ2を別の場所に移動させて、送信工程と受信工程をやり直せば良い。そして、受信された超音波信号(再放射信号)は、受信回路33を介して、演算部35に送られる。
A re-radiation signal from the
また、ステップS104において超音波信号の送受信を行ったとき、演算部35は、プローブ2の画像をカメラ4によって撮影する(第2撮像工程)。このとき撮影した画像を、送受信時画像(第2画像)と呼ぶ。また、このときのプローブ2の位置及び角度を、送受信位置と呼ぶ。
Further, when the ultrasonic signal is transmitted and received in step S104, the
続いて、演算部35は、ステップS104で振動子24が受信した再放射信号に基づいて、皮質骨10に関する測定情報を取得する(ステップS106、測定情報取得工程)。このように、演算部35は、測定情報取得部36としての機能を有している。本実施形態の測定情報取得部36は、前記測定情報として、皮質骨10の音速を取得するように構成されている。なお、皮質骨10からの再放射信号に基づいて当該皮質骨10の音速を算出する方法は、例えば特許文献2に記載されているので、詳細な説明は省略する。
Subsequently, the
前述のように、皮質骨10の音速は、測定する部位によって大きく異なる。ところが、超音波信号の送受信を1回行っただけでは、皮質骨10の一部についての音速しか得ることができない。つまり、ステップS106で取得される音速は、皮質骨10の一部の部位について測定した音速であると言える。ステップS106で音速が取得された皮質骨10の部位を「測定部位」と呼び、当該測定部位の位置を「測定位置」と呼ぶ。
As described above, the sound speed of the
図4に示すように、皮質骨10に入射した超音波信号は、皮質骨10の一部を伝播した後、プローブ2に向けて再放射される。この再放射信号に基づいて皮質骨10の音速を取得した場合、当該皮質骨10中を超音波信号が伝播した部位が「測定部位」となる。演算部35は、プローブ2が送受信した超音波信号に基づいて、測定部位の位置(測定位置)を導出する(ステップS105)。このように、演算部35は、測定位置導出部30としての機能を有している。なお、測定位置の導出は、例えば特許文献2に記載されている技術を利用して、プローブ2で送受信した超音波信号の伝播ルートを算出し、皮質骨10中を超音波信号が伝播した部位(測定部位)の位置(測定位置)を求めることにより行うことができる。
As shown in FIG. 4, the ultrasonic signal incident on the
ステップS105では、プローブ2で送受信した超音波信号に基づいて測定位置を導出するので、プローブ2を基準とした座標系(プローブ座標系(xprobe,yprobe))で表現された測定位置が取得される。
In step S105, since the measurement position is derived based on the ultrasonic signal transmitted and received by the
ところで、本実施形態のプローブ2は、自由に移動又は回転させることが可能に構成されている。図4に示すように、プローブ2を移動又は回転させると、プローブ座標系も移動又は回転してしまう。従って、測定位置がプローブ座標系で表現されていると、プローブ2を移動させながら複数の測定部位の音速を測定したときに、複数の測定位置を同一の座標系で比較することが困難となる。このため、プローブ2の移動又は回転とは独立した座標系によって音速の測定位置を表現できることが好ましい。
By the way, the
そこで、本実施形態の測定位置導出部30は、プローブ座標系で表現された測定位置を、装具座標系に座標変換するように構成されている(ステップS107〜S111、測定位置導出工程)。このために、測定位置導出部30は、カメラ4で撮影した画像に基づいて、装具5に対するプローブ2の位置を画像認識によって検出するように構成されている。
Therefore, the measurement
具体的には以下の通りである。測定位置導出部30は、ステップS102で撮影した基準画像の特徴点と、ステップS104で撮影した送受信時画像の特徴点と、をそれぞれ検出するとともに、各特徴点の特徴量を求める(ステップS107、特徴点検出工程)。このように、測定位置導出部30は、特徴点検出部37としての機能を有している。特徴点及び特徴量の検出方法としては、画像認識の分野で良く知られたSURF法などを利用できる。
Specifically, it is as follows. The measurement
本実施形態では、図3に示すように、コントラスト及び形状が明瞭なマーカ図形18を、プローブ2のカメラ4を向く側の面に貼り付けている。従って、カメラ4が撮像した画像には、上記マーカ図形18の少なくとも一部が含まれる。マーカ図形18はコントラスト及び形状が明瞭であるため、特徴点検出部37は、カメラ4が撮像した基準画像及び送受信時画像に含まれるマーカ図形18の特徴点を容易に検出できる。これにより、特徴点及び特徴量の検出精度を向上させることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a marker graphic 18 with clear contrast and shape is attached to the surface of the
なお、本実施形態のカメラ4はマクロ撮影用のレンズ17を装着しているため、撮影した画像の歪み(ラジアルディストーション)が比較的大きい。後述の特徴点マッチング処理を正確に行うために、この歪みを校正することが好ましい。そこで測定位置導出部30は、ステップS106で検出された特徴点の位置を補正して、ラジアルディストーションの影響を除去する(ステップS108、カメラ補正工程)。
