JP2022013242A - 超音波画像処理装置、及び超音波画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体組織の状態を精度よく測定できる超音波画像処理装置、及び超音波画像処理方法の提供に資する。
【解決手段】超音波画像処理装置は、測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するプローブと、前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を表示する画像表示部と、前記生体組織に前記プローブを押し付ける力を測定するセンサと、前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成し、前記押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示させる情報制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、超音波画像処理装置、及び超音波画像処理方法に関する。

特許文献１には、人の生体組織の硬さに関する情報を得ることができる技術が開示されている。特許文献１の従来技術では、超音波を発生するプローブを人の生体組織に押し付けたとき、プローブに設けられる押し付け力測定部によってプローブの押し付け力が測定される。そして、測定された押し付け力と、生体組織から反射した超音波信号とに基づき、生体組織の厚さの変化や、生体組織の硬さなどが算出される。

特許第５７８７２８６号公報

しかしながら、この種の従来技術では、プローブの操作者によるプローブの扱い方によって、生体組織へのプローブの押し付け力が変化すると、生体組織の厚みが変動する。そのため、押し付け力が変化したときの生体組織の状態を適切に測定できない場合がある。従って従来技術では生体組織の状態を精度よく測定する上での改善の余地がある。

本開示の非限定的な実施例は、生体組織の状態を精度よく測定できる超音波画像処理装置、及び超音波画像処理方法の提供に資する。

本開示の一実施例に係る超音波画像処理装置は、測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するプローブと、前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を表示する画像表示部と、前記生体組織に前記プローブを押し付ける力を測定するセンサと、前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成し、押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示させる情報制御部と、を備える。

本開示の一実施例に係る超音波画像処理方法は、プローブが測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するステップと、前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を画像表示部に表示するステップと、前記生体組織に前記プローブが押し付けられることで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成するステップと、前記押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示するステップと、を含む。

本開示の一実施例によれば、生体組織の状態を精度よく測定できる超音波画像処理装置、及び超音波画像処理方法を構築できる。

本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

本開示の実施の形態１に係る超音波画像処理装置１の構成例を示す図 画像表示部８に表示される生体組織の画像２０、押し付け度合いを表す情報１０ａなどの一例を示す図 画像表示部８に表示される生体組織の画像２０、押し付け度合いを表す情報１０ａなどの一例を示す図 超音波画像処理装置１の動作を説明するためのフローチャート 本開示の実施の形態２に係る超音波画像処理装置１の構成例を示す図 本開示の実施の形態２に係る超音波画像処理装置１の変形例に示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［実施の形態１］
図１は本開示の実施の形態１に係る超音波画像処理装置１の構成例を示す図である。超音波画像処理装置１は、測定部２及び画像処理部３を備える。

測定部２は、プローブ２１及びセンサ２２を備える。

プローブ２１は、信号送受信部５から送信される超音波信号を生体組織に向けて放射すると共に、生体組織で反射した超音波信号を信号送受信部５へ送信する。

センサ２２は、プローブ２１が生体組織に押し付けられたときの押し付け力を測定する歪みセンサ、圧力センサなどである。センサ２２は、押し付け力を示す情報２２ａを受信部７に対して出力する。なお、センサ２２の構成は、例えば前述した特許文献１などに開示されているため、その詳細説明については省略する。

画像処理部３は、信号制御部４、信号送受信部５、信号解析部６、受信部７、画像表示部８、信号記録部９及び情報制御部１０を備える。

信号制御部４は、信号送受信部５を制御する機能を有する。例えば、信号制御部４は、信号送受信部５から発信される超音波信号の振幅、周波数などを制御する制御指令を生成して信号送受信部５に対して出力する。信号送受信部５は、信号制御部４から出力された制御指令に応じた超音波信号を生成して、プローブ２１に対して送信する。信号送受信部５は、プローブ２１から出力された超音波信号（生体組織で反射した超音波信号）を受信して、信号解析部６に対して出力する。信号送受信部５は、信号送信部の一例である。

