JP2015054006A - 超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを測定者等に報知することができる超音波測定装置及び超音波画像装置等の提供。
【解決手段】 超音波測定装置１００は、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う送受信部１１０と、受信信号に基づいて測定対象の表面に対する超音波プローブ２００のプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う処理部１２０と、検出されたプローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力する報知情報出力部１３０を含む。処理部１２０は、測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、第１の超音波画像及び第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて、プローブ位置の位置ずれの検出処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定装置の制御方法等に関係する。

被検体である人体の内部を検査するために用いる装置として、対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する超音波測定装置が注目されている。

さらに、超音波測定装置は、脂肪層や筋肉層の厚さの測定や血流量の測定など、被検体の表層の画像診断にも応用されており、特許文献１等において開示されている。

また、超音波測定装置を用いて測定を行っている際には、手ブレや体動ブレが生じることが多い。手ブレ等が発生したことを検出する発明としては、特許文献２において開示される発明がある。

特開平４−２３１９４５号公報 特開２０１０−２３３９５６号公報

超音波測定装置を用いて測定を行う際には、測定箇所の表皮上に塗ったジェル等により、超音波プローブが滑り動き、プローブ位置が本来の測定箇所からずれてしまうことがある。

本発明の幾つかの態様によれば、超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを測定者等に報知することができる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定装置の制御方法等を提供することができる。

本発明の一態様は、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う送受信部と、前記送受信部が受信した受信信号に基づいて、測定対象の表面に対する超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う処理部と、前記位置ずれ検出処理の結果に基づいて、報知情報を出力する報知情報出力部と、を含み、前記処理部は、測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、前記測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した前記特徴点に基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における前記プローブ位置の前記位置ずれ検出処理を行い、前記報知情報出力部は、検出された前記プローブ位置の位置ずれ情報を含む前記報知情報を出力する超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様では、第１の超音波画像及び第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて、測定対象の表面に対する超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う。そして、検出されたプローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力する。

これにより、超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを測定者等に報知することが可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の超音波画像における複数の前記特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像における複数の前記特徴点の位置情報とに基づいて、特徴点の時間変位量情報を求め、求めた前記特徴点の時間変位量情報に基づいて、前記プローブ位置の前記位置ずれ検出処理を行ってもよい。

これにより、超音波画像において観察すべき点として特徴点を求め、特徴点の時間変位量情報に基づいて、プローブ位置の位置ずれを検出すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の超音波画像における前記特徴点と、前記第２の超音波画像における前記特徴点との対応付け処理を行い、前記第１の超音波画像における第１の特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像において前記第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点の位置情報との差分情報である第１の位置差分情報を求め、前記第１の超音波画像における第２の特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像において前記第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点の位置情報との差分情報である第２の位置差分情報を求め、前記第１の位置差分情報と前記第２の位置差分情報とに基づいて、前記特徴点の前記時間変位量情報を求めてもよい。

これにより、第１の超音波画像と第２の超音波画像間における各特徴点の時間変位量情報として、特徴点の移動量を算出すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の超音波画像における前記特徴点と、前記第２の超音波画像における前記特徴点との対応付け処理を行い、前記第１の超音波画像における第１の特徴点と第２の特徴点間の第１の距離情報を求め、前記第２の超音波画像において、前記第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点と、前記第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点との間の第２の距離情報を求め、前記第１の距離情報と前記第２の距離情報との差分情報に基づいて、前記特徴点の時間変位量情報を求めてもよい。

これにより、第１のタイミングと第２のタイミング間における、任意の特徴点と、任意の特徴点の周囲に位置する他の特徴点との位置関係の変化量を、任意の特徴点の時間変位量情報として求めること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記報知情報出力部は、前記測定対象の表面に対する前記プローブ位置の位置ずれ量及び位置ずれ方向の少なくとも一方を表す情報を、前記報知情報として出力してもよい。

これにより、どの方向に又はどのくらいの距離だけプローブ位置がずれたかを、測定者が把握すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記報知情報出力部は、前記測定対象の表面に対する前記プローブ位置の移動指示量及び移動指示方向の少なくとも一方を表す情報を、前記報知情報として出力してもよい。

これにより、どの方向に又はどのくらいの距離だけプローブ位置を動かせば良いかを、把握すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記報知情報出力部は、前記報知情報として、画像情報を出力してもよい。

これにより、測定者が表示部を見て直感的に、プローブ位置のずれや移動指示を把握すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像とに基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における前記測定対象の表面に対する前記超音波プローブの姿勢ずれ検出処理を行い、前記報知情報出力部は、検出された前記超音波プローブの姿勢ずれを報知する前記報知情報を出力してもよい。

これにより、超音波プローブの姿勢ずれを測定者等に報知すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記報知情報出力部は、前記測定対象の表面に対する前記超音波プローブの姿勢ずれ量及び姿勢ずれ方向の少なくとも一方を表す画像を、前記報知情報として出力してもよい。

これにより、どの方向に又はどのくらいの角度だけ超音波プローブが傾いたかを、測定者が表示部を見て把握すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の超音波画像を、前記超音波プローブの前記プローブ位置の基準位置を示す基準画像に設定し、前記基準画像における前記プローブ位置と、前記第２の超音波画像における前記プローブ位置との差を、前記プローブ位置の前記位置ずれとして検出してもよい。

これにより、少しずつプローブ位置がずれる場合であっても、プローブ位置の位置ずれを検出すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像は、１又は複数のフレーム間隔で得られる超音波画像であってもよい。

これにより、プローブ位置がずれる前後の超音波画像を取得すること等が可能になる。

また、本発明の他の態様では、前記超音波測定装置と、前記報知情報を表示する表示部と、を含む超音波画像装置に関係する。

また、本発明の他の態様では、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行い、測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、前記測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した前記特徴点に基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における測定対象の表面に対する超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行い、検出された前記プローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力する超音波測定装置の制御方法に関係する。

本実施形態のシステム構成例。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、超音波測定装置の具体的な機器構成の一例。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、測定時の様子の説明図。 図４（Ａ）は、Ｂモード画像の説明図であり、図４（Ｂ）は、Ａモード波形の説明図。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、プローブ位置の位置ずれの説明図。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、位置ずれを表す報知情報の説明図。 本実施形態の処理の流れを説明するフローチャート。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、特徴点の検出処理の説明図。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、特徴点の対応付け処理の説明図。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、特徴点の時間変位量情報の算出処理の説明図。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、報知情報の他の表示例。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、各チャンネルに対応して設けられる超音波トランスデューサー素子群の構成例。