In addition, since the
続いて、測定位置導出部30は、ステップS107で求めた各特徴点の特徴量に基づいて、基準画像と送受信時画像で特徴量が一致する特徴点の組み合わせ(特徴点ペア)を求める(ステップS109、マッチング処理工程)。このように、測定位置導出部30は、マッチング処理部38としての機能を有している。
Subsequently, the measurement
なお、上記のようにして得られた特徴点ペアは、正しくない組み合わせを含んでいる場合がある。そこで、マッチング処理部38は、正しくない特徴点ペアを除く処理を行う。正しくない特徴点ペアを検出する方法としては、例えばRANSAC法、M−estimator法などのアルゴリズムを利用しても良い。しかし、これらのアルゴリズムは、収束しない場合がある。そこで、本実施形態では、これらのアルゴリズムを利用せずに、簡単な閾値を使って正しくない特徴点ペアを削除する。
Note that the feature point pair obtained as described above may include an incorrect combination. Therefore, the matching
具体的には以下のとおりである。本実施形態では、画像認識によってプローブ2の位置と角度を検出することを目指しているので、プローブ2についての特徴点の組み合わせとして有り得ない特徴点ペアは削除しても構わない。この点、本実施形態では、プローブ2を装具5の枠部7の内部で移動させるようにしているので、プローブ2が移動する範囲は限られており、画像上での特徴点の移動量も限られている。そこで、マッチング処理部38は、ある特徴点ペアにおいて、特徴点同士の距離が所定の閾値よりも離れている場合には、プローブ2についての特徴点の組み合わせとして有り得ないと判断し、このような特徴点ペアを削除する。
Specifically, it is as follows. Since the present embodiment aims to detect the position and angle of the
次に測定位置導出部30は、上記のようにして求めた特徴点ペアに基づいて、基準位置から送受信位置までのプローブの幾何学変換(移動量及び回転量)を導出する(ステップS110、幾何学変換導出工程)。このように、測定位置導出部30は、幾何学変換導出部39としての機能を有している。求めるべき幾何学変換のパラメータとしては、装具座標系で、x軸方向の移動量Δx、y軸方向の移動量Δy、z軸方向の移動量Δz、x軸回りの回転量θx、y軸回りの回転量θy、及びz軸回りの回転量θzの6つのパラメータが考えられる。
Next, the measurement
ところで、本実施形態の超音波診断装置1は、カメラ4で撮影した画像に基づいてプローブ2の移動量及び回転量を検出する構成であるため、x−y平面内での移動及び回転は比較的精度良く検出できるが、当該x−y平面に直交する方向の移動及び回転は検出精度が劣ると考えられる。そこで本実施形態の幾何学変換導出部39は、プローブ2がx−y平面内でのみ動くとものと仮定して、上記幾何学変換のパラメータのうち、x軸方向の移動量Δx、y軸方向の移動量Δy、及びz軸回りの回転量θzの3つのパラメータのみを求める。ある特徴点ペアにおいて、基準画像上での特徴点の座標を(x,y)、送受信時画像上での特徴点の座標を(x’,y’)とすれば、プローブ2の幾何学変換は以下の式で表すことができる。
By the way, since the ultrasonic
上記のパラメータΔx、Δy、及びθzは、各特徴点ペアについて求めることができる。幾何学変換導出部39は、Levenberg−Marquardt法などのフィッティング法を用いて、上記数式1を最適化するパラメータΔx、Δy、及びθzの組み合わせを求める。
Above parameters [Delta] x, [Delta] y, and theta z can be determined for each feature point pair. Geometric
なお、上記のようにフィッティング法を用いてパラメータを求める際に、正しくない特徴点ペアが残っていると、パラメータを正確に導出できない。そこで、幾何学変換導出部39は、上記のようにしてフィッティングで得られた3つのパラメータΔx、Δy及びθzと、基準画像上での各特徴点の座標(x,y)と、を数式1に代入して、送受信時画像上での特徴点の座標(x’,y’)を算出する。そして、上記のようにして算出した座標と、送受信時画像上での対応するの特徴点の実際の座標(x’,y’)と、の誤差を求める。そして演算部35は、誤差が大きい特徴点ペアは削除して、パラメータΔx、Δy、及びθzを求め直す。これを繰り返すことにより、幾何学変換導出部39は、Δx、Δy、及びθzを精度良く求めることができる。
Note that, when parameters are obtained using the fitting method as described above, if an incorrect feature point pair remains, the parameters cannot be accurately derived. Therefore, the geometric
