JP2023061910A - 超音波診断装置、情報処理方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】安全性や診断効率を向上させることが可能な超音波診断装置、情報処理方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】実施形態の実施形態の超音波診断装置は、取得部と、出力制御部とをもつ。前記取得部は、被検体の体腔内に挿入された超音波プローブの異なる位置に設けられた複数の接触センサによって検出された接触情報を取得する。前記出力制御部は、前記接触情報と、前記超音波プローブに設けられた前記接触センサの位置とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの状態を表す情報を出力インターフェースに出力させる。
【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波診断装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。本願は、２０２１年１０月２０日に日本に出願された特願２０２１－１７１７４９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

生体の診断部位の断面、立体的な組織構造、又は物性的な特性の情報を取得するため、超音波ビームを送信し、音響インピーダンスの異なる被検体内の組織境界から反射波を受信し、その受信した信号を処理することで、生体内の情報を画像化することにより診断を行う超音波診断装置が製品化されている。

超音波ビームを送受信するセンサ部分としての超音波プローブは、体表表面に当てるものから、体腔内に挿入して使用するものなど、診断部位に応じて様々な種類を持つ。例えば、食道から被検体の心臓の状態を観察するため、先端部等に超音波トランスデューサを有した経食道超音波（ＴＥＥ；transesophageal echocardiography）プローブがある。この経食道超音波プローブは、被検体の食道や胃といった上部消化器官に挿入して用いる。超音波診断装置は、上部消化器官に挿入した経食道超音波プローブを用いて心臓等の状態を取得したり表示したりすることができる。

例えば、その経食道超音波プローブの先端に、アレイ状の超音波振動子を配置し、その超音波振動子の中央を中心にして手動で回転可能な、又はモーター等により自動で回転可能な経食道超音波プローブがある。この経食道超音波プローブには、更に、超音波伝達媒体を満たした収納容器が備えられる場合がある。

また、食道や胃といった上部消化器官は、生体により大きさや形状等が異なる。そのため、経食道超音波プローブを消化器官内に効率よく挿入することや、又は最適な生体内情報の取得目的として内壁面に超音波振動子面を適切な圧力で密着させることが要求され、プローブの先端付近の構造は屈曲可能な構造を持ち、屈曲させるために可撓性が必要となる。

一方で、この可撓性を有するために、生体に依り様々な形状をもつ食道に経食道超音波プローブを挿入する際に、折れ曲がってしまうことがある。経食道超音波プローブは超音波の反射波を受けて超音波画像を生成するので、食道に挿入している間は、超音波画像が表示されていないことがある。つまり、操作者は食道内で経食道超音波プローブが折れ曲がっていても、その状態を確認することが困難であることを意味する。このように経食道超音波プローブが食道内で折れ曲がっているにも関わらず、操作者がその状態を確認できていないことから、折れ曲がった状態で経食道超音波プローブを抜去しようとして、経食道超音波プローブの先端を食道に引っかけることで食道内壁を損傷させてしまう恐れが発生する。

また、内壁面に超音波振動子面を適切な圧力で密着させるための屈曲度制御は、操作者が経験により、超音波診断装置に表示された画像や手元の経食道超音波プローブの微妙な抵抗感で行っており、屈曲の客観的で適切な加減が分からず、必要以上の圧力で内壁に押し付けて内壁に負担を掛ける場合や、屈曲不十分による押し付けで十分なＳ／Ｎ比（signal-to-noise ratio）の超音波画像の取得ができず診断の効率を低下させることがある。

また、体腔内に損傷を与えるおそれや、診断効率が低下するといった上記課題は、経食道用の超音波プローブに限られず、経膣用の超音波プローブや経直腸用の超音波プローブといった体腔内に挿入する超音波プローブに対して全般的に共通するところである。

特開２００８－２２９２６７号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、安全性や診断効率を向上させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態の超音波診断装置は、取得部と、出力制御部とをもつ。前記取得部は、被検体の体腔内に挿入された超音波プローブの異なる位置に設けられた複数の接触センサによって検出された接触情報を取得する。前記出力制御部は、前記接触情報と、前記超音波プローブに設けられた前記接触センサの位置とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの状態を表す情報を出力インターフェースに出力させる。

第１実施形態の超音波診断装置の構成図。 第１実施形態の超音波プローブの外観図。 第１実施形態の超音波プローブの挿入部の拡大図。 第１実施形態の処理回路の一連の処理の流れを表すフローチャート。 ブルズアイマップの一例を表す図。 体腔内に挿入部が挿入されたときの様子を模式的表す図。 図６の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図。 体腔内に挿入部が挿入されたときの様子を模式的表す図。 図８の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図。 体腔内に挿入部が挿入されたときの様子を模式的表す図。 図１０の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図。 圧力値及び屈曲度を用いた危険度の推定方法を説明するための図。 機械学習を用いた危険度の推定方法を説明するための図。 ディスプレイの画面の一例を表す図。 ディスプレイの画面の一例を表す図。 ディスプレイの画面の一例を表す図。 ディスプレイの画面の一例を表す図。 第２実施形態の処理回路の一連の処理の流れを表すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、実施形態の超音波診断装置、情報処理方法、及びプログラムについて説明する。