以下、本実施形態について説明する。まず、本実施形態の概要を説明し、次に本実施形態のシステム構成例について説明する。そして、フローチャートを用いて本実施形態の処理の流れについて詳細に説明し、次に本実施形態の手法についてまとめる。さらに、超音波トランスデューサー素子及び超音波トランスデューサーデバイスの構成例について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．概要
被検体である人体の内部を検査するために用いる装置として、対象物に向けて超音波を出射し、対象物内部における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信する超音波測定装置が知られている。さらに、超音波測定装置の応用例としては、脂肪層や筋肉層の厚さの測定や血流量の測定など、被検体の表層の画像診断を行うポケット型超音波ビューアなどがあり、ヘルスケア分野への展開が期待されている。

そして、このような超音波測定装置に関する発明としては、特許文献１において開示される発明がある。特許文献１の皮下脂肪表示計測器は、小型で容易に取り扱え、かつ正確に脂肪層を計測でき、計測結果を詳細に判りやすく表示することができる。そのため、これを用いれば被検体の脂肪層の全体像を容易に把握できる。また、特許文献１の発明では、超音波断層情報（Ａモード波形）のピーク値を検出することで、皮下脂肪層と他層との境界を検出することもできる。

例えば特許文献１の発明を用いて測定を行う場合には、被検体の測定箇所にマーキングを施し、マーキングした位置に超音波プローブを当てて超音波画像を取得する。そのため、測定中には、超音波プローブのプローブ位置がマーキングした位置からずれないようにすることが望ましい。

しかし、超音波画像において組織境界が鮮明に映し出されているかを確認するために、測定者は測定中に表示部を注視していることが多い。この時、測定箇所の表皮上に塗ったジェル等により、超音波プローブが滑り動き、プローブ位置がマーキングした位置からずれてしまうことがある。この場合には、異なる箇所の超音波画像が取得されてしまい、本来の測定箇所の超音波画像を取得することができない。

また、脂肪層の厚さ等の測定を行う場合には、測定者がノンエキスパートである場合も多い。測定者がノンエキスパートである場合には、尚更、超音波プローブのプローブ位置を同じ位置に保ち続けることは困難である。さらに、超音波画像は似たような画像に見えるため、プローブ位置がずれてしまっても、表示部を注視しているだけでは画像変化に気付かないことも多い。

これに対して、特許文献２には、測定中に手ブレや体動ブレが起こった際に、手ブレ等が生じたデータを測定者が確実に判別し、排除できる超音波診断装置に関する発明が開示されている。具体的に、特許文献２の超音波診断装置は、生体組織を映すＭモード画像に基づいて、測定中の手ブレや体動ブレを検出する。そして、手ブレ等による超音波探触子と被検体との相対的位置の変位量を検出し、検出した変位量に基づいて、生体組織の弾性特性を計算する。

しかし、特許文献２の発明は、一時的な手ブレや体動ブレによるノイズを含む測定データを、測定者が判別しやすくするものであって、前述したような超音波プローブが滑り動くことによるプローブ位置のずれを検出するものではない。したがって、プローブ位置のずれを十分に検出できないことがある。

また、特許文献２では、手ブレ等が発生したことを測定者等に報知する方法については記載されているが、プローブ位置がずれて、測定箇所が変わってしまった場合に、どの方向にどの程度ずれてしまったかや、プローブ位置をどう修正すればいいか等を報知する方法については記載されていない。

また、特許文献２の発明では、Ｍモード画像を用いているが、ノンエキスパートが測定を行う場合には、Ｍモード画像は映し出される生体組織の様子を直感的にイメージすることが難しいという問題もある。ノンエキスパートが測定を行う場合には、生体組織の現在の断層画像であるＢモード画像を用いることが望ましい。

そこで、本実施形態の超音波測定装置等は、例えば超音波プローブが滑り動くこと等による超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを、測定者等に報知する。具体的には、異なるタイミングにおいて取得された複数のＢモード画像に対して画像解析を行うことより、プローブ位置の位置ずれを検出する。そして、プローブ位置の位置ずれが検出された際は、移動量と移動方向を可視化して、表示部に警告表示する。そのため、測定者は警告表示に従って、プローブ位置の位置ずれ補正動作やプローブ位置調整を行うことで、適切な位置における超音波画像を観察又は取得することができる。

なお、本実施形態は、プローブ位置の測定対象表面に対する位置ずれを検出するものである。そのため、例えば心臓等の測定対象自体が動くことによる測定対象とプローブ位置の相対的な位置ずれを検出する発明とは本質的に異なる。

２．システム構成例
次に、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００の構成例を図１に示す。超音波測定装置１００は、送受信部１１０と、処理部１２０と、報知情報出力部１３０と、を含む。さらに、超音波画像装置４００は、超音波測定装置１００と、表示部３００と、を含む。なお、超音波測定装置１００及びこれを含む超音波画像装置４００は、図１の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。例えば、超音波測定装置１００及びこれを含む超音波画像装置４００は、設定値等を入力するためのユーザインターフェース部（操作部）や記憶部を含んでいても良い。また、本実施形態の超音波測定装置１００及びこれを含む超音波画像装置４００の一部又は全部の機能は、通信により接続されたサーバーにより実現されてもよい。

次に各部で行われる処理について説明する。

まず、送受信部１１０は、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う。例えば送受信部１１０は、送信パルス発生器と、送信遅延回路と、送受信切替スイッチと、受信遅延回路と、フィルター回路と、メモリと、Ａ／Ｄ変換回路等を含む。

具体的に、送信パルス発生器（パルサー回路）は、送信パルス電圧を印加させ、超音波プローブ２００を駆動させる。

また、送信遅延回路は、送波ビームをフォーカシングする。そのために、送信遅延回路は、送信パルス電圧の印加タイミングに関して、チャンネル間で時間差を与え、複数の振動素子から発生した超音波を集束させる。このように、遅延時間を変化させることにより、焦点距離を任意に変化させることが可能である。

また、送受信切替スイッチは、超音波の送受信の切り替え処理を行う。送受信切替スイッチは、送信時の振幅パルスが受信回路に入力されないように保護し、受信時の信号を受信回路に通す。