以上のようにして、プローブ2の基準位置から送受信位置までの移動量Δx、Δy、及び回転量θzを求めることができる。ところで前述のように、基準位置におけるプローブ2の装具座標系での位置及び角度は、既知である。そこで、測定位置導出部30は、基準位置におけるプローブ2の装具座標系での位置及び角度に対して、移動量Δx、Δy、及び回転量θzを適用することにより、送受信位置におけるプローブ2の装具座標系での位置及び角度を求める。以上により、ステップS104において超音波信号を送受信したときのプローブ2の位置及び角度(送受信位置のプローブ2の位置及び角度)を、装具座標系で求めることができる。
As described above, it is possible to determine the movement amount [Delta] x, [Delta] y, and the rotation amount theta z from the reference position of the
さて、ステップS104で超音波信号を送受信したときのプローブ2の位置及び角度が装具座標系で分かれば、当該超音波信号を送受信したときのプローブ座標系を装具座標系に座標変換することができる。測定位置導出部30は、ステップS105において取得したプローブ座標系での測定位置(xprobe,yprobe)を、装具座標系(x,y,z)に座標変換する(ステップS111)。以上により、皮質骨10の音速の測定位置を、装具座標系(x,y,z)で求めることができる。
Now, if the position and angle of the
なお、装具5は皮質骨10に対して固定されているので、装具座標系は皮質骨10に対して固定されている。このことから、装具座標系は、皮質骨10を基準とした座標系であるということもできる。従って、上記の測定位置導出工程により、皮質骨10を基準として測定位置を求めることができたといえる。
Since the
そして演算部35は、ステップS106で取得した音速の値と、ステップS111で求めた装具座標系での測定位置と、を対応付けて記憶する(ステップS112)。
And the calculating
測定者は、必要に応じてプローブ2を適宜移動させ(ステップS103)、超音波の送受信を行うとともにプローブ2の画像を撮影する(ステップS104)ことにより、音速の測定を行う(ステップS106)。プローブ2は位置と角度を自由に変更させることができるので、当該プローブ2の位置を調整することにより、皮質骨10の各部についての音速を適宜測定できる。そして、ステップS107からステップS111の処理によって、装具座標系での測定位置を求める。
The measurer moves the
ステップS103からステップS112までの処理を繰り返すことにより、装具座標系での測定位置と、当該測定位置における音速の測定値と、の関係を求めていくことができる。演算部35は、音速の測定値と、当該音速の装具座標系での測定位置と、の関係を、必要に応じて表示部32に出力する(ステップS113、測定情報出力工程)。このように、演算部35は、測定情報出力部41としての機能を有している。
By repeating the processing from step S103 to step S112, the relationship between the measurement position in the appliance coordinate system and the measured value of the sound velocity at the measurement position can be obtained. The
表示部32は、測定情報出力部41から入力された音速と測定位置の関係を、グラフにプロットして適宜表示するように構成されている。表示部32に表示されるグラフの例を、図5に示す。なお、装具座標系は3次元の直交座標系なので、本実施形態の測定装置で測定された音速は、3次元空間(x,y,z)にプロットすることが可能である。ただし、図示の都合上、図5では、x軸方向についてのみ音速をプロットしたグラフを示している。
The
装具座標系はプローブ2の移動及び回転から独立しているので、プローブ2を適宜移動及び回転させて音速を測定し、当該音速の測定結果と、装具座標系での測定位置と、の関係を図5に示すようにプロットしていくことができる。このように、プローブ2を適宜移動させながら皮質骨10の各部についての音速を測定していくことで、当該皮質骨10中の音速の分布を得ることができる。
Since the equipment coordinate system is independent of the movement and rotation of the
また、前述のように、装具5は、患者の年齢や性別にかかわらず、予め決まった位置に固定される。従って、図5に示すように、年齢や性別が異なる患者の皮質骨について測定した音速を、同じ装具座標系にプロットして比較検討することができる。例えば図5では、年齢や性別が異なる3人の患者それぞれの皮質骨について音速を測定した結果を、1つのグラフにプロットした例を示している。これにより、年齢や性別による違いを考慮して、患者の骨診断をより的確に行うことができる。
Further, as described above, the
以上で説明したように、本実施形態の超音波診断装置1は、プローブ2と、測定情報取得部36と、測定位置導出部30と、測定情報出力部41と、カメラ4と、を備えている。プローブ2は、皮質骨10に向けて信号を送信するとともに、前記信号の皮質骨10からの再放射信号を受信する振動子24を有している。また、プローブ2は、3軸方向に自由に移動させることが可能である。測定情報取得部36は、再放射信号に基づいて、皮質骨10中の測定部位における音速を取得する。測定位置導出部30は、プローブ2の位置に基づいて、測定位置を取得する。測定情報出力部41は、測定位置と、当該測定位置に対応した測定情報を出力する。カメラ4は、基準位置におけるプローブ2を撮像した基準画像と、信号の送受信を行った送受信位置におけるプローブ2を撮像した送受信時画像と、を撮像する。そして、測定位置導出部30は、基準画像及び送受信時画像に基づいて、プローブ2の基準位置から送受信位置までの移動量を算出する。
