JP2020168122A - 手動スキャン式の超音波画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波画像撮影装置において、誰でも簡単に断層像を取得可能にする。【解決手段】手動スキャン式の超音波画像撮影装置１は、貯留槽２と、超音波ユニット３と、ガイド部４とを有する。貯留槽２には、超音波伝導性を有する液体が貯留される。超音波ユニット３は、超音波プローブ３ａを備えている。超音波プローブ３ａは、貯留槽２内に貯留された液体を介して、貯留槽２内に収容された被検体Ｍの断層を撮影することによって、超音波画像を時系列的に取得する。ガイド部４は、貯留槽２側に設けられており、超音波ユニット３のスキャン経路を規定するガイド形状を有する。超音波ユニット３は、ガイド部４と当接することによって、ガイド部４のガイド形状によって規定されたスキャン経路上を手動でスライド自在である。また、ガイド部４のガイド形状は、被検体Ｍに対する超音波ユニット３の深度を規定する起伏を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の断層を撮影する手動スキャン式の超音波画像撮影装置に関する。

例えば、特許文献１には、液体が入った水槽に浸水された被検体の一部を、超音波探触子を用いて自動的にスキャンする超音波診断装置が開示されている。この診断装置において、超音波探触子は、支持機構によって三次元空間を移動可能に支持されており、この支持機構をスキャン制御部が制御することによって、移動平面上におけるスキャンが所定の移動経路で自動的に行われる。また、三次元空間上における超音波探触子の位置や角度は、超音波探触子に装備された位置検出器によって検出され、これに基づいて制御される。

特開２００８−２８９７３２号公報

ところで、現在、病院などの医療現場のみならず家庭においても、超音波画像撮影装置を広く普及させ、自身の体内の状態を個人が早期かつ簡単に把握できるようにしようとする試みが検討されている。このような個人向けの装置に対する要求としては、安価で簡易であることや、ユーザにとって操作が容易であることなどが挙げられる。しかしながら、既存の装置としては、上述した特許文献１に係る装置も含めて、医療現場向けの高価で複雑なものしか存在せず、技量や知識に乏しい個人が手軽に取り扱えるような代物ではない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波画像撮影装置において、簡易な構成で誰でも簡単に超音波画像を取得可能にすることである。

かかる課題を解決すべく、貯留槽と、超音波ユニットと、ガイド部とを有する手動スキャン式の超音波画像撮影装置を提供する。貯留槽には、超音波伝導性を有する液体が貯留される。超音波ユニットは、超音波プローブを備えている。超音波プローブは、貯留槽内に貯留された液体を介して、貯留槽内に収容された被検体の断層を撮影することによって、超音波画像を時系列的に取得する。ガイド部は、超音波ユニットのスキャン経路を規定するガイド形状を有する。超音波ユニットは、ガイド部と当接することによって、ガイド形状によって規定されたスキャン経路上を手動でスライド自在である。

ここで、本発明において、上記ガイド形状は、被検体に対する超音波ユニットの深度を規定する起伏を有していてもよい。

本発明において、上記ガイド部は、少なくとも、第１のガイド部と、第２のガイド部とを交換可能であることが好ましい。第１のガイド部は、第１の被検体をスキャンするために用いられる。第２のガイド部は、第１の被検体とは異なる第２の被検体をスキャンするために用いられ、第１のガイド部とは異なるガイド形状を有する。また、上記超音波ユニットの位置を検出する位置センサを設けてもよい。また、出力部を設けてもよい。この出力部は、超音波ユニットによって取得された超音波画像と、位置センサによって検出された超音波ユニットの位置情報とを、外部システムに出力する。さらに、上記貯留槽の内面に、超音波プローブより出射された超音波の反射を低減する反射低減層を設けてもよい。

本発明によれば、超音波ユニットと当接するガイド部によって、手動でスライド自在な超音波ユニットをガイドすることで、ユーザの技量や知識を問うことなく、簡易な構成で誰でも簡単に超音波画像を取得できる。

超音波画像撮影装置の概略図 ガイド部におけるガイド形状の第１の例を示す図 超音波ユニットのスライドの説明図 ガイド部におけるガイド形状の第２の例を示す図 ガイド部におけるガイド形状の第３の例を示す図 超音波画像撮影装置のシステム構成図 位置センサの第１の例の説明図 位置センサの第２の例の説明図 時系列的に取得された一連の超音波画像を示す図