受信遅延回路は、受波ビームをフォーカシングする。ある反射体からの反射波は球面上に広がるため、受信遅延回路は、各振動子に到達する時間が同じになるように遅延時間を与え、遅延時間を考慮して反射波を加算する。

そして、フィルター回路は、受信信号に対して帯域通過フィルターによりフィルター処理を行い、雑音を除去する。

また、メモリは、フィルター回路から出力された受信信号を記憶するもので、その機能はＲＡＭ等のメモリやＨＤＤなどにより実現できる。

ここで、超音波プローブ２００は、超音波トランスデューサーデバイスを含む。

そして、超音波トランスデューサーデバイスは、走査面に沿って対象物をスキャンしながら、対象物に対して超音波ビームを送信すると共に、超音波ビームを送信したことにより得られる超音波エコーを受信する。圧電素子を用いるタイプを例にとれば、超音波トランスデューサーデバイスは、複数の超音波トランスデューサー素子（超音波素子アレイ）と、複数の開口がアレイ状に配置された基板とを有する。そして、超音波トランスデューサー素子としては、薄手の圧電素子と金属板（振動膜）を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いたものを用いる。超音波トランスデューサー素子（振動素子）は、電気的な振動を機械的な振動に変換するものであるが、この場合には、圧電素子が面内で伸び縮みすると貼り合わせた金属板（振動膜）の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜に交流電圧を印加することで、振動膜が膜厚方向に対して振動し、この振動膜の振動により超音波が放射される。なお、圧電体膜に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

また、超音波トランスデューサーデバイスでは、近隣に配置された数個の超音波トランスデューサー素子で一つのチャンネルを構成し、１回に複数のチャンネルを駆動しながら、超音波ビームを順次移動させるものであってもよい。

なお、超音波トランスデューサーデバイスとしては、圧電素子（薄膜圧電素子）を用いるタイプのトランスデューサーを採用できるが、本実施形態はこれに限定されない。例えばｃ‐ＭＵＴ（Capacitive Micro-machined Ultrasonic Transducers）などの容量性素子を用いるタイプのトランスデューサーを採用してもよいし、バルクタイプのトランスデューサーを採用してもよい。超音波トランスデューサー素子及び超音波トランスデューサーデバイスのさらに詳細な説明については、後述する。

次に、処理部１２０は、送受信部１１０が受信した受信信号に基づいて、超音波プローブ２００のプローブ位置の位置ずれの検出処理を行う。

例えば、処理部１２０は、超音波の受信信号の振幅を主として解析して、被検体の内部構造を画像化したＢ（Brightness）モード画像（断層画像）のデータを生成し、生成したＢモード画像データに基づいて、超音波プローブ２００のプローブ位置の位置ずれの検出処理を行う。Ｂモード画像データとは、超音波のＡ（Amplitude）モード波形における振幅を点の明るさ（輝度）として表した画像データのことをいう。このようなＢモード画像データを生成する場合には、処理部１２０は、例えば検波処理部と、対数変換処理部と、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部と、ＳＴＣ（Sensitivity Time Control）と、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）と、を含む。

そして、検波処理部は、受信信号に対して絶対値（整流）処理を行った後に、低域通過フィルターをかけて、非変調信号を抽出する。

次に、対数変換処理部は、非変調信号に対してＬｏｇ圧縮を行い、受信信号の信号強度の最大部分と最小部分を同時に確認しやすいように、表現形式を変換する。

そして、ゲイン・ダイナミックレンジ調整部は、信号強度及び関心領域を調整する。具体的に、ゲイン調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の信号に対して、直流成分を加える。また、ダイナミックレンジ調整処理では、Ｌｏｇ圧縮後の信号に対して、任意の数を乗算する。

さらに、ＳＴＣは、生体組織での深さに応じて信号の増幅度（明るさ）を補正し、画面全体で一様な明るさの画像を取得する。

そして、ＤＳＣは、走査変換処理を行って、Ｂモード画像データを生成する。例えば、ＤＳＣは、バイリニアなどの補間処理により、ライン信号を画像信号に変換する。

なお、処理部１２０の機能は、各種プロセッサー（ＣＰＵ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムなどにより実現できる。

また、報知情報出力部１３０は、プローブ位置の位置ずれの検出処理の結果に基づいて、表示部３００に報知情報を出力する。報知情報出力部１３０は、例えば表示部３００と有線又は無線により通信を行う通信部（インターフェース部）であってもよいし、画像出力部（画像生成部）であってもよい。

さらに、表示部３００は、報知情報出力部１３０から取得された報知情報を表示する。また、表示部３００は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどにより実現できる。

ここで、本実施形態の超音波測定装置１００（広義には電子機器）の具体的な機器構成の例を図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示す。図２（Ａ）はハンディタイプの超音波測定装置１００の例であり、図２（Ｂ）は据置タイプの超音波測定装置１００の例である。図２（Ｃ）は超音波プローブ２００が本体に内蔵された一体型の超音波測定装置１００の例である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の超音波測定装置１００は、超音波プローブ２００と超音波測定装置本体１０１（広義には電子機器本体）を含み、超音波プローブ２００と超音波測定装置本体１０１はケーブル２１０により接続される。また、超音波プローブ２００の先端部分には、プローブヘッド２２０が設けられており、超音波測定装置本体１０１には、画像を表示する表示部３００が設けられている。図２（Ｃ）では、表示部３００を有する超音波測定装置１００に超音波プローブ２００が内蔵されている。図２（Ｃ）の場合、超音波測定装置１００は、例えばスマートフォンなどの汎用の携帯情報端末により実現できる。

３．処理の詳細
まず、本実施形態の測定対象の一例として、被検体（人間）の腹部（腹直筋）を図３（Ａ）に示し、その際の被検体の腹部の断面図（エコー画像）を図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）のように、超音波プローブＰＢを腹部に押し付けた場合には、図３（Ｂ）に示す測定領域ＥＡの生体組織（生体組織層）の解析処理が行われる。なお、生体組織層とは、例えば脂肪層、筋肉層、骨、内臓及び血管等のことを指す。