As described above, the ultrasonic
このように、プローブ2を移動可能に構成することで、例えば皮質骨10が湾曲している場合であっても、当該プローブ2を適切な位置に配置して測定を行うことができる。そして、プローブ2の移動前後の画像に基づいて、当該プローブ2の移動量を検出することにより、特殊なセンサや複雑な機械的構成などを必要とせずに測定位置を特定できる。そして、測定位置に応じた音速を出力することにより、皮質骨10における音速の分布を得ることができる。
Thus, by configuring the
次に、本発明の第2実施形態について、図6を参照して説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of the present embodiment, the same or similar members as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof is omitted.
上記実施形態では、カメラ4でプローブ2の画像を撮影して特徴点を検出しているので、当該カメラ4がプローブ2を適切に撮影できない場合は、特徴点のマッチングを行うことができない。例えば、プローブ2の移動が早い場合は、カメラ4で撮影した画像がブレてしまい、特徴点の検出が難しくなる。
In the above-described embodiment, since the feature point is detected by taking an image of the
そこで、この第2実施形態では、プローブ2に慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)42を内蔵した構成としている。慣性計測装置42は、具体的には、少なくともx軸方向及びy軸方向での加速度を検出可能な加速度センサと、少なくともz軸回りの角速度を検出可能な角速度センサである。測定位置導出部30は、慣性計測装置42の出力を積分することにより、プローブ2の移動量及び回転量を検出するように構成されている。これにより、カメラ4によってプローブ2を適切に撮影できなかった場合であっても、当該プローブ2の移動量と回転量を検出することができる。
Therefore, in the second embodiment, the
しかし、慣性計測装置42の出力を積分してプローブ2の移動量と回転量を検出するという性質上、計測時間が長くなると誤差が蓄積するという問題がある。そこで、この第2実施形態の測定位置導出部30は、慣性計測装置42と、カメラ4と、を組み合わせて、プローブ2の移動量と回転量を検出するように構成されている。
However, due to the nature of detecting the amount of movement and the amount of rotation of the
即ち、ステップS109で特徴点のマッチングを適切に行うことがでた場合には、第2実施形態の測定位置導出部30は、上記第1実施形態と同様に、特徴点ペアに基づいてプローブ2の幾何学変換を求める。この場合、慣性計測装置42の出力は用いないので、当該慣性計測装置42の誤差が問題となることはない。
That is, if the feature point matching can be appropriately performed in step S109, the measurement
一方、ステップS109で特徴点のマッチングを適切に行うことができない場合(例えばカメラ4が撮影した画像がブレていた場合)、測定位置導出部30は、特徴点ペアに基づいて幾何学変換を最後に導出できたときからのプローブ2の移動量及び回転量を、慣性計測装置42の出力に基づいて求める。この場合、最後に幾何学変換を導出できたときからの慣性計測装置42の出力を積分すれば良いので、積分を行う期間が短くなる結果、誤差の蓄積は少なくなり、精度の良い測定が可能である。
On the other hand, when the matching of the feature points cannot be performed appropriately in step S109 (for example, when the image captured by the
以上のように、画像のマッチングを適切に行うことができた場合(プローブ2の移動が遅い場合)はカメラ4が撮影した画像を用いて幾何学変換を求め、画像のマッチングを適切を行うことができない場合(例えばプローブ2の移動が速くて画像がブレている場合)には慣性計測装置42の出力を用いて幾何学変換を求める。このように、カメラ4と慣性計測装置を相補的に利用することで、プローブ2の基準位置からの移動量及び回転量をより適切に導出できる。
As described above, when image matching can be appropriately performed (when the movement of the
次に、本発明の第3実施形態について、図7を参照して説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of the present embodiment, the same or similar members as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof is omitted.