信号解析部６は、信号送受信部５から出力された超音波信号を受信し、超音波信号を解析することにより、例えば、生体組織の厚さの変化を検出する。生体組織の厚さは、プローブ２１の押し付け方向に対する生体組織の厚さ、例えば人体の皮膚の内側に存在する皮下脂肪、筋肉などの厚さである。

受信部７は、生体組織に対するプローブ２１の押し付け力を示す情報２２ａを受信して、情報制御部１０に対して出力する。

画像表示部８は、信号解析部６で解析された生体組織の状態（例えば筋肉や皮下脂肪の厚み、生体組織の画像情報など）などを表示する。

信号記録部９は、信号解析部６で解析された生体組織の状態、情報制御部１０で生成される押し付け度合いを表す情報などを、時系列順に対応付けて記録する。

情報制御部１０は、押し付け力を示す情報２２ａに基づき、押し付け度合いを表す情報１０ａを生成する。情報制御部１０は、生成した押し付け度合いを表す情報１０ａを、生体組織の画像に対応付けて、画像表示部８に入力する。

次に図２～図４を参照して、超音波画像処理装置１の動作と、押し付け度合いを表す情報１０ａの表示例を説明する。

図２及び図３は画像表示部８に表示される生体組織の画像２０、押し付け度合いを表す情報１０ａなどの一例を示す図である。図４は超音波画像処理装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

信号制御部４によって生成された超音波信号は、信号送受信部５を介して、プローブ２１に送信される（ステップＳ１）。

プローブ２１を操作する人が、被測定者の腕などにプローブ２１を押し付けると、プローブ２１から生体組織に対して超音波信号が放射される。生体組織で反射した超音波信号は、プローブ２１によって受信され、信号送受信部５に対して送信される。信号解析部６では、信号送受信部５で受信された超音波信号に基づき、生体組織の画像２０が生成される（ステップＳ２）。

プローブ２１の押し付け力がセンサ２２で測定されると、センサ２２から受信部７に対して、押し付け力を示す情報２２ａが送信される（ステップＳ３）。画像表示部８では、受信部７で受信された押し付け力を示す情報２２ａに基づき、押し付け力の度合いを示す情報１０ａを生成する（ステップＳ４）。

画像表示部８には、生体組織の画像２０と、押し付け力の度合いを示す情報１０ａとが表示される（ステップＳ５）。図２及び図３を参照して、生体組織の画像２０と、押し付け力の度合いを示す情報１０ａの表示例を説明する。

図２に示すように、生体組織の画像２０の周囲を取り囲むように押し付け力の度合いを示す情報１０ａが表示される。押し付け力の度合いを示す情報１０ａは、例えば、押し付け力に対応して色調が変化する画像である。

具体的には、押し付け力が０～２００ｇｆの場合には、適正な押し付け力と判断され、青色の画像が枠状に表示される。

また、押し付け力が２０１～２９９ｇｆの場合には、適正な押し付け力よりもやや強い圧力と判断され、黄色の画像が枠状に表示される。

また、押し付け力が３００ｇｆ以上の場合には、適正な強すぎると判断され、赤色の画像が枠状に表示される。なお、これらの押し付け力の値は、これらに限定されるものではない。

図３を参照して、押し付け力の具体的な数値の表示例について説明する。図３の左から１つ目の図には、押し付け力「１０８ｇｆ」が示される。図３の左から２つ目の図には、押し付け力「２５２ｇｆ」が示される。図３の左から３つ目の図には、押し付け力「５１５ｇｆ」が示される。このように、押し付け力に対応した数値を表示することによって、プローブ２１を操作する人は押し付け力を細やかに調整することができる。

これらの数値と併せて、押し付け度合いを表す記号を表示してもよい。図３の左から１つ目の図には、押し付け力「１０８ｇｆ」が適正な押し付け力である場合の記号の例である円形マークが示されている。図３の左から２つ目の図には、押し付け力「２５２ｇｆ」が適正な押し付け力よりも少し強い場合の記号の例である三角形マークが示される。図３の左から３つ目の図には、押し付け力「５１５ｇｆ」が適正な押し付け力よりもかなり強い場合の記号の例であるＸ字形マークが示される。