図１は、本実施形態に係る手動スキャン式の超音波画像撮影装置の概略図である。この超音波画像撮影装置１は、超音波プローブ３ａを備える超音波ユニット３をユーザが手動で移動させることで、所定のスキャン経路に沿って、被検体の断層像を連続的に撮影する。超音波画像撮影装置１は、貯留槽２と、超音波ユニット３と、ガイド部４とを主体に構成されている。

貯留槽２には、超音波伝導性を有する液体、典型的には水が貯留されており、この液体に没するように、撮影対象となる被検体Ｍが収容される。貯留槽２のサイズは、収容される被検体Ｍの大きさに応じて設定される。例えば、被検体Ｍが手や足などの場合には、バケツ程度のサイズで足りるが、頭部を除いたほぼ全身などの場合には、浴槽程度のサイズが必要になる。貯留槽２の形状は、図示した直方体状に限らず、被検体Ｍの形状に応じて適宜設定される。また、貯留槽２の上面には、被検体Ｍを出し入れするための開口部が確保されている。

貯留槽２の内面には、超音波プローブ３ａより出射された超音波の反射を低減するための反射低減層２ａが、ほぼ全域に亘ってコーティングされている。反射低減層２ａを設けることで、超音波の反射に起因した超音波画像の画質の低下を抑制できる。反射低減層２ａとしては、例えば、ウレタン材にエコー樹脂（水に近いインピーダンスを持つ均一な樹脂）を含浸したシート材を用いることができる。

超音波ユニット３は、超音波プローブ３ａを備えている。超音波プローブ３ａの先端は、空気に触れることなく貯留槽２内の液体に没している。超音波プローブ３ａは、貯留槽２内の液体を介して、貯留槽２内に収容された被検体Ｍの断層を撮影する。具体的には、超音波プローブ３ａから出射された超音波ビームは、被検体Ｍの表面に照射されると共に、被検体Ｍの内部より反射した反射波（エコー）が超音波プローブ３ａによって検知される。この反射波を画像として可視化したものが、被検体Ｍの断層像である。

ガイド部４は、貯留槽２側、具体的には、貯留槽２の上部に設けられており、所定のガイド形状を有する。手動で移動する超音波ユニット３は、ガイド部４と当接しながらガイド形状に沿って導かれ、ガイド部４によって規定されたスキャン経路上を移動する。

図２は、ガイド部４におけるガイド形状の第１の例を示す図である。ガイド部４は、互いに対向した一対の側部４ａと、一対の突出部４ｂとを有する。一対の側部４ａは、超音波ユニット３の幅に対応した間隔を維持するように配置されており、貯留槽２の前後方向（Ｙ方向）に直線状に延在している。超音波ユニット３のスキャン経路は、側部４ａの延在方向によって規定され、同図の場合、貯留槽２の前後方向（Ｙ方向）における一次元的なスキャン経路が規定されることになる。また、一対の突出部４ｂは、それぞれの側部４ａの下端から側方に向かって突出しており、側部４ａに沿って延在している。突出部４ｂは、一対の側部４ａの間に配置された超音波ユニット３の脱落を防止するために設けられている。

図３は、超音波ユニット３のスライドの説明図である。ユーザは、一対の側部４ａの間に超音波ユニット３を配置した上で、超音波ユニット３を下方に押しつけながら手動でスライドさせる。超音波ユニット３は、ガイド部４側の側部４ａと当接することによって可動範囲が規制され、Ｙ方向へのスライドのみが許容される。これにより、ユーザは、許容された可動範囲内で超音波ユニット３をスライドさせるだけで、スキャン経路を正確にトレースすることができる。なお、超音波ユニット３のスキャン経路は、撮像対象となる被検体Ｍの種類（形状）などを考慮して設定され、Ｙ方向のみならず、貯留槽２の左右方向（Ｘ方向）も規定した二次元的なものであってもよい。

図４は、ガイド部４におけるガイド形状の第２の例を示す図である。このガイド部４も、第１の例と同様、Ｙ方向への一次元的なスキャン経路を規定するものであるが、ガイド形状の起伏（プロファイル）によって、被検体Ｍに対する超音波ユニット３の深度（Ｚ方向長）も規定している。具体的には、一対の突出部４ｂは、貯留槽２の前から後ろに向かうにつれて徐々に上昇するように曲線状に延在している。超音波ユニット３は、ガイド部４側の突出部４ｂと当接することによって、突出部４ｂによって規定された深度変化を伴いながらスライドする。これにより、スキャン経路をスライドさせるだけで、超音波プローブ３ａの深度を適切に調整することができる。なお、超音波プローブ３ａの深度は、撮像対象となる被検体Ｍの種類（形状）などを考慮して設定され、図示したような曲線形状に限らず、どのような起伏形状に設定してもよい。