前述のように、上記実施形態では、プローブ2がx−y平面内で移動及び回転すると仮定している。このため、上記実施形態では、z軸方向での音速の分布を求めることはできない。しかし、超音波診断装置1が測定対象としている脛骨は、長さ方向(図3のz軸方向)でも音速が変化するため、z軸方向でも音速の分布を求めることができれば、より好適である。しかし前述のように、1つのカメラ4で撮影した映像に基づく画像認識では、z軸方向での移動の検出精度が低い。
As described above, in the above embodiment, it is assumed that the
そこで、この第3実施形態では、x−y平面に直交する方向でのプローブ2の移動量及び回転量を正確に導出するため、プローブ2を撮影するカメラ4を2つ以上設けた構成としている。測定位置導出部30は、2つ以上のカメラ4で撮影したプローブ2の画像に基づいて、三角測量の原理により、特徴点のz軸方向での位置を検出する。これにより、測定位置導出部30は、プローブのz軸方向での移動量(Δz)、x軸回りの回転量θx、及びy軸回りの回転量θyを精度良く導出できる。従って、この第3実施形態の構成によれば、皮質骨10の音速分布を、3次元で精度良く得ることができる。
Therefore, in the third embodiment, in order to accurately derive the amount of movement and the amount of rotation of the
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.
上記実施形態では、プローブは、測定者が手で持って自由に(フリーハンドで)移動させることができるとしたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、何らかの移動規制部材を設けることによって、プローブの移動方向又は回転方向が特定の方向に限定されていても良い。少なくとも1軸方向でプローブを移動可能に構成された測定装置であれば、本願発明の構成を適用することができる。 In the above-described embodiment, the probe can be freely moved (freehand) by the measurer by hand, but is not necessarily limited thereto. For example, the movement direction or rotation direction of the probe may be limited to a specific direction by providing some kind of movement restriction member. The configuration of the present invention can be applied to any measuring device configured to be able to move the probe in at least one axial direction.
上記実施形態では、皮質骨10に対する超音波ビームを振動子アレイ22から送信しているが、例えば特許文献2に記載の音速測定装置のように、ビームを送信するための専用の振動子(送信部)を備えていても良い。
In the above embodiment, the ultrasonic beam for the
上記実施形態では、皮質骨10に関する情報として音速を取得しているが、本発明の測定装置によって測定する情報としては音速に限らない。例えば、被測定体中のBUA(広帯域超音波減衰:Broadband Ultrasonic Attenuation)を、当該被測定体に関する情報として取得しても良い。なお、BUAを測定する方法は公知であるから説明は省略する。
In the above embodiment, the speed of sound is acquired as information on the
上記実施形態では、慣性計測装置42はカメラ4と組み合わせて利用するものとした。慣性計測装置42の出力を積分すると誤差が蓄積するため、単独での利用は難しいためである。しかし、慣性計測装置42の測定精度が十分であれば、慣性計測装置42のみで、プローブ2の基準位置からの移動量及び回転量を検出するように構成しても良い。この場合、カメラ4、特徴点検出部37、及びマッチング処理部38は省略できる。
In the above embodiment, the
装具5は必須ではなく、省略することもできる。なお、装具5を省略した場合、カメラ4は、患者の脛に対してベルトなどで直接的に固定すれば良い。
The
カメラ4は、測定を行っている間に被測定体(皮質骨10)に対して相対移動しないことが保証されていれば良く、必ずしも図3のように脛に対して直接的に固定されている必要はない。
It is sufficient that the
また、本願発明の測定装置は、人体を診断対象とした診断装置としての利用に限定されない。例えば、本願発明の測定装置を、非破壊検査の分野で利用できる。例えば、本願発明の測定装置でコンクリートの音速分布を求めることで、コンクリート内部のクラックの有無などを判断できる。 In addition, the measuring device of the present invention is not limited to use as a diagnostic device for diagnosing a human body. For example, the measuring device of the present invention can be used in the field of nondestructive inspection. For example, the presence or absence of cracks in the concrete can be determined by obtaining the sound velocity distribution of the concrete with the measuring device of the present invention.