図４に戻り、プローブ２１による生体組織の測定が継続している場合（ステップＳ６、ＹＥＳ）、ステップＳ１以降の処理が繰り返され、プローブ２１による生体組織の測定が終了した場合（ステップＳ６、ＮＯ）、一連の処理が終了する。

なお、押し付け度合いを表す情報１０ａは、プローブ２１を押し付ける力に対応して色調が変化する画像に限定されず、例えば、プローブ２１を押し付ける力に対応して点灯状態が変化する光でもよい。例えば適正な押し付け力の場合、画像表示部８の周囲に設けられる発光手段を連続的に発光させ、適正値よりもやや強い押し付け力の場合、当該発光手段を一定周期で点滅させ、非常に強い押し付け力の場合、当該発光手段を消灯させる。

また、押し付け度合いを表す情報１０ａは、プローブ２１を押し付ける力に対応して周波数が変化する音などでもよい。例えば適正な押し付け力の場合、画像表示部８の周囲に設けられるスピーカから一定周期の間欠音を発生させ、適正値よりもやや強い押し付け力の場合、当該スピーカから周期の短い間欠音を発生させ、非常に強い押し付け力の場合、当該スピーカから連続音を発生させる。

また、押し付け力を示す情報２２ａと生体組織の画像２０とを対応付けて時系列順に信号記録部９へ記録しておき、情報制御部１０がこれらの情報を読み出して、画像表示部８に表示するように構成してもよい。

例えば、ヘルスケアのために、１ヶ月前の筋肉量と現在の筋肉量とを比較するとき、１ヶ月前に筋肉量を測定したときのプローブ２１の押し付け力を再現できれば、現在の筋肉量と１ヶ月の筋肉量との差異が明確になる。筋肉量の差異が分かれば、トレーニングの効果がどの程度であるかを正確に把握できる。

また、医療現場では、プローブ２１を動かしながら身体の患部（病理）を探索、診療（診断）するとき、身体の部位毎に押し付け力を変化させる。プローブ２１の押し付け力を確認できれば、身体の部位に適した押し付け力で、患部を探索できるため、効率的な診療が可能になる。

また、本実施の形態に係る超音波画像処理装置１によれば、押し付け力を確認しながら生体組織の状態を測定できるため、プローブ２１を操作する人が異なる場合でも、押し付け力の変化に対する生体組織の厚みがバラつくことを抑制できる。また、生体組織の押し潰し量をコントロールできるため、生体組織の状態を精度高く測定できる。

また、本実施の形態に係る超音波画像処理装置１によれば、押し付け度合いを表す情報１０ａを、生体組織の画像２０に対応付けるように表示することにより、プローブ２１を操作する人は、生体組織の画像２０を確認しながらプローブ２１の押し付け力を容易に把握できる。このため、ヘルスケア、医療現場の何れにおいても、熟練者でなくとも生体組織の状態を正確に把握できる。また、押し付け力によって生体組織がどのように変化するのかを把握できるため、プローブ２１の操作方法をトレーニングする機械としても利用できる。また、押し付け力によって生体組織がどのように変化するのかを把握できるため、同じ操作者でも、押し付け力の変化に対する生体組織の厚みが測定毎にバラつくことを抑制できる。

［実施の形態２］
図５は本開示の実施の形態２に係る超音波画像処理装置１の構成例を示す図である。

図５に示す測定部２は、図１に示す構成に加え、押し付け判定部１１及びスイッチ１２を備える。

押し付け判定部１１は、センサ２２で検出された押し付け力が所定の圧力を超えているか否かを判定する。

押し付け力が所定の圧力を超えている場合、押し付け判定部１１は、プローブ２１の押し付けがされていると判断して、スイッチ１２をＯＮ状態にする。これにより、信号送受信部５から送信された超音波信号がプローブ２１に伝達される。

押し付け力が所定の圧力を超えていない場合、押し付け判定部１１は、プローブ２１の押し付けがされていないと判断して、スイッチ１２をＯＦＦ状態にする。これにより、信号送受信部５からプローブ２１までの伝達経路上のインピーダンスが大きくなり、信号送受信部５からプローブ２１への超音波信号の伝達が遮断される。