図５は、ガイド部４におけるガイド形状の第３の例を示す図である。上述した第２の例では、突出部４ｂが曲線状に延在しているため、ユーザは、超音波ユニット３が斜めにならないように鉛直方向の維持を意識しながら、超音波ユニット３をスライドさせる必要がある。この点、本例は、ユーザが意識しなくても、超音波ユニット３が鉛直方向に自ずと起立する。具体的には、ガイド部４における一対の側部４ａのそれぞれには、陥没したガイド溝４ｃ，４ｄが上下に並んで設けられている。これらのガイド溝４ｃ，４ｄは、貯留槽２の前から後ろに向かうにつれて徐々に上昇するように曲線状に延在しており、一定の間隔を空けて配置されている。一方、超音波ユニット３の側部には、ガイド溝４ｃ，４ｄに対応した間隔で鉛直方向に並んでおり、側方に突出した２つの係合部３ｂ，３ｃが設けられている。上方の係合部３ｂは、上方のガイド溝４ｃとスライド自在に係合しており、下方の係合部３ｃは、下方のガイド溝４ｄとスライド自在に係合している。これにより、超音波ユニット３は、スキャン経路のどこに位置にしていようとも、鉛直方向に起立した状態に保たれる。

なお、ガイド部４は、貯留槽２に一体で形成してもよいが、貯留槽２と別体で形成して貯留槽２に着脱自在に取り付けてもよい。後者の場合、複数種のガイド部４を用意しておき、被検体Ｍの種類に応じて交換できるようにすることが好ましい。例えば、手用のガイド部と、足用のガイド部とを別々に用意するといった如くである。手用のガイド部は、手をスキャンするために用いられ、手のスキャンに適したガイド形状を有している。また、足用のガイド部は、足をスキャンするために用いられ、足のスキャンに適したガイド形状（手のガイド形状とは異なる。）を有している。

図６は、超音波画像撮影装置１のシステム構成図である。超音波画像撮影装置１は、超音波ユニット３に搭載された超音波プローブ３ａと、位置センサ５と、出力部６とを有する。超音波プローブ３ａは、スキャン経路に沿ったスキャン過程において、被検体Ｍを所定のフレーム間隔で撮影した超音波画像を時系列的に取得・出力する。

位置センサ５は、超音波ユニット３（超音波プローブ３ａ）の位置を検出する。位置センサ５としては、超音波プローブ３ａに加速度センサが内蔵されている場合、この加速度センサを用いることができる。この場合、位置は、加速度センサによって検知された加速度を２回積分することによって算出される。しかしながら、加速度センサは、ノイズや重力加速度の影響が大きく、算出された位置の精度が低いといった問題がある。そこで、位置センサ５としては、超音波ユニット３の位置を直接的に検出するセンサを用いることが好ましい。

図７は、位置センサ５の第１の例であるロータリーエンコーダの説明図である。本例では、超音波ユニット３側にロータリーエンコーダ５ａを設け、ガイド部４と当接した回転体５ｂの回転をロータリーエンコーダ５ａによって検出する。ガイド部４上における超音波ユニット３の移動量は、回転体５ｂの回転数に反映されるため、この回転数に基づき、超音波ユニット３のＹ方向の位置を精度よく検出できる。なお、超音波ユニット３のＺ方向の位置も検出する場合、Ｙ方向用とは別にＺ方向用のロータリーエンコーダを用いればよい。また、回転に基づく位置検出手法としては、ロータリーエンコーダの他に、レールと噛み合ったギアを用いたリニアスケールの位置検出手法や、モータの軸に磁石を取り付けて、この磁石の回転角度を検出する手法などが知られており、これらの手法を用いてもよい。

図８は、位置センサの第２の例である光学的な位置検出手法の説明図である。本例では、Ｙ方向とＺ方向のそれぞれにおいて、超音波ユニット３に光を出射する発光部５ｃと、超音波ユニット３の反射光を受光する受光部５ｄとを配置し、超音波ユニット３の移動に応じた受光量の変化によって位置を検出する。その他にも、ステレオカメラによって得られる視差に基づいて、超音波ユニット３の位置を検出する手法を用いてもよい。