（第１実施形態）
［超音波診断装置の構成］
図１は、第１実施形態の超音波診断装置１００の構成図である。図示のように、超音波診断装置１００は、超音波プローブ１１０と、入力インターフェース１２０と、出力インターフェース１３０と、通信インターフェース１４０と、処理回路１５０と、メモリ１６０とを備える。

超音波プローブ１１０は、医師や看護師などのユーザによって操作され、一般に被検体の体表に接触するタイプと、体腔内に挿入するタイプがある。本実施形態においては、体腔内に挿入するタイプのプローブについて、以下記述する。超音波プローブ１１０は、経食道超音波プローブであってもよいし、その他の経膣用や経直腸用の超音波プローブであってもよい。例えば、超音波プローブ１１０が経食道超音波プローブである場合、その超音波プローブ１１０は、食道や胃といった上部消化器官に挿入される。被検体は、例えば人間であるがこれに限定されない。超音波プローブ１１０は、例えば、体腔内の画像を取得するために、被検体に対して超音波を送信（照射）する。超音波プローブ１１０は、送信した超音波のエコー（反射波）を受信する。そして、超音波プローブ１１０は、受信したエコーの信号データ（以下、エコーデータという）を生成し、そのエコーデータを超音波診断装置１００に出力する。例えば、超音波プローブ１１０は、超音波を送受信する複数の振動子（トランスデューサ）が一次元に配列され、かつ回転機構を持つプローブ、あるいは二次元のアレイ状に配列された二次元アレイプローブであってよい。この場合、エコーデータは、例えば、幅、高さ、奥行きを有する３次元空間を分割した単位領域ごとに、エコーの信号強度が対応付けられた３次元のボリュームデータであってよい。

図２は、第１実施形態の超音波プローブ１１０の外観図である。図示のように、超音波プローブ１１０は、挿入部１１１と、操作部１１２と、プローブケーブル１１３と、コネクタ部１１４とを備える。

挿入部１１１は、体腔内へと挿入される部分であり、先端部１１１ａと、屈曲部１１１ｂと、導中間部１１１ｃとを有する。先端部１１１ａには、超音波を送受信する振動子（トランスデューサ）Ｔが取り付けられる。屈曲部１１１ｂは、挿入部１１１において屈曲構造を持つ部分である。この屈曲部１１１ｂがあることで、挿入部１１１を体腔内に挿入させやすくしたり、振動子Ｔを体腔内の内壁面に適切な圧力で密着させたり、又は診断の対象とする器官（例えば心臓等）に対して超音波ビームを効率よく送信したりすることができる。導中間部１１１ｃは、屈曲構造を持たない挿入部１１１の中間部分である。一般的に屈曲部１１１ｂの屈曲方向は、先端部１１１ａの振動子Ｔを内壁に押し付けるために、説明の便宜上、屈曲部１１１ｂが曲がって縮む側を表面、反対に反って伸びる側を裏面と呼ぶものとする。

操作部１１２には、ユーザが操作可能な振動子回転ノブ、上下湾曲ノブ、ロックレバーなどが取り付けられる。振動子回転ノブは、挿入部１１１をその延在方向に関して回転又は回動させるための操作子である。上下湾曲ノブは、屈曲部１１１ｂを表面側に屈曲させたり、又は裏面側に伸展させたりするための操作子である。ロックレバーは、振動子回転ノブや上下湾曲ノブの操作によって動かした挿入部１１１をその位置で固定させるための操作子である。

操作部１１２には、振動子回転ノブや上下湾曲ノブといった操作子に対するユーザの操作に依らずに、挿入部１１１を回動させたり、屈曲させたり、又は伸展させたりするアクチュエータ（例えば電動モータ等）が設けられてもよい。

プローブケーブル１１３は、挿入部１１１及び操作部１１２と、コネクタ部１１４とを電気的に接続するケーブルである。

コネクタ部１１４は、超音波診断装置１００と電気的に接続される入出力インターフェース又はその端子である。

図３は、第１実施形態の超音波プローブ１１０の挿入部１１１の拡大図である。超音波プローブ１１０が体腔内に挿入された場合、挿入部１１１がどのように体腔内に接触しているのか実際に確認することは困難である。従って、体腔内で挿入部１１１がどのような状態にあるのかをセンシングするために、挿入部１１１には複数の圧力センサＡ、Ｂが取り付けられる。