また、超音波の画像表示方法は数種類あり、超音波の受信信号における振幅を輝度に変換して２次元画像として表示するＢモードと呼ばれる方法と、超音波の振幅をグラフとして描くＡモードと呼ばれる方法がある。具体的に、Ｂモード画像の一例を図４（Ａ）に示し、Ａモード波形の一例を図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）のＢモード画像では、縦軸が被検体の表層面からの深さを表している。一方で、図４（Ｂ）のＡモード波形は、図４（Ａ）のＢモード画像中の破線Ｌ１部分の輝度値を表しており、縦軸は表層面からの深さを表す。なお、前述したように、一般的なＡモード波形の横軸は、受信信号の振幅強度（受信強度）を表すが、図４（Ｂ）の例では振幅を輝度値に変換した値を用いている。このようなＢモード画像やＡモード波形を解析することにより、皮下脂肪層と筋肉層との境界はＢＤ１であり、筋肉層と内臓との境界はＢＤ２であると判別すること等が可能である。

ここで、超音波測定装置を用いて測定対象を計測する際には、繰り返し精度を高めるために毎回同じ場所に超音波プローブを当てることが必要となる。そのため、解剖学的に測定位置を予め決めておいて測定を行う。例えば腹部を測定する場合には、臍点横へ超音波プローブを約４ｃｍ移動させて、その位置から約４ｃｍ上部の位置を計測する。超音波プローブを当てる際には、図５（Ａ）に示すような位置Ｐ１に予めマーキングをしておく。次に、組織境界が鮮明に映し出され、読影に適した図４（Ａ）のような超音波画像を取得するため、測定者は表示部を注視しながら、図５（Ｂ）に示すように超音波プローブの傾きを調整する。ところがこの際に、表皮上に塗ったジェルによって、超音波プローブが滑って動いてしまうことがある。そのため、測定者がノンエキスパートである場合には、固定状態を保つことが困難であり、結果的に図５（Ｃ）に示すように、マーキング位置Ｐ１から外れた位置Ｐ２を測定してしまっていることが度々ある。

そこで、本実施形態では、プローブ位置の位置ずれを検出し、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、プローブ位置の位置ずれ情報を画像化してＢモード画像と共に表示し、位置ずれを測定者に報知する。例えば図６（Ａ）の例では、位置ずれ情報として、プローブ位置の位置ずれ量と位置ずれ方向を矢印画像ＳＳにより表示する。一方、図６（Ｂ）の例では、図６（Ａ）の場合と同じ位置ずれが生じた際の位置ずれ情報として、測定者にプローブ位置を修正させるための移動指示量と移動指示方向を、矢印画像ＭＳにより表示している。なお、図６（Ａ）では、矢印画像ＳＳの向きが位置ずれ方向を表し、位置ずれ量が大きいほど、矢印画像ＳＳが長くなる。また、位置ずれ量が大きくなるほど、矢印画像ＳＳを太くしてもよい。図６（Ｂ）の矢印画像ＭＳについても同様である。

以下では、図７のフローチャートを用いて、本実施形態の処理の流れについて説明する。なお、図７では、Ｂモード画像を生成した後の処理から説明する。Ｂモード画像は、任意の方法で生成してもよい。また、Ｂモード画像は生成される度に記憶部に逐次一時的に格納されていき、処理に必要な画像が処理部１２０により逐次読み込まれるものとする。

まず、対となる超音波画像（Ｂモード画像）Ａ及び超音波画像Ｂを読み込む（Ｓ６０１）。ここで、超音波画像Ａは、第１のタイミングで得られるＢモード画像であり、超音波画像Ｂは、第１のタイミングと異なる第２のタイミングで得られるＢモード画像であるものとする。

次に、超音波画像Ａ及び超音波画像Ｂの特徴点を抽出する（Ｓ６０２）。特徴点とは、画像中から際立って観測できる点のことをいう。図８（Ａ）には、第１のタイミングであるｔフレーム目のＢモード画像における特徴点を丸印で囲って表し、図８（Ｂ）には、第２のタイミングであるｔ’（＝ｔ＋Δｔ）フレーム目のＢモード画像における特徴点を丸印で囲って表す。

本例では、特徴点の抽出方法として、コーナー検出法等を用いるが、その他のコーナー部検出（固有値、ＦＡＳＴ特徴検出）を用いても良いし、ＳＩＦＴ（Scale invariant feature transform）に代表される局所特徴量記述子やＳＵＲＦ（Speeded Up Robust Feature）等を用いても良い。

そして、超音波画像Ａ及び超音波画像Ｂにおいて抽出された特徴点の中から、互いに対応する特徴点のペアを選択する（Ｓ６０３）。言い替えれば、超音波画像Ａにおける特徴点と同じ部位を指し示す特徴点を、超音波画像Ｂにおける特徴点の中から特定（推定）し、二つの特徴点をペアとして対応付ける。本例では、ＲＡＮＳＡＣ（RANdom SAmple Consensus）を用いて対応点関係を特定するが、これ以外にも、最小二乗法、最小メジアン法、Ｍ推定法などといった手法を用いても良い。

具体例として、超音波画像Ａ及び超音波画像Ｂにおいて対応付けを行った結果を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。ここでは、図９（Ａ）に示す超音波画像Ａと図９（Ｂ）に示す超音波画像Ｂにおいて、対応付けができた白い丸印で示す特徴点を矢印で結んでいる。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、必ずしも全ての特徴点が対応付けできるわけではなく、また、必ずしも全ての特徴点を対応付けする必要もない。ただし、対応付けができた特徴点の数が多ければ多いほど、後の位置ずれの検出処理の精度が向上する。

さらに、対応付けられた特徴点毎に時間変位量を算出する（Ｓ６０４）。特徴点の時間変位量とは、タイミングの異なる２つのフレーム間で特徴点がどの程度移動したかを表す移動量のことをいう。

ここで、図９（Ａ）の一部を拡大した図１０（Ａ）と、図９（Ｂ）の一部を拡大した図１０（Ｂ）を用いて、具体例を説明する。図１０（Ａ）は、ｔフレーム目の脂肪層における４つの特徴点（Ａ_ｔ、Ｂ_ｔ、Ｃ_ｔ、Ｄ_ｔ）を表し、図１０（Ｂ）は、ｔ’フレーム目の脂肪層における４つの特徴点（Ａ_ｔ’、Ｂ_ｔ’、Ｃ_ｔ’、Ｄ_ｔ’）を表す。なお、特徴点Ａ_ｔ’は特徴点Ａ_ｔに対応する特徴点であって、特徴点Ａ_ｔの座標値を（ｘ_ａ、ｙ_ａ）とする。他の特徴点についても同様である。