出力部６は、超音波プローブ３ａによって取得された超音波画像と、位置センサ５によって検出された超音波プローブ３ａの位置情報とを、外部システム７に出力する。

図９は、時系列的に取得された一連の超音波画像を示す図である。外部システム７は、超音波画像撮影装置１から受け取った超音波画像および位置情報に基づいて、三次元的な断層像モデルを生成する。ある時間に取得された超音波画像の位置は、その時間に検知された位置情報に基づいて特定される。したがって、一連の超音波画像におけるそれぞれの位置は既知であるから、断層像モデルとして三次元化できる。外部システム７は、生成した断層像モデルを表示装置上に表示する。ユーザは、表示された断層像モデルを視認することにより、被検体Ｍの内部状態を把握・診断する。

このように、本実施形態によれば、超音波ユニット３と当接するガイド部４のガイド形状によって、手動でスライド自在な超音波ユニット３をガイドすることで、ユーザの技量や知識を問うことなく、簡易な構成で誰でも簡単に超音波画像を取得できる。

また、本実施形態によれば、ガイド部４のガイド形状として、被検体Ｍに対する超音波ユニット３の深度を規定する起伏を設けることで、ユーザの技量や知識を問うことなく、超音波プローブ３ａの深度を適切に調整することができる。

さらに、本実施形態によれば、超音波ユニット３の位置を検出する位置センサ５を設けることで、超音波プローブ３ａによって取得された超音波画像から、断層像の三次元構築が可能になる。

なお、上述した実施形態では、ガイド部４を貯留槽２の上部に設ける例について説明したが、足の裏などのように、被験体が上部からのスキャンに不向きな場合には、貯留槽２の底部にガイド部４を設け、超音波ユニットを上下反転することで超音波を下から上向きに照射してスキャンを行ってもよい。

さらに、上述した実施形態では、ガイド部４を貯留槽２に固定しているが、被検体Ｍとの相対的な位置関係が変わらないように、ガイド部４を被検体Ｍ（例えば腹部など）に固定することによって、超音波プローブ３のスキャンを行ってもよい。

１ 超音波画像撮影装置
２ 貯留槽
２ａ 反射低減層
３ 超音波ユニット
３ａ 超音波プローブ
３ｂ，３ｃ 係合部
４ ガイド部
４ａ 側部
４ｂ 突出部
４ｃ，４ｄ ガイド溝
５ 位置センサ
５ａ ロータリーエンコーダ
５ｂ 回転体
５ｃ 発光部
５ｄ 受光部
６ 出力部
７ 外部システム

Claims (6)

1. 手動スキャン式の超音波画像撮影装置において、
   超音波伝導性を有する液体が貯留される貯留槽と、
   前記貯留槽内に貯留された液体を介して、前記貯留槽内に収容された被検体の断層を撮影することによって、超音波画像を時系列的に取得する超音波プローブを有する超音波ユニットと、
   前記超音波ユニットのスキャン経路を規定するガイド形状を有するガイド部とを有し、
   前記超音波ユニットは、前記ガイド部と当接することによって、前記ガイド形状によって規定されたスキャン経路上を手動でスライド自在であることを特徴とする手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
2. 前記ガイド形状は、前記被検体に対する前記超音波ユニットの深度を規定する起伏を有することを特徴とする請求項１に記載された手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
3. 前記ガイド部は、少なくとも、第１のガイド部と、第２のガイド部とを交換可能であって、
   前記第１のガイド部は、第１の被検体をスキャンするために用いられ、
   前記第２のガイド部は、前記第１の被検体とは異なる第２の被検体をスキャンするために用いられ、前記第１のガイド部とは異なるガイド形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載された手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
4. 前記超音波ユニットの位置を検出する位置センサをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載された手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
5. 前記超音波ユニットによって取得された超音波画像と、前記位置センサによって検出された前記超音波ユニットの位置情報とを、外部システムに出力する出力部をさらに有することを特徴とする請求項４に記載された手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
6. 前記貯留槽の内面には、前記超音波プローブより出射された超音波の反射を低減する反射低減層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載された手動スキャン式の超音波画像撮影装置。
   
   

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