図３に示すように、例えば、挿入部１１１の表面（正のＺ方向側の面）には圧力センサＡ１～Ａ８が設けられ、挿入部１１１の裏面（負のＺ方向側の面）には、圧力センサＡ１～Ａ８と対称となるように圧力センサＢ１～Ｂ８が設けられる。超音波プローブ１１０の延在方向（Ｘ方向）に関して、（Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７）と（Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８）とは対称的な位置関係にあり、（Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７）と（Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８）とは対称的な位置関係にある。また、超音波プローブ１１０の表裏方向（Ｚ方向）に関して、（Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７）と（Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７）とは対称的な位置関係にあり、（Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８）と（Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８）とは対称的な位置関係にある。各圧力センサは圧力を検出すると、プローブケーブル１１３及びコネクタ部１１４を介して、検出した圧力の強度を表す情報又は信号（以下、圧力情報という）を超音波診断装置１００に出力する。なおこれらの圧力センサの位置関係は、延在方向（Ｘ方向）及び／又は表裏方向（Ｘ方向）に関して、完全な対称関係にある必要はなく、一部が非対象な関係にあってもよい。また、圧力センサＡ，Ｂは、自身に加えられた局所的な圧力を検出できるものに限られず、薄膜型で広範囲の圧力を検出できるものであってもよい。更に、圧力情報は、体腔の内壁に対して圧力センサが接触したか否かを示す情報（例えば接触していれば１、接触していなければ０のような２値）が含まれてよい。圧力センサは「接触センサ」の一例であり、圧力センサによって検出された圧力は「接触力」の一例であり、圧力情報は「接触情報」の一例である。

図１の超音波診断装置１００の構成図の説明に戻る。入力インターフェース１２０は、ユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路１５０に出力する。入力インターフェース１２０は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパネルなどの物理的な操作部品を備える。入力インターフェース１２０は、例えば、マイク等の音声入力を受け付けるユーザインタフェースであってもよい。入力インターフェース１２０がタッチパネルである場合、入力インターフェース１２０は、後述するディスプレイ１３０ａの表示機能を兼ね備えるものであってよい。

また、本明細書において入力インターフェース１２０はマウスやキーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も、入力インターフェース１２０の例に含まれる。

出力インターフェース１３０は、例えば、ディスプレイ１３０ａやスピーカ１３０ｂ等を備える。ディスプレイ１３０ａは、各種情報を表示する。例えば、ディスプレイ１３０ａは、処理回路１５０によって出力された情報を画像として表示したり、ユーザからの各種の入力操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。例えば、ディスプレイ１３０ａは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等である。スピーカ１３０ｂは、処理回路１５０によって出力された情報を音声として出力する。出力インターフェース１３０は「出力部」の一例である。

通信インターフェース１４０は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）や無線通信用のアンテナ等を含む。通信インターフェース１４０は、コネクタ部１１４を介して接続された超音波プローブ１１０と通信したり、通信ネットワークＮＷを介して外部装置と通信したりする。

通信ネットワークＮＷは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味してよい。例えば、通信ネットワークＮＷは、ＬＡＮ（Local Area Network）や、ＷＡＮ（Wide Area Network）、インターネットのほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワーク等を含む。

外部装置は、例えば、病院基幹ＬＡＮに接続されたコンピュータであってよい。つまり、外部装置は、超音波診断装置１００が設置された医療機関内のコンピュータであってよい。このようなコンピュータは、ワークステーションとも呼ばれる。また、外部装置は、ＷＡＮやインターネットに接続されたクラウドサーバ等であってもよい。

また、通信インターフェース１４０は、超音波プローブ１１０が無線式のプローブである場合、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線によって超音波プローブ１１０と通信してもよい。

処理回路１５０は、例えば、取得機能１５１と、屈曲度推定機能１５２と、危険度推定機能１５３と、画像生成機能１５４と、プローブ制御機能１５５と、出力制御機能１５６と、を備える。処理回路１５０は、例えば、ハードウェアプロセッサ（コンピュータ）がメモリ１６０（記憶回路）に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。取得機能１５１は「取得部」の一例であり、屈曲度推定機能１５２と危険度推定機能１５３とを合わせたものは「推定部」、「生成部」、又は「判定部」の一例である。プローブ制御機能１５５は「プローブ制御部」の一例であり、出力制御機能１５６は「出力制御部」の一例である。

処理回路１５０におけるハードウェアプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit; ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device; ＳＰＬＤ）または複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device; ＣＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array; ＦＰＧＡ）等の回路（circuitry）を意味する。メモリ１６０にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。上記のプログラムは、予めメモリ１６０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の非一時的記憶媒体に格納されており、非一時的記憶媒体が超音波診断装置１００のドライブ装置（不図示）に装着されることで非一時的記憶媒体からメモリ１６０にインストールされてもよい。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を１つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。

取得機能１５１は、例えば、通信インターフェース１４０を介して、超音波プローブ１１０からエコーデータを取得したり、その超音波プローブ１１０に設けられた各圧力センサから圧力情報を取得したりする。

屈曲度推定機能１５２は、取得機能１５１によって各圧力センサから取得された圧力情報と各圧力センサの設置位置とに基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲状態を推定する。