超音波信号の伝達経路上のインピーダンスが大きくなると、当該伝達経路に電流が流れ難くなるため、超音波信号の生成に伴う電力の消費が抑制される。

例えば、持ち運びが可能な超音波画像処理装置１の場合、超音波画像処理装置１の電源には、蓄電池が利用される。なお超音波画像処理装置１の電源には、蓄電池から供給される電力以外にも、ノート型パソコンなどに搭載されるＵＳＢポートから供給される電力を利用してもよい。

超音波信号の生成に伴う消費電力が抑制されることにより、蓄電池に蓄えられた電力の消費が抑制されるため、持ち運びが可能な超音波画像処理装置１でも、生体組織の測定を長時間行うことが可能になる。

また、蓄電池に蓄えられた電力の消費が抑制されることによって、相対的に小型で軽量な蓄電池を利用できるため、超音波画像処理装置１の小型化及び軽量化が可能になる。

また、超音波信号の伝達が遮断される期間が増えることによって、超音波信号の生成や、超音波信号の送受信を行うための回路の構成部品（例えば電解コンデンサなど）の劣化が抑制され、超音波画像処理装置１の信頼性が向上する。また、超音波信号の伝達が遮断される期間が増えることによって、超音波を発信する探触子（プローブ２１）の劣化も抑制される。また、超音波信号の伝達が遮断される期間が増えることによって、探触子の温度上昇が抑制されるため、探触子の発熱対策を簡素化でき、探触子の製造コストの上昇を抑制できる。また、探触子の温度上昇が抑制されることによって、探触子の耐久性が向上する。

なお、押し付け判定部１１の押し付け力の判定にはヒステリシスを持たせてもよい。例えば、生体組織にプローブ２１が押し付けられた場合、押し付け判定部１１は、即座に超音波信号をプローブ２１に伝達するようにスイッチ１２をＯＮ状態にする。

押し付け判定部１１は、プローブ２１が生体組織から離れた時点から一定時間（例えば３０秒など）が経過するまではスイッチ１２をＯＮ状態に維持し、一定時間が経過するまでに生体組織へのプローブ２１の押し付けが検出されないとき、スイッチ１２をＯＦＦ状態にする。

これにより、電源の頻繁な再投入が抑制され、前述した回路の構成部品の劣化がより一層抑制され、また超音波画像処理装置１の信頼性がさらに向上する。また、電源の頻繁な再投入が抑制されることによって、超音波を発信する探触子（プローブ２１）の劣化も抑制される。

なお、押し付け判定部１１及びスイッチ１２を測定部２に設けることによって、測定部２の外部にこれらを設ける場合に比べて、押し付け判定部１１とセンサ２２とをつなぐ配線などを省略できる。

［実施の形態２の変形例］
図６は本開示の実施の形態２に係る超音波画像処理装置１の変形例を示す図である。

図６に示す超音波画像処理装置１では、押し付け判定部１１及びスイッチ１２が画像処理部３に設けられている。スイッチ１２は、例えば信号制御部４と信号送受信部５との間に設けられる。

押し付け判定部１１は、センサ２２で検出された押し付け力の情報を入力し、押し付け力が所定の圧力を超えているか否かを判定する。

押し付け力が所定の圧力を超えている場合、押し付け判定部１１は、プローブ２１の押し付けがされていると判断して、スイッチ１２をＯＮ状態にする。これにより、信号制御部４で生成された超音波信号が信号送受信部５に伝達される。

押し付け力が所定の圧力を超えていない場合、押し付け判定部１１は、プローブ２１の押し付けがされていないと判断して、スイッチ１２をＯＦＦ状態にする。これにより、信号制御部４で生成された制御指令の信号送受信部５への伝達が遮断される。

制御指令の電圧は、信号送受信部５からプローブ２１に伝達される信号の電圧よりも低いため、スイッチ１２で扱われる電圧を低くすることができる。そのため、耐圧（定格電圧）が低い小型のスイッチ１２を利用でき、装置全体を小型化できる。また、耐圧が低くなることによって、スイッチ１２の製造コストを低減できると共に、スイッチ１２の故障発生率を低減でき、超音波画像処理装置１の信頼性が向上する。