この時、ｔフレーム目からｔ’（＝ｔ＋Δｔ）フレーム目までの特徴点Ａの時間変位量Δｄは、例えば下式（１）により表される。

また、Ｂモード画像の２次元平面上における各特徴点と、各特徴点に近接する他の特徴点（近接特徴点）との距離変化量Ｄ_ｉの平均値を、各特徴点の時間変位量Δｄとして求めてもよい。すなわち、この場合には特徴点Ａの時間変位量Δｄは、下式（２）で表される。なお、式（２）において、ｎは近接する特徴点の数であり、ｉは１以上ｎ以下の変数である。

より具体的には、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において、特徴点Ａの近接特徴点は、Ｂ、Ｃ及びＤの３点であるため（ｎ＝３）、ｔフレーム目からｔ’フレーム目における特徴点Ａの時間変位量Δｄは、下式（３）で表される。なお、式（３）中のＤ_１は下式（４）で、Ｄ_２は下式（５）で，Ｄ_３は下式（６）で表される。

なお、ここでは、２点間距離を用いて計算しているが、水平方向のみの移動量や、垂直方向のみの移動量を計算して、これを特徴点の時間変位量として扱っても良い。

次に、各特徴点の時間変位量に基づき、超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを検出し、プローブ位置の位置ずれを表す警告表示画像を生成する（Ｓ６０５）。

具体的には、ステップＳ６０４において求めた各時間変位量の平均値を求める。そして、算出した時間変位量の平均値が所与の閾値以下である場合には、超音波プローブは位置ずれしていないものとして扱う。この場合には、警告表示画像を非表示にする。

一方で、算出した平均値が所与の閾値よりも大きい場合には、画像中の移動量（pixel）から超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ量（ｍｍ）を算出する。そして、超音波プローブの位置ずれ量を可視化して表すアイコン（警告表示画像）の長さを決定して、Ｂモード画像上に表示させる。ここで、アイコン（警告表示画像）とは、例えば図６（Ａ）の矢印画像ＳＳや、図６（Ｂ）の矢印画像ＭＳなどを指す。また、位置ずれ量に応じて、警告表示画像の色（輝度、彩度等）を変えてもよいし、図１１（Ａ）に示すように、警告表示画像ＡＲ１の長さを変えてもよいし、図１１（Ｂ）に示すように、警告表示画像ＡＲ２の太さを変えてもよい。

そして、超音波画像Ｂに警告表示画像を重ね合わせ、合成画像を生成し、表示部に合成画像を表示して（Ｓ６０６）、一連の処理を終了する。

図７の処理後には、プローブ位置の位置ずれを確認した測定者がプローブ位置を修正して、再度測定を行い、図７のステップＳ６０１からの処理を繰り返す。この時、測定者がプローブ位置を修正する際には、位置ずれを報知する警告表示画像を非表示にすることが望ましい。この場合には、例えば直前に報知した位置ずれ方向と逆方向（又は移動指示方向と同じ方向）へのプローブ位置の移動は、測定者によるプローブ位置の修正によるものであると判断する。そして、移動指示方向へのプローブ位置の移動量が、移動指示量以内である場合には、警告表示画像を非表示にする。ただし、移動指示方向へのプローブ位置の移動量が、移動指示量よりも大きくなった場合には、他の場合と同様に、警告表示画像を表示する。

４．本実施形態の手法
次に、本実施形態の手法について説明する。

以上の本実施形態の超音波測定装置１００は、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う送受信部１１０と、送受信部１１０が受信した受信信号に基づいて、測定対象の表面に対する超音波プローブ２００のプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う処理部１２０と、位置ずれ検出処理の結果に基づいて、報知情報を出力する報知情報出力部１３０と、を含む。そして、処理部１２０は、測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、第１の超音波画像及び第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて、第１のタイミングと第２のタイミング間における測定対象の表面に対するプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う。さらに、報知情報出力部１３０は、検出されたプローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力する。

なお、検出するプローブ位置の位置ずれは、測定対象表面と超音波プローブの走査面との時間的な位置の変化を指すものであって、測定対象を測定する際における理想的なプローブ位置（例えば、測定対象が最も明瞭に映る超音波画像を取得可能なプローブ位置）からのずれを指すものではない。

本実施形態では、超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う。そして、測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成する。

ここで、第２のタイミングとは、測定期間内において第１のタイミングよりも後のタイミングである。第１のタイミングと第２のタイミングは、超音波プローブのプローブ位置のずれが発生し得る間隔だけ離れていることが望ましい。例えば本例では第１のタイミングと第２のタイミングは、数フレーム分、離れていることを想定している。ただし、これには限定されず、隣接する超音波出射タイミング（隣接フレーム）であってもよい。

すなわち、第１の超音波画像と第２の超音波画像は、１又は複数のフレーム間隔で得られる超音波画像であってもよい。

これにより、プローブ位置がずれる前後の超音波画像を取得すること等が可能になる。

また、第１の受信信号とは、第１のタイミングにおいて出射した超音波に対する超音波エコーを受信した時に得られる信号のことをいう。

同様に、第２の受信信号とは、第２のタイミングにおいて出射した超音波に対する超音波エコーを受信した時に得られる信号のことをいう。

さらに、超音波画像は、例えば生体組織の断層画像やＢモード画像のことを指す。また本実施形態では、超音波画像のうち一部の画素のみを用いても良い。例えば、Ｂモード画像を構成するラインデータの一部のデータのみを用いてもよい。

そして、第１の超音波画像及び第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて、第１のタイミングと第２のタイミング間における超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う。なお、検出される特徴点は、複数であることが想定される（すなわち、特徴点群とも呼べる）が、一つであってもよい。

さらに、検出されたプローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力する。

ここで、位置ずれ情報とは、超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを表す情報である。例えば、位置ずれ情報は、プローブ位置の位置ずれの有無や、位置ずれ量、位置ずれ方向及びこれらの組み合わせの情報などである。

また、報知情報とは、プローブ位置の位置ずれ情報を含む情報であって、例えば位置ずれ情報を表す画像データや文字情報等である。さらに、報知情報は、位置ずれを報知する音声データや振動データ等であってもよい。