1 超音波診断装置(測定装置)
2 プローブ
4 カメラ(撮像部)
10 皮質骨(被測定体)
24 振動子(送信部、受信部)
30 測定位置導出部
36 測定情報取得部
1 Ultrasonic diagnostic equipment (measuring equipment)
2
10 Cortical bone (object to be measured)
24 vibrator (transmitter, receiver)
30 Measurement
Claims (14)
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得部と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出部と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力部と、
前記プローブを撮像する撮像部と、
を備え、
前記撮像部は、
基準位置における前記プローブを撮像した第1画像と、
前記信号の送受信を行った送受信位置におけるプローブを撮像した第2画像と、
を撮像し、
前記測定位置導出部は、前記第1画像及び前記第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定装置。 A probe that has a transmitter that transmits a signal toward the device under test, and a receiver that receives a re-radiated signal of the signal from the device under test, and that is movable in at least one axial direction;
Based on the re-radiation signal, a measurement information acquisition unit that acquires measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object;
A measurement position deriving unit that acquires a measurement position that is the position of the measurement site based on the position of the probe;
A measurement information output unit for outputting the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position;
An imaging unit for imaging the probe;
With
The imaging unit
A first image obtained by imaging the probe at a reference position;
A second image obtained by imaging a probe at a transmission / reception position where the signal is transmitted / received;
Image
The measurement position deriving unit calculates a movement amount of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the first image and the second image.
前記プローブは、特徴点を含むマーカ図形を備え、
前記測定位置導出部は、前記第1画像及び前記第2画像の前記特徴点で特徴量がマッチングする特徴点のペアを求め、当該マッチングした特徴点の座標に基づいて、前記移動量を算出をすることを特徴とする測定装置。 The measuring device according to claim 1,
The probe includes a marker graphic including feature points,
The measurement position deriving unit obtains a pair of feature points whose feature amounts match in the feature points of the first image and the second image, and calculates the movement amount based on the coordinates of the matched feature points. A measuring apparatus characterized by:
前記プローブは慣性計測装置を備え、
前記測定位置導出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記移動量を適切に算出できない場合、前記画像に基づいて最後に移動量を算出できたときからの前記プローブの移動量を、前記慣性計測装置の出力に基づいて導出することを特徴とする測定装置。 The measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The probe includes an inertial measurement device,
When the measurement position deriving unit cannot appropriately calculate the movement amount based on the image captured by the imaging unit, the movement amount of the probe from when the movement amount was last calculated based on the image, Deriving based on the output of the inertial measurement device.
前記プローブは、少なくとも1軸まわりに回転可能であることを特徴とする測定装置。 A measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the probe is rotatable about at least one axis.
前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記第1画像及び第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出することを特徴とする測定装置。 The measuring device according to claim 4,
The measurement position deriving unit calculates a rotation amount of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the first image and the second image in addition to the movement amount. .
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得部と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出部と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力部と、
を備え、
前記プローブは、慣性計測装置を備え、
前記測定位置導出部は、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定装置。 A probe that has a transmitter that transmits a signal toward the device under test, and a receiver that receives a re-radiated signal of the signal from the device under test, and that is movable in at least one axial direction;
Based on the re-radiation signal, a measurement information acquisition unit that acquires measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object;
A measurement position deriving unit that acquires a measurement position that is the position of the measurement site based on the position of the probe;
A measurement information output unit for outputting the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position;
With
The probe includes an inertial measurement device,
The measurement position deriving unit calculates a movement amount from a reference position of the probe to a transmission / reception position where the signal is transmitted / received based on an output of the inertial measurement apparatus.