なお、例えば、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

（１）超音波画像処理装置は、測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するプローブと、前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を表示する画像表示部と、前記生体組織に前記プローブを押し付ける力を測定するセンサと、前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成し、押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示させる情報制御部と、を備える。
（２）前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して色調が変化する画像である。
（３）前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して値が変化する数値である。
（４）前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して点灯状態が変化する光である。
（５）前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して周波数が変化する音である。
（６）前記超音波画像処理装置は、前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、前記生体組織への前記プローブの押し付けがされているか否かを判定する押し付け判定部と、前記プローブの押し付けがされている場合、前記プローブへの超音波信号の伝達を行い、前記プローブの押し付けがされていない場合、前記プローブへの超音波信号の伝達を遮断するスイッチ部と、をさらに備える。
（７）前記スイッチ部は、前記プローブに対して超音波信号を送信する信号送信部と、前記プローブとの間に設けられる。
（８）前記スイッチ部は、前記プローブに対して超音波信号を送信する信号送信部と、前記信号送信部を制御する信号制御部との間に設けられる。
（９）超音波画像処理方法は、プローブが測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するステップと、前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を画像表示部に表示するステップと、前記生体組織に前記プローブが押し付けられることで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成するステップと、前記押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示するステップと、を含む。

本開示の一実施例は、超音波画像処理装置に好適である。

１ ：超音波画像処理装置
２ ：測定部
３ ：画像処理部
４ ：信号制御部
５ ：信号送受信部
６ ：信号解析部
７ ：受信部
８ ：画像表示部
９ ：信号記録部
１０ ：情報制御部
１０ａ ：押し付け度合いを表す情報
１１ ：押し付け判定部
１２ ：スイッチ
２０ ：画像
２１ ：プローブ
２２ ：センサ
２２ａ ：押し付け力を示す情報
３０ ：画像

Claims (9)

1. 測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するプローブと、
   前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を表示する画像表示部と、
   前記生体組織に前記プローブを押し付ける力を測定するセンサと、
   前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成し、押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示させる情報制御部と、
   を備える、超音波画像処理装置。
2. 前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して色調が変化する画像である請求項１に記載の超音波画像処理装置。
3. 前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して値が変化する数値である請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
4. 前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して点灯状態が変化する光である請求項１から３の何れか一項に記載の超音波画像処理装置。
5. 前記押し付け度合いを表す情報は、前記プローブを押し付ける力に対応して周波数が変化する音である請求項１から４の何れか一項に記載の超音波画像処理装置。
6. 前記センサで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、前記生体組織への前記プローブの押し付けがされているか否かを判定する押し付け判定部と、
   前記プローブの押し付けがされている場合、前記プローブへの超音波信号の伝達を行い、前記プローブの押し付けがされていない場合、前記プローブへの超音波信号の伝達を遮断するスイッチ部と、
   をさらに備える、請求項１から５の何れか一項に記載の超音波画像処理装置。
7. 前記スイッチ部は、前記プローブに対して超音波信号を送信する信号送信部と、前記プローブとの間に設けられる、請求項６に記載の超音波画像処理装置。
8. 前記スイッチ部は、前記プローブに対して超音波信号を送信する信号送信部と、前記信号送信部を制御する信号制御部との間に設けられる、請求項６に記載の超音波画像処理装置。
9. プローブが測定対象の生体組織に向けて超音波信号を発振すると共に前記生体組織で反射した超音波信号を受信するステップと、
   前記生体組織で反射した超音波信号に基づき、前記プローブが押し付けられる前記生体組織の画像を画像表示部に表示するステップと、
   前記生体組織に前記プローブが押し付けられることで測定された押し付ける力を示す情報に基づき、押し付け度合いを表す情報を生成するステップと、
   前記押し付け度合いを表す情報を前記生体組織の画像に対応付けて前記画像表示部に表示するステップと、
   を含む、超音波画像処理方法。

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