これにより、超音波プローブのプローブ位置の位置ずれを測定者等に報知することが可能になる。そして、測定者は、例えば表示部を注視するだけで、疎かになりがちなプローブ位置の位置ずれの確認を行うことができる。そして、測定者は警告表示に従って、プローブ位置の位置ずれ補正動作やプローブ位置調整を行って、適切な位置における超音波画像を観察又は取得することができる。

また、本実施形態では、超音波画像のみからプローブ位置の位置ずれを検出するため、角度センサーなどの追加デバイスが不要であり、ソフトウェアアップデートなどにより従来装置でも容易に利用可能であるという利点もある。

また、処理部１２０は、第１のタイミングと第２のタイミング間における特徴点の時間変位量情報を求める。すなわち、処理部１２０は、第１の超音波画像における複数の特徴点の位置情報と、第２の超音波画像における複数の特徴点の位置情報とに基づいて、特徴点の時間変位量情報を求める。そして、処理部１２０は、求めた特徴点の時間変位量情報に基づいて、プローブ位置の位置ずれ検出処理を行ってもよい。

ここで、特徴点の位置情報とは、例えば超音波画像における特徴点の位置を表す座標データなどである。

また、特徴点の時間変位量情報とは、異なるタイミング間における特徴点の変位量を表す情報のことをいう。つまり、特徴点の時間変位量情報は、第２の超音波画像において、第１の超音波画像の任意の特徴点が所定の単位時間の間に、どの程度動いたかを表す情報である。

これにより、超音波画像において観察すべき点として特徴点を求め、特徴点の時間変位量情報に基づいて、プローブ位置の位置ずれを検出すること等が可能になる。また、位置ずれ検出処理において、複数の特徴点を用いる場合には、一つの特徴点を用いる場合よりも、位置ずれ検出処理の精度を向上させること等が可能になる。

ただし、第１の超音波画像における任意の特徴点が、第２の超音波画像のどの特徴点に対応するかが分からなければ、特徴点の時間変位量情報を求めることができない。

そこで、処理部１２０は、第１の超音波画像における特徴点と、第２の超音波画像における特徴点との対応付け処理を行ってもよい。

具体的に、第１の超音波画像における特徴点とは、例えば前述した図８（Ａ）の超音波画像Ａに示される（複数の）特徴点であり、第２の超音波画像における特徴点とは、例えば前述した図８（Ｂ）の超音波画像Ｂに示される（複数の）特徴点である。そして、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）を用いて前述したように、矢印で示す通りに特徴点を対応付ける。

この特徴点の対応付け処理では、異なるタイミングの超音波画像間において、測定対象の同一の組織や構造が映る画像箇所（位置）が特定され、互いに関連付けられる。

そして、対応付けられた特徴点の２枚の超音波画像上での距離（ずれ）を、時間変位量情報として求める。

例えば、処理部１２０は、第１の超音波画像における第１の特徴点の位置情報と、第２の超音波画像において第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点の位置情報との差分情報である第１の位置差分情報を求めてもよい。

具体的には、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第１の超音波画像の座標（１０、２）の第１の特徴点ＳＰ１と、第２の超音波画像の座標（１０、１）の第３の特徴点ＳＰ３とが対応付けられた場合には、第１の特徴点ＳＰ１と第３の特徴点ＳＰ３の距離１を、第１の位置差分情報として求める。

同様にして、処理部１２０は、第１の超音波画像における第２の特徴点の位置情報と、第２の超音波画像において第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点の位置情報との差分情報である第２の位置差分情報を求めてもよい。

具体的には、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、第１の超音波画像の座標（８、４）の第２の特徴点ＳＰ２と、第２の超音波画像の座標（９、４）の第４の特徴点ＳＰ４とが対応付けられた場合には、第２の特徴点ＳＰ２と第４の特徴点ＳＰ４の距離１を、第２の位置差分情報として求める。

さらに、処理部１２０は、第１の位置差分情報と第２の位置差分情報とに基づいて、特徴点の時間変位量情報を求めてもよい。例えば、前述した例では、第１の位置差分情報（距離１）と第２の位置差分情報（距離１）との和（距離２）を、特徴点の時間変位量情報として求める。また、第１の位置差分情報と第２の位置差分情報とを直接、特徴点の時間変位量情報として用いてもよい。

これにより、第１の超音波画像と第２の超音波画像間における各特徴点の時間変位量情報として、特徴点の移動量を算出すること等が可能になる。

また、時間変位量情報の求め方は、前述した方法に限定されない。例えば、処理部１２０は、第１の超音波画像における第１の特徴点と第２の特徴点間の第１の距離情報を求め、第２の超音波画像において、第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点と、第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点との間の第２の距離情報を求め、第１の距離情報と第２の距離情報との差分情報に基づいて、特徴点の時間変位量情報を求めてもよい。

例えば前述した図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）の例に当てはめて説明すると、第１の特徴点は、特徴点Ａ_ｔである。そして、第２の特徴点は、第１の特徴点の近傍に位置する他の特徴点の一つであって、例えば特徴点Ｂ_ｔである。この場合には、第１の距離情報は、特徴点Ａ_ｔ及び特徴点Ｂ_ｔ間の距離を表す情報になる。

また、第３の特徴点とは、第２の超音波画像において、前述した対応付け処理により、第１の特徴点に対応付けられた特徴点のことをいう。第３の特徴点は、第１の特徴点と全く同じ部位を表す点であることが望ましいが、対応付け処理が誤っている場合には、第１の特徴点と異なる部位を表す点になってしまうこともある。具体的に図１０（Ｂ）では、第１の特徴点がＡ_ｔである場合には、第３の特徴点はＡ_ｔ’であると推定される。

同様に、第４の特徴点とは、第２の超音波画像において、前述した対応付け処理によって、第２の特徴点に対応付けられた特徴点のことをいう。対応付け処理が誤っている場合には、第２の特徴点と異なる部位を表す点になってしまうことも同様である。具体的に図１０（Ｂ）では、第２の特徴点がＢ_ｔである場合には、第４の特徴点はＢ_ｔ’である。