危険度推定機能１５３は、取得機能１５１によって各圧力センサから取得された圧力情報と、屈曲度推定機能１５２によって推定された超音波プローブ１１０の屈曲状態とのうち少なくとも圧力情報、又は圧力情報と屈曲状態との双方に基づいて、超音波プローブ１１０が体腔内壁に損傷を与える危険度を推定する。

また、危険度推定機能１５３は、圧力情報に基づいて、振動子Ｔの表面（超音波の放射面）が体腔内壁に所定の圧力で接しているか否かを推定又は判定してよい。

画像生成機能１５４は、取得機能１５１によって取得されたエコーデータに基づいて、体腔内の超音波画像を生成する。

プローブ制御機能１５５は、屈曲度推定機能１５２によって推定された超音波プローブ１１０の屈曲状態に基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲度を制御する。

出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、取得機能１５１によって各圧力センサから取得された圧力情報そのものを出力する。また、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、屈曲度推定機能１５２によって推定された屈曲状態を出力してもよい。また、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、危険度推定機能１５３によって推定された危険度を出力してもよいし、振動子Ｔが体腔内壁に所定の圧力で接しているか否かの判定結果を出力してもよい。屈曲状態や危険度などは、「屈曲状態に基づく情報」の一例である。

メモリ１６０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスクによって実現される。これらの非一過性の記憶媒体は、ＮＡＳ（Network Attached Storage）や外部ストレージサーバ装置といった通信ネットワークＮＷを介して接続される他の記憶装置によって実現されてもよい。また、メモリ１６０には、ＲＯＭ（Read Only Memory）やレジスタ等の非一過性の記憶媒体が含まれてもよい。

［超音波診断装置の処理フロー］
以下、フローチャートに即しながら、第１実施形態における超音波診断装置１００の処理回路１５０による各機能の処理について説明する。図４は、第１実施形態の処理回路１５０の一連の処理の流れを表すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し実行されてよい。所定の周期は、例えば、少なくとも１秒間に１回か、それ以上であってよい。

まず、取得機能１５１は、所定の周期に合わせて、超音波プローブ１１０の各圧力センサから圧力情報を取得する（ステップＳ１００）。

次に、危険度推定機能１５３は、取得機能１５１によって各圧力センサから取得された圧力情報と、それら圧力センサの設置位置とに基づいて、ブルズアイマップを生成する（ステップＳ１０２）。ブルズアイマップとは、各圧力センサの圧力情報が示す圧力値を一つの同心円上に並べて表示した圧力分布である。ブルズアイマップは「接触情報マップ」の一例である。

図５は、ブルズアイマップの一例を表す図である。上述した図３の説明のように、挿入部１１１の表面に圧力センサＡ１～Ａ８が設けられ、挿入部１１１の裏面に圧力センサＢ１～Ｂ８が設けられたとする。この場合、挿入部１１１の先端に近い圧力センサの圧力値ほど中心に配置される。

具体的には、ブルズアイマップの第一象限には、その中心から外側に向けて順番に、圧力センサＡ２の圧力値、圧力センサＡ４の圧力値、圧力センサＡ６の圧力値、圧力センサＡ８の圧力値が並べられて表示される。ブルズアイマップの第二象限には、その中心から外側に向けて順番に、圧力センサＡ１の圧力値、圧力センサＡ３の圧力値、圧力センサＡ５の圧力値、圧力センサＡ７の圧力値が並べられて表示される。ブルズアイマップの第三象限には、その中心から外側に向けて順番に、圧力センサＢ１の圧力値、圧力センサＢ３の圧力値、圧力センサＢ５の圧力値、圧力センサＢ７の圧力値が並べられて表示される。ブルズアイマップの第四象限には、その中心から外側に向けて順番に、圧力センサＢ２の圧力値、圧力センサＢ４の圧力値、圧力センサＢ６の圧力値、圧力センサＢ８の圧力値が並べられて表示される。ブルズアイマップは、各圧力値が濃淡や輝度、彩度といった画素値に置き換わったヒートマップで表現されてよい。以下、ブルズアイマップ上において色が濃い部分（暗い部分、黒に近い部分）は圧力が低く、色が薄い部分（明るい部分、白に近い部分）は圧力が高いものとして説明する。

図４のフローチャートの説明に戻る。次に、屈曲度推定機能１５２が、ブルズアイマップに基づいて超音波プローブ１１０の屈曲状態を推定したり、危険度推定機能１５３が、ブルズアイマップに基づいて超音波プローブ１１０が体腔内壁に損傷を与える危険度を推定したりする（ステップＳ１０４）。

図６は、体腔内に挿入部１１１が挿入されたときの様子を模式的表す図である。図示の例では、挿入部１１１の表面及び裏面の双方が体腔内壁と接触しており、挿入部１１１の延在方向（Ｘ方向）に関して一定間隔で並べられて配置された各圧力センサＡ，Ｂに対し、略同一の圧力がかかっている。