前記プローブは、少なくとも1軸まわりに回転可能であることを特徴とする測定装置。 The measuring device according to claim 6,
The measurement apparatus according to claim 1, wherein the probe is rotatable about at least one axis.
前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出することを特徴とする測定装置。 The measuring device according to claim 7,
The measurement position deriving unit calculates a rotation amount of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on an output of the inertial measurement apparatus in addition to the movement amount.
前記プローブは、複数の受信部を並べて配置したアレイを有し、
当該測定装置は、前記複数の受信部の少なくとも何れかが受信した信号に基づいて、前記測定情報を取得することを特徴とする測定装置。 A measuring device according to any one of claims 1 to 8,
The probe has an array in which a plurality of receiving units are arranged side by side,
The measurement apparatus acquires the measurement information based on a signal received by at least one of the plurality of reception units.
前記信号は超音波信号であり、
前記測定情報は、前記被測定体の音速であることを特徴とする測定装置。 A measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The signal is an ultrasonic signal;
The measurement apparatus is characterized in that the measurement information is a sound velocity of the object to be measured.
前記信号は超音波信号であり、
前記測定情報は、前記被測定体の広帯域超音波減衰であることを特徴とする測定装置。 A measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The signal is an ultrasonic signal;
The measurement information is broadband ultrasonic attenuation of the object to be measured.
前記被測定体は、人体内の皮質骨であることを特徴とする測定装置。 The measurement apparatus according to claim 10 or 11,
The measuring device is a cortical bone in a human body.
前記送信部から前記被測定体に向けて信号の送信を行う送信工程と、
前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する受信工程と、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得工程と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出工程と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力工程と、
を含み、
前記測定位置導出工程は、
前記プローブの基準位置における当該プローブの第1画像を撮像する第1撮像工程と、
前記プローブが前記信号の送受信を行った送受信位置における当該プローブの第2画像を撮像する第2撮像工程と、
を含むとともに、
前記第1画像及び前記第2画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定方法。 A measuring method for measuring an object to be measured by a measuring device having a transmitter and a receiver and including a probe movable in at least one axial direction,
A transmission step of transmitting a signal from the transmission unit toward the measurement object;
A receiving step of receiving a re-radiated signal of the signal from the measured object at the receiving unit;
Based on the re-radiation signal, a measurement information acquisition step for acquiring measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object;
A measurement position deriving step of obtaining a measurement position which is the position of the measurement site based on the position of the probe;
A measurement information output step for outputting the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position;
Including
The measurement position deriving step includes
A first imaging step of imaging a first image of the probe at a reference position of the probe;
A second imaging step of capturing a second image of the probe at a transmission / reception position where the probe transmits / receives the signal;
Including
A measurement method characterized by calculating an amount of movement of the probe from the reference position to the transmission / reception position based on the first image and the second image.
前記送信部から前記被測定体に向けて信号の送信を行う送信工程と、
前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する受信工程と、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得工程と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出工程と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力工程と、
を含み、
前記測定位置導出工程では、
前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定方法。 A measuring method for measuring an object to be measured by a measuring device having a transmitter, a receiver, and an inertial measuring device, and having a probe movable in at least one axial direction,
A transmission step of transmitting a signal from the transmission unit toward the measurement object;
A receiving step of receiving a re-radiated signal of the signal from the measured object at the receiving unit;
Based on the re-radiation signal, a measurement information acquisition step for acquiring measurement information of the measurement object at a measurement site in the measurement object;
A measurement position deriving step of obtaining a measurement position which is the position of the measurement site based on the position of the probe;
A measurement information output step for outputting the measurement position and the measurement information corresponding to the measurement position;
Including
In the measurement position deriving step,
A measurement method, comprising: calculating a movement amount from a reference position of the probe to a transmission / reception position where the signal is transmitted / received based on an output of the inertial measurement device.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016527998A (en) * | 2013-08-20 | 2016-09-15 | キュアファブ テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Optical tracking |
WO2017056780A1 (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | 古野電気株式会社 | Measurement device, measurement method, and measurement program |
JP2019503268A (en) * | 2016-01-29 | 2019-02-07 | ノーブル センサーズ、エルエルシー | Ultrasound imaging related to position |
CN111166364A (en) * | 2020-02-13 | 2020-05-19 | 北京锐视康科技发展有限公司 | Method and system for measuring rotation center of flat panel detector based on optical photography |
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- 2012-09-07 JP JP2012197612A patent/JP2014050589A/en active Pending
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