そして、この場合には、第２の距離情報は、特徴点Ａ_ｔ’及び特徴点Ｂ_ｔ’間の距離を表す情報である。

さらに、前述した式（４）のように、第１の距離情報と第２の距離情報の差分情報を求め、前述した式（２）に従って、第１の特徴点の時間変位量情報を求める。

これにより、第１のタイミングと第２のタイミング間における、任意の特徴点と、任意の特徴点の周囲に位置する他の特徴点との位置関係の変化量を、任意の特徴点の時間変位量情報として求めること等が可能になる。

また他にも、異なるタイミングの超音波画像における特徴点の分布密度の差や、特徴点の配置形状の差に基づいて、時間変位量情報を求める方法もある。特徴点の配置形状とは、超音波画像において検出されたＮ個の特徴点を結んで形成される図形の形状などである。例えば４つの特徴点が検出された場合には、これらの特徴点を結び四角形が形成され、他方の超音波画像での特徴点を結んで形成される四角形と比較して、時間変位量情報を求める。

さらに、異なるタイミングの超音波画像における特徴点のばらつきの中心位置（重心位置）の差に基づいて、時間変位量情報を求める方法などもある。

このように、測定者がノンエキスパートであって、プローブ位置がずれても測定者が画像変化に気付かない場合であっても、超音波画像の特徴点の時間変位量からプローブ位置の位置ずれ量を算出し、警告表示を行って、測定者に確実に位置ずれを気付かせること等が可能になる。

次に、報知情報の報知方法について説明する。

まず、報知情報出力部１３０は、測定対象の表面に対するプローブ位置の位置ずれ量及び位置ずれ方向の少なくとも一方を表す情報を、報知情報として出力してもよい。

例えば、前述した図６（Ａ）の矢印画像ＳＳは、矢印の向きが位置ずれ方向を表し、矢印の長さ又は太さが位置ずれ量を表す画像である。

これにより、どの方向に又はどのくらいの距離だけプローブ位置がずれたかを、測定者が把握すること等が可能になる。

図６（Ａ）は、実際のプローブ位置の位置ずれ量と位置ずれ方向を表示しているが、位置ずれが発生した際に、プローブ位置をどう修正すれば良いかを測定者に指示するような報知情報を出力してもよい。

すなわち、報知情報出力部１３０は、測定対象の表面に対するプローブ位置の移動指示量及び移動指示方向の少なくとも一方を表す情報を、報知情報として出力してもよい。

例えば、前述した図６（Ｂ）の矢印画像ＭＳは、矢印の向きが移動指示方向を表し、矢印の長さ又は太さが移動指示量を表す画像である。

これにより、どの方向に又はどのくらいの距離だけプローブ位置を動かせば良いかを、把握すること等が可能になる。また、位置ずれ方向を示す報知情報から超音波プローブを右にスライドすればよいか、左にスライドすればよいかが分かり、位置ずれ量を示す報知情報からどの程度の距離だけ、プローブ位置を移動させれば良いかが分かるため、測定者が被検体の体表に視線を動かさずに操作を行うこと等が可能になる。なお、図６（Ａ）に示す矢印画像ＳＳと図６（Ｂ）に示す矢印画像ＭＳは、同時に表示してもよい。

また、報知情報出力部１３０は、報知情報として、画像情報を出力してもよい。

これにより、測定者が表示部３００を見て直感的に、プローブ位置のずれや移動指示を把握すること等が可能になる。

さらに、超音波プローブによる測定を行う際には、プローブ位置がずれるだけではなく、超音波プローブが傾き、測定において適正な姿勢ではなくなってしまうことが多い。

そこで、処理部１２０は、第１の超音波画像と第２の超音波画像とに基づいて、第１のタイミングと第２のタイミング間における測定対象の表面に対する超音波プローブ２００の姿勢ずれ検出処理を行ってもよい。そして、報知情報出力部１３０は、検出された超音波プローブ２００の姿勢ずれを報知する報知情報を出力してもよい。

これにより、超音波プローブの姿勢ずれを測定者等に報知すること等が可能になる。そして、測定者は、例えば表示部を注視するだけで、疎かになりがちな超音波プローブの姿勢ずれの確認を行うこと等が可能になる。そして、測定者は警告表示に従って、超音波プローブの姿勢ズレ補正動作やプローブ姿勢調整を行って、適切な姿勢において測定を行い、より明瞭な超音波画像を観察又は取得することができる。

また、報知情報出力部１３０は、測定対象の表面に対する超音波プローブ２００の姿勢ずれ量及び姿勢ずれ方向の少なくとも一方を表す画像を、報知情報として出力してもよい。

これにより、どの方向に又はどのくらいの角度だけ超音波プローブが傾いたかを、測定者が表示部を見て把握すること等が可能になる。

さて、前述した図７のフローチャートのステップＳ６０５では、各特徴点の時間変位量の平均値と所与の閾値とを比較し、時間変位量の平均値が所与の閾値以下である場合には、プローブ位置がずれていないと判断し、平均値が所与の閾値よりも大きい場合には、プローブ位置がずれたと判断する。例えばこの場合には、第１の超音波画像として前回取得した超音波画像を用い、第２の超音波画像としては今回取得した超音波画像を用いる。すなわち、位置ずれ検出処理を行う度に、第１の超音波画像と第２の超音波画像とがそれぞれ変わるものである。この手法では、所与の閾値の大きさを変えることにより、検出する位置ずれの精度を調整することが可能である。

しかし、この手法では位置ずれ検出処理を行うたびに、所与の閾値以下のずれが続けて発生している場合には、各回の検出処理において位置ずれは検出されないが、測定を開始したプローブ位置（又は後述する基準位置）と比べると、所与の閾値よりも大きなずれが発生していることがある。

そこで、プローブ位置の位置ずれ検出処理において、特定の超音波画像を第１の超音波画像として毎回用いても良い。

すなわち、処理部１２０は、第１の超音波画像を、超音波プローブ２００のプローブ位置の基準位置を示す基準画像に設定し、基準画像におけるプローブ位置と、第２の超音波画像におけるプローブ位置との差を、プローブ位置の位置ずれとして検出してもよい。

ここで、基準画像とは、超音波プローブ２００の基準位置において取得された超音波画像である。そして、基準位置とは、測定対象の表面に対する適正なプローブ位置であって、例えば測定者が測定したい生体組織の位置に対応する表皮上の位置のことをいう。また、基準位置は、測定開始時のプローブ位置であってもよいし、測定者により設定されたプローブ位置であってもよい。