図７は、図６の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図である。図示のように、ブルズアイマップ全体は、略同一色で表現されてよい。このようなブルズアイマップの場合、挿入部１１１の表面側の圧力と裏面側の圧力とに一定の圧力が加えられており、また両面の圧力に差が生じていないと判断できる。したがって、屈曲度推定機能１５２は、超音波プローブ１１０が屈曲していない（屈曲度がゼロに近い）と推定する。また、ブルズアイマップ上において挿入部１１１の表面側の圧力と裏面側の圧力とが共に上限値以下である。この場合、危険度推定機能１５３は、危険度が低いと推定する。

図８は、体腔内に挿入部１１１が挿入されたときの様子を模式的表す図である。図示の例では、挿入部１１１の先端部１１１ａが体腔内壁に接触するほど屈曲部１１１ｂが屈曲しており、先端部１１１ａの表面側に設置された圧力センサＡ１～Ａ４の圧力値と、導中間部１１１ｃの裏面側に設置された圧力センサＢ７、Ｂ８の圧力値が高くなっている。

図９は、図８の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図である。図示のように、ブルズアイマップにおける圧力センサＡ１～Ａ４の領域（第一象限及び第二象限の中心側の領域）と、圧力センサＢ７、Ｂ８の領域（第三象限及び第四象限の外側の領域）は、圧力値が高いため淡く表示され、その以外の領域は、相対的に圧力値が低いため濃く表示される。このようなブルズアイマップの場合、屈曲度推定機能１５２は、超音波プローブ１１０が９０度未満の角度で屈曲していると推定する。また、ブルズアイマップ上においていずれの圧力値も上限値以下である。この場合、危険度推定機能１５３は、危険度が低いと推定する。

図１０は、体腔内に挿入部１１１が挿入されたときの様子を模式的表す図である。図示の例では、屈曲部１１１ｂが折れ曲がり、挿入部１１１の先端部１１１ａが体腔内壁に強く接触しており、先端部１１１ａの裏面側に設置された圧力センサＢ１～Ｂ４の圧力値と、導中間部１１１ｃの裏面側に設置された圧力センサＢ７、Ｂ８の圧力値が高くなっている。

図１１は、図１０の場合におけるブルズアイマップの一例を表す図である。図示のように、ブルズアイマップにおける圧力センサＢ１～Ｂ４の領域（第三象限及び第四象限の中心側の領域）と、圧力センサＢ７、Ｂ８の領域（第三象限及び第四象限の最外側の領域）は、圧力値が高いため淡く表示され、その以外の領域は、相対的に圧力値が低いため濃く表示される。このようなブルズアイマップの場合、屈曲度推定機能１５２は、超音波プローブ１１０が９０度以上の角度で屈曲していると推定する。また、ブルズアイマップ上において圧力センサＢ１～Ｂ４、Ｂ７、Ｂ８の圧力値が上限値を超えている。この場合、危険度推定機能１５３は、危険度が高いと推定する。

なお、危険度推定機能１５３は、ブルズアイマップの圧力値に加えて、更に屈曲度推定機能１５２によって推定された屈曲度に基づいて、超音波プローブ１１０が体腔内壁に損傷を与える危険度を推定してもよい。

図１２は、圧力値及び屈曲度を用いた危険度の推定方法を説明するための図である。例えば、危険度推定機能１５３は、図１２のような圧力値と屈曲度に対して危険度が対応付けらえたマップを用いることで、危険度を推定してよい。このマップでは、圧力値が高く、かつ屈曲度が高いほど危険度が大きくなり、反対に圧力値が低く、かつ屈曲度が低いほど危険度が小さくなっている。このようなマップは、テーブルで表されてもよいし、圧力値及び屈曲度を説明変数とし、危険度を目的変数とした関数によって表されてもよい。

また、危険度推定機能１５３は、機械学習を用いて、ブルズアイマップという一つの画像から危険度を推定してもよい。

図１３は、機械学習を用いた危険度の推定方法を説明するための図である。例えば、あるパターン認識モデルＭＤＬがあったとする。パターン認識モデルＭＤＬは、ブルズアイマップが入力されると、危険度を出力するように教師あり学習されたモデルであり、例えば、ニューラルネットワークなどによって実装されてよい。言い換えれば、パターン認識モデルＭＤＬは、ブルズアイマップを示す入力データに対して、そのブルズアイマップから導かれる危険度を示す出力データが正解のラベル（ターゲットともいう）として対応付けられたトレーニングデータ（入力データと正解の出力データとを組み合わせたデータセット）に基づいて学習されたモデルである。危険度推定機能１５３は、ブルズアイマップを生成すると、そのブルズアイマップをパターン認識モデルＭＤＬに入力する。これを受けて、パターン認識モデルＭＤＬは、尤もらしい危険度を出力することになる。

図４のフローチャートの説明に戻る。次に、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、屈曲度推定機能１５２によって推定された屈曲状態（屈曲度）や、危険度推定機能１５３によって推定された危険度を出力する（ステップＳ１０６）。この際、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、各圧力センサの圧力情報や、その圧力分布であるブルズアイマップを出力してもよい。例えば、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０のディスプレイ１３０ａに、屈曲状態や危険度、圧力情報、ブルズアイマップなどを画像として表示させてよい。

図１４から図１７は、ディスプレイ１３０ａの画面の一例を表す図である。前述したように、屈曲度推定機能１５２により、各圧力センサの圧力情報や、その圧力分布であるブルズアイマップから、折れ曲がり具合について大まかなレベルでの推定が可能である。例えば、ほとんど曲がっていない、９０度未満、おおよそ９０度、９０度を超えるなどである。例えば、図１４や図１５のように、出力制御機能１５６は、屈曲度推定機能１５２によって推定された屈曲状態（屈曲度）の挿入部１１１を模した二次元の図形をディスプレイ１３０ａに表示させてよい。より正確な屈曲角度を推定するために、例えば、操作部１１２の上下湾曲ノブと連動した上下運動制御用のワイヤーとの接触部分にロータリーエンコーダを設置（図示しない）してもよい。回転角に関する情報をロータリーエンコーダから随時取得し、その情報からワイヤーの牽引または伸長距離を算出し、その距離に応じた上下屈曲角度を算出することが可能となる。この際、出力制御機能１５６は、挿入部１１１の折れ曲がり具合を角度として表示させてよい。この際、出力制御機能１５６は、危険度が一定以上高い場合、ユーザに注意喚起するダイアログなどをアラートとして表示させてもよい。

また、図１６のように、出力制御機能１５６は、挿入部１１１を模した二次元の図形上に、各圧力センサの位置及び各圧力センサの圧力強度を可視化した画像を重畳させてよい。また、図１７のように、出力制御機能１５６は、挿入部１１１を模した三次元の図形をディスプレイ１３０ａに表示させ、更に、その三次元の図形上に、各圧力センサの位置及び各圧力センサの圧力強度を可視化した画像を重畳させてよい。この三次元の図形は、例えばポリゴンとして表示されてよく、回転や移動、拡大、縮小などが可能である。

図４のフローチャートの説明に戻る。次に、プローブ制御機能１５５は、屈曲度推定機能１５２によって推定された超音波プローブ１１０の屈曲状態に基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲度を制御する（ステップＳ１０８）。なお、Ｓ１０８の処理は省略されてもよい。つまり、超音波診断装置１００が自動的に超音波プローブ１１０の屈曲度を制御するのではなく、ユーザに操作部１１２を操作させて、超音波プローブ１１０の屈曲度を手動で制御するよう促してもよい。

例えば、プローブ制御機能１５５は、屈曲度推定機能１５２によって超音波プローブ１１０の挿入部１１１が屈曲していると推定された場合、コネクタ部１１４を介して操作部１１２のアクチュエータを制御することで、挿入部１１１を伸展させてよい。また、図１０のように、屈曲部１１１ｂが折れ曲がり、挿入部１１１の先端部１１１ａが体腔内壁に強く接触している場合、そのまま伸展させると体腔内壁に損傷を与える危険度が高い。したがって、このような場合、プローブ制御機能１５５は、コネクタ部１１４を介して操作部１１２のアクチュエータを制御することで、挿入部１１１を伸展させず、更なる屈曲が可能であれば挿入部１１１を屈曲させてよい。挿入部１１１が挿入された体腔が食道である場合、出力制御機能１５６は、現在の屈曲状態を維持しながら挿入部１１１を食道から胃へと入れるようユーザを促す文字や画像をディスプレイ１３０ａに表示させてよい。これによって、食道よりも広いスペースがある胃の中で挿入部１１１を伸展させることができるため、損傷を与える危険性を低下させることができる。

このような一連の処理をもって本フローチャートの処理が終了する。上述した通り、本フローチャートの処理は所定の周期で繰り返し実行される。つまり、取得機能１５１によって各圧力センサから所定の周期で繰り返し圧力情報が取得されると、危険度推定機能１５３は、取得機能１５１によって圧力情報が繰り返し取得される度に、その繰り返し取得された圧力情報に基づいて、ブルズアイマップを生成することを繰り返す。屈曲度推定機能１５２は、ブルズアイマップが繰り返し生成される度に、その繰り返し生成されたブルズアイマップに基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲状態を推定することを繰り返す。同様に、危険度推定機能１５３は、ブルズアイマップを繰り返し生成する度に、その繰り返し生成されたブルズアイマップに基づいて、危険度を推定することを繰り返す。そして、出力制御機能１５６は、圧力情報や屈曲状態、危険度などの情報を出力することを繰り返す。