これにより、少しずつプローブ位置がずれる場合であっても、プローブ位置の位置ずれを検出すること等が可能になる。すなわち、プローブ位置が基準位置にあった時から、今回の位置ずれ検出処理を行うまでに累積した位置ずれを検出すること等が可能になる。ただし、本実施形態はこれに限定されず、前述したように、前回の位置ずれ検出処理から今回の位置ずれ検出処理の間に生じた位置ずれを検出してもよい。

なお、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。この場合には、ＣＰＵ等のプロセッサーがプログラムを実行することで、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００等が実現される。具体的には、情報記憶媒体に記憶されたプログラムが読み出され、読み出されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサーが実行する。ここで、情報記憶媒体（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、或いはメモリー（カード型メモリー、ＲＯＭ等）などにより実現できる。そして、ＣＰＵ等のプロセッサーは、情報記憶媒体に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち、情報記憶媒体には、本実施形態の各部としてコンピューター（操作部、処理部、記憶部、出力部を備える装置）を機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム）が記憶される。

５．超音波トランスデューサー素子
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイスの超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。

図１２（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図１２（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。

第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図１２（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により開口４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

開口４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この開口４０の開口部４５のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体層３０側（図１２（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

６．超音波トランスデューサーデバイス
図１３に、超音波トランスデューサーデバイス（素子チップ）の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイスは、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図１３に示す本数には限定されない。

複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波トランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。

図１４（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図１４（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。

そして、図１４（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイスの１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また、駆動電極線ＤＬからの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図１４（Ａ）のような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図１４（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。

図１３に示すように、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。

超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図１３に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。

なお、超音波トランスデューサー素子の配置は、図１３に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。

また図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。

以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、超音波測定装置及び超音波画像装置の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１００ 超音波測定装置、１０１ 超音波測定装置本体、１１０ 送受信部、
１２０ 処理部、１３０ 報知情報出力部、２００ 超音波プローブ、２１０ ケーブル、
２２０ プローブヘッド、３００ 表示部、４００ 超音波画像装置

Claims (13)

1. 超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行う送受信部と、
   前記送受信部が受信した受信信号に基づいて、測定対象の表面に対する超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行う処理部と、
   前記位置ずれ検出処理の結果に基づいて、報知情報を出力する報知情報出力部と、
   を含み、
   前記処理部は、
   測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、前記測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像における特徴点を検出し、検出した前記特徴点の位置情報に基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における前記プローブ位置の前記位置ずれ検出処理を行い、
   前記報知情報出力部は、
   検出された前記プローブ位置の位置ずれ情報を含む前記報知情報を出力することを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記処理部は、
   前記第１の超音波画像における複数の前記特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像における複数の前記特徴点の位置情報とに基づいて、特徴点の時間変位量情報を求め、求めた前記特徴点の時間変位量情報に基づいて、前記プローブ位置の前記位置ずれ検出処理を行うことを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２において、
   前記処理部は、
   前記第１の超音波画像における前記特徴点と、前記第２の超音波画像における前記特徴点との対応付け処理を行い、
   前記第１の超音波画像における第１の特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像において前記第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点の位置情報との差分情報である第１の位置差分情報を求め、
   前記第１の超音波画像における第２の特徴点の位置情報と、前記第２の超音波画像において前記第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点の位置情報との差分情報である第２の位置差分情報を求め、
   前記第１の位置差分情報と前記第２の位置差分情報とに基づいて、前記特徴点の前記時間変位量情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項２又は３において、
   前記処理部は、
   前記第１の超音波画像における前記特徴点と、前記第２の超音波画像における前記特徴点との対応付け処理を行い、
   前記第１の超音波画像における第１の特徴点と第２の特徴点間の第１の距離情報を求め、
   前記第２の超音波画像において、前記第１の特徴点に対応付けられた第３の特徴点と、前記第２の特徴点に対応付けられた第４の特徴点との間の第２の距離情報を求め、
   前記第１の距離情報と前記第２の距離情報との差分情報に基づいて、前記特徴点の時間変位量情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記報知情報出力部は、
   前記測定対象の表面に対する前記プローブ位置の位置ずれ量及び位置ずれ方向の少なくとも一方を表す情報を、前記報知情報として出力することを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記報知情報出力部は、
   前記測定対象の表面に対する前記プローブ位置の移動指示量及び移動指示方向の少なくとも一方を表す情報を、前記報知情報として出力することを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項５又は６において、
   前記報知情報出力部は、
   前記報知情報として、画像情報を出力することを特徴とする超音波測定装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記処理部は、
   前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像とに基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における前記測定対象の表面に対する前記超音波プローブの姿勢ずれ検出処理を行い、
   前記報知情報出力部は、
   検出された前記超音波プローブの姿勢ずれを報知する前記報知情報を出力することを特徴とする超音波測定装置。
9. 請求項８において、
   前記報知情報出力部は、
   前記測定対象の表面に対する前記超音波プローブの姿勢ずれ量及び姿勢ずれ方向の少なくとも一方を表す画像を、前記報知情報として出力することを特徴とする超音波測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記処理部は、
    前記第１の超音波画像を、前記超音波プローブの前記プローブ位置の基準位置を示す基準画像に設定し、前記基準画像における前記プローブ位置と、前記第２の超音波画像における前記プローブ位置との差を、前記プローブ位置の前記位置ずれとして検出することを特徴とする超音波測定装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記第１の超音波画像と前記第２の超音波画像は、
    １又は複数のフレーム間隔で得られる超音波画像であることを特徴とする超音波測定装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の超音波測定装置と、
    前記報知情報を表示する表示部と、
    を含むことを特徴とする超音波画像装置。
13. 超音波トランスデューサーデバイスに対して超音波の送受信制御を行い、
    測定期間内の第１のタイミングの第１の受信信号に基づいて、第１の超音波画像を生成し、
    前記測定期間内の第２のタイミングの第２の受信信号に基づいて、第２の超音波画像を生成し、
    前記第１の超音波画像及び前記第２の超音波画像における特徴点を検出し、
    検出した前記特徴点に基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミング間における測定対象の表面に対する超音波プローブのプローブ位置の位置ずれ検出処理を行い、
    検出された前記プローブ位置の位置ずれ情報を含む報知情報を出力することを特徴とする超音波測定装置の制御方法。