以上説明した第１実施形態によれば、取得機能１５１は、超音波プローブ１１０の挿入部１１１に設けられた複数の圧力センサの其々から圧力情報を取得する。危険度推定機能１５３は、取得機能１５１によって取得された各圧力センサの圧力情報と各圧力センサの設置位置とに基づいて、圧力分布図であるブルズアイマップを生成する。屈曲度推定機能１５２は、ブルズアイマップに基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲状態を推定する。出力制御機能１５６は、圧力情報や屈曲状態、危険度などの情報（つまり超音波プローブ１１０の状態を表す情報）を出力インターフェース１３０に出力させる。この結果、安全性や診断効率を向上させることができる。

例えば、超音波プローブ１１０の屈曲状態がディスプレイ１３０ａに表示された場合、超音波プローブ１１０の操作者に対して、その超音波プローブ１１０が折れ曲がっているのかそうでないのかを確認させることができる。この結果、折れ曲がった状態で超音波プローブ１１０を体腔内から抜去しようとして、超音波プローブ１１０の先端が体腔内壁に引っ掛かり被検体に損傷を与えてしまうような危険性を低下させることができる。つまり、複数の圧力センサの其々の圧力情報から、実際に体腔内に挿入された超音波プローブ１１０の屈曲状態を推定すると同時に、抜去等による体腔壁面を損傷させる可能性があることを操作者に伝えることができ、患者への安全性を確保することができる。

また、操作者が、体腔内に挿入された超音波プローブ１１０の折れ曲がり度合いを確認できるため、適切に振動子Ｔを対象の部位に接触させることができるようになり、診断効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る技術は、上述したように、経食道用途以外でも診断時に折れ曲がる可能性がある超音波プローブに対して全般的に適用可能である。つまり、本実施形態に係る技術は、経食道用の超音波プローブに限られず、経膣用の超音波プローブや経直腸用の超音波プローブといった体腔内に挿入する超音波プローブに対して全般的に適用可能である。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、振動子Ｔが体腔内壁に最適な圧力で接触しているか否かを判定する点で上述した第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と共通する点については説明を省略する。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同じ部分については同一符号を付して説明する。

図１８は、第２実施形態の処理回路１５０の一連の処理の流れを表すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、所定の周期で繰り返し実行されてよい。

まず、取得機能１５１は、所定の周期に合わせて、超音波プローブ１１０の各圧力センサから圧力情報を取得する（ステップＳ２００）。

次に、危険度推定機能１５３は、取得機能１５１によって各圧力センサから取得された圧力情報と各圧力センサの設置位置とに基づいて、ブルズアイマップを生成する（ステップＳ２０２）。

次に、屈曲度推定機能１５２は、ブルズアイマップに基づいて、挿入部１１１の振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触しているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

例えば、屈曲度推定機能１５２は、ブルズアイマップ上において、先端部１１１ａに設けられた圧力センサＡ１～Ａ４、Ｂ１～Ｂ４のうち、振動子Ｔと同じ面、つまり表面側に設けられた圧力センサＡ１～Ａ４の圧力値が所定の数値範囲（最適と見做せる圧力レンジ）内である場合、振動子Ｔが体腔内壁に最適な圧力で接触していると判定してよく、圧力センサＡ１～Ａ４の圧力値が所定の数値範囲外である場合、振動子Ｔが体腔内壁に最適な圧力で接触していないと判定してよい。

振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触していると判定された場合、本フローチャートの処理は終了してよい。

一方、振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触していないと判定された場合、出力制御機能１５６は、出力インターフェース１３０を介して、振動子Ｔを体腔内壁に接触させる際の圧力が不足している旨、又はその圧力が過剰な旨を出力する（ステップＳ２０６）。

次に、プローブ制御機能１５５は、振動子Ｔを体腔内壁に接触させる際の圧力が最適となるように、超音波プローブ１１０の屈曲度を制御する（ステップＳ２０８）。なお、Ｓ１０８の処理は省略されてもよい。

以上説明した第２実施形態によれば、屈曲度推定機能１５２は、ブルズアイマップに基づいて、振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触しているか否かを判定する。振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触していないと判定された場合、出力制御機能１５６が、出力インターフェース１３０を介して、圧力に過不足がある旨を出力したり、プローブ制御機能１５５が、圧力が最適となるように超音波プローブ１１０の屈曲度を制御したりする。これによって、高品質な超音波画像を生成することができ、診断の効率を更に向上させることができる。

一般的に、体腔内壁に振動子Ｔを適切な圧力で密着させるように超音波プローブ１１０の屈曲度を制御することは、操作者が経験により、ディスプレイ１３０ａに表示された画像を確認する、あるいは手元の超音波プローブ１１０の微妙な抵抗感を感じることで行っている。そのため、屈曲の客観的で適切な加減が分からず、必要以上の圧力で内壁に押し付けて内壁に負担を掛けたり、屈曲不十分による押し付けで十分なＳ／Ｎ比（signal-to-noise ratio）の超音波画像を取得できなかったりして、診断の効率を低下させることがあった。

これに対して第２実施形態では、振動子Ｔが最適な圧力で体腔内壁に接触してるのか否かを操作者に伝えるとともに、圧力が最適となるように（より密着するように）超音波プローブ１１０の屈曲度を制御するため、診断の作業効率が向上し、スループットを向上させることができる。

（その他の実施形態）
以下、その他の実施形態について説明する。上述した実施形態では、処理回路１５０が、各圧力センサの圧力情報及び設置位置に基づいて、圧力分布図であるブルズアイマップを生成し、そのうえで超音波プローブ１１０の屈曲度を推定したり、更には、超音波プローブ１１０が体腔内壁に損傷を与える危険度を推定したりするものとして説明したがこれに限られない。例えば、処理回路１５０は、ブルズアイマップを生成することなく、各圧力センサの圧力情報及び設置位置に基づいて、超音波プローブ１１０の屈曲度又は危険度を推定してよい。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…超音波診断装置、１１０…超音波プローブ、１２０…入力インターフェース、１３０…出力インターフェース、１４０…通信インターフェース、１５０…処理回路、１５１…取得機能、１５２…屈曲度推定機能、１５３…危険度推定機能、１５４…画像生成機能、１５５…プローブ制御機能、１５６…出力制御機能、１６０…メモリ

Claims (14)

1. 被検体の体腔内に挿入された超音波プローブの異なる位置に設けられた複数の接触センサによって検出された接触情報を取得する取得部と、
   前記接触情報と、前記超音波プローブに設けられた前記接触センサの位置とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの状態を表す情報を出力インターフェースに出力させる出力制御部と、
   を備える超音波診断装置。
2. 前記接触センサの位置と前記接触情報との関係を表した接触情報マップを生成する生成部を更に備え、
   前記出力制御部は、前記接触情報マップを、前記超音波プローブの状態を表す情報として前記出力インターフェースに出力させる、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記生成部は、前記接触センサが前記超音波プローブに設けられた位置を円の中心からの距離および方向で表し、かつ前記接触情報をヒートマップで表したブルズアイマップを前記接触情報マップとして生成する、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記接触センサの位置と前記接触情報とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの屈曲度合いを推定する推定部を更に備え、
   前記出力制御部は、前記屈曲度合いを表す情報を、前記超音波プローブの状態を表す情報として前記出力インターフェースに出力させる、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記出力制御部は、前記屈曲度合いに応じて屈曲した前記超音波プローブを模式的に示した二次元又は三次元の図形を、前記出力インターフェースに出力させる、
   請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記出力制御部は、前記図形に、前記接触センサの位置及び前記体腔の内壁に対する接触度合いを重畳する、
   請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記接触センサの位置と前記接触情報とに基づいて、前記体腔の内壁に損傷を与える危険度を推定する推定部を更に備え、
   前記出力制御部は、前記危険度を表す情報を、前記超音波プローブの状態を表す情報として前記出力インターフェースに出力させる、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
8. 前記接触センサの位置と前記接触情報とに基づいて、前記超音波プローブの屈曲度を制御するプローブ制御部を更に備える、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
9. 前記取得部は、トレーニングデータに基づいて教師あり学習されたモデルに、前記接触センサの位置と前記接触情報とを入力し、前記接触センサの位置及び前記接触情報が入力されたことに応じて前記モデルにより出力された結果を取得し、
   前記出力制御部は、前記モデルにより出力された結果を、前記超音波プローブの状態を表す情報として前記出力インターフェースに出力させ、
   前記トレーニングデータは、前記接触センサの位置及び前記接触情報を示す入力データに対して、前記超音波プローブの状態を示す出力データが対応付けられたデータセットである、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
10. 前記接触情報に基づいて、前記超音波プローブの振動子面が前記体腔の内壁に所定の力で接触しているか否かを判定する判定部と、
    前記振動子面が前記体腔内壁に所定の力で接触していない場合、前記振動子面が前記体腔内壁に所定の力で接触するように、前記超音波プローブの屈曲度を制御するプローブ制御部と、を更に備える、
    請求項１に記載の超音波診断装置。
11. 前記取得部は、前記体腔の内壁に対する前記接触センサの接触の有無を前記接触情報として取得する、
    請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
12. 前記取得部は、前記体腔の内壁に接触した前記接触センサにより検出された圧力値を前記接触情報として取得する、
    請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
13. 超音波診断装置が、
    被検体の体腔内に挿入された超音波プローブの異なる位置に設けられた複数の接触センサの検出結果を取得し、
    前記接触センサの検出結果と、前記接触センサが前記超音波プローブに設けられた位置とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの状態を表す情報を出力インターフェースに出力させる、
    情報処理方法。
14. コンピュータに、
    被検体の体腔内に挿入された超音波プローブの異なる位置に設けられた複数の接触センサの検出結果を取得すること、
    前記接触センサの検出結果と、前記接触センサが前記超音波プローブに設けられた位置とに基づいて、前記体腔内における前記超音波プローブの状態を表す情報を出力インターフェースに出力させること、
    を実行させるためのプログラム。

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