JP5888229B2 - 超音波診断用アダプタ、超音波診断装置、及び、超音波測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波プローブを用いて被検体を診断するときに用いられる超音波診断用アダプタ、超音波診断装置、及び、超音波診断方法に関する。

超音波診断装置は、生体内での超音波の反射を利用して生体内情報を超音波画像として取得及び表示する診断装置であり、非侵襲で生体内の状態を観測することができる有用な装置として利用されている。

超音波診断装置の概観図を図３４に示す。超音波診断装置において超音波の送受信を行う部分が超音波プローブ１３である。超音波プローブの内部には超音波の送信及び受信を行う超音波振動子がある。超音波プローブは、超音波振動子が生成及び送信する超音波のパルスを被検体に入射させ、反射して戻ってくる超音波の反射波（エコー）を受信する。超音波診断装置は、被検体からのエコーの特性を画像として表示する。画像表示方式の例として、エコーの振幅を画素の輝度（Brightness）に対応づけて被検体の断層画像（以下、Ｂモード画像と称する）として表示する２次元画像表示方式、又は、複数のＢモード画像を用いて３次元画像を形成し表示する３次元画像表示方式等がある。

３次元画像表示方式は、操作者が組織の位置関係を容易に把握でき、診断の客観性が向上するので、臨床の場で大変有用である。３次元画像を形成する方法としては、例えば、揺動プローブを用いる方法と位置センサを用いる方法とがある。

揺動プローブを用いる方法では、１次元に超音波振動子の素子が配列されたアレイ素子群を機械的に揺動させる揺動プローブを用い、関心部位の体表に当てることで３次元画像を形成できる。さらに、揺動プローブを高速に揺動させることによって、３次元画像を動画として再生する４Ｄ機能の実現も可能である。

しかしながら、広範囲の生体内情報を３次元化したい場合、揺動プローブでは揺動機構が大掛かりになり、また、揺動機構の重量も増す。そのため、超音波プローブの操作性の低下や、特に、頚部の診断等では圧迫による息苦しさが問題になる。

位置センサを用いる方法では、１次元に振動子が配列された、軽量かつ小型の１次元プローブに位置センサを付けて、３次元画像を形成する方法がある。位置センサとしては、磁気センサやアームを用いたセンサが既にあるが、高コストが課題になっている。

こうした課題に対して、特許文献１では、超音波プローブを走査することにより得られる複数枚の画像の相関関係を算出することで、画像間の距離を求め、その画像間の距離に基づいて画像を組み合わせることで３次元画像を形成する方法が開示されている。この方法によれば、位置センサを使わず、また、超音波プローブの走査自由度が高いという利点がある。

また、特許文献２には、レールとゼンマイとを利用した超音波プローブ移動機構を設け、超音波プローブを一定速度に動かし、所定の位置で取得されたＢモード画像を組合せることで、３次元画像を形成する方法が開示されている。この方法によれば、正確に所定の位置におけるＢモード画像を取得でき、比較的低コストであるという利点がある。

特開２００３−３３４１９２号公報 特開２００８−２０００９６号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、画像間距離を画像間の相関関係から判断するため、被検体の組織分布の類似性（連続性）が高い場合には、超音波プローブが物理的に移動していることを検出することが難しいという問題がある。また、超音波プローブの移動距離と共に、誤差が累積するという問題がある。

また、特許文献２では、超音波プローブの走査速度がゼンマイによって一定速度に保たれていることが前提となっているが、等速で動かすための移動機構が必要となり、コンパクト性を損なってしまう。

そこで本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、超音波プローブの走査速度や被検体の組成分布（類似性）に依存せず、誤差が蓄積することなく、さらに、コンパクト性を損なわずに超音波プローブの位置を検出するための超音波診断用アダプタ等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一様態に係る超音波プローブ位置検出方法では、超音波を送受信する超音波プローブを用いて被検体を診断する際に、前記超音波プローブと前記被検体との間に介在して用いられる超音波診断用アダプタであって、前記超音波プローブが延設される側の面である主面と、前記主面と対向する面であって前記被検体が配置される側の面である裏面とを有するパッドと、前記パッドの内部に配置され、前記パッドを構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料からなる第一の反射部材と、前記第一の反射部材の延設方向に沿って前記パッドの内部に延設されており、前記パッドを構成する材料と音響インピーダンスが異なる材料からなる第二の反射部材とを備え、前記パッドは、当該パッドに対して超音波プローブをスライドさせる走査領域を前記主面上に有し、前記第一の反射部材は、前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方が、前記主面上の位置に応じて変化するように配置されており、前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とは、延設方向における前記主面からの距離の変化度合いを示す傾斜角度が互いに異なるように配置されている。

これにより、Ｂモード画像内に第一の反射部材の像が含まれる。Ｂモード画像上の第一の反射部材の像の位置及び形状のうち少なくとも一方は、超音波プローブの主面上の位置に応じて変化する。よって、予め超音波プローブの主面上の位置とＢモード画像内の第一の反射部材の位置及び形状とを関連付けておけば、診断時に取得されたＢモード画像上の第一の反射部材の像の位置及び形状から、超音波プローブの位置を正確に検出することができる。

また、好ましくは、前記第一の反射部材は、前記パッドの内部に延設されており、前記超音波診断用アダプタは、さらに、前記第一の反射部材の延設方向に沿って前記パッドの内部に延設されており、前記パッドを構成する材料と音響インピーダンスが異なる材料からなる第二の反射部材を備え、前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とは、延設方向における前記主面からの距離の変化度合いを示す傾斜角度が互いに異なるように配置されている。

これにより、Ｂモード画像内に第一の反射部材の像と第二の反射部材の像とが現れるようになる。Ｂモード画像における上下方向（以下、垂直方向と称する）は超音波プローブが超音波プローブを送信及び受信する方向に対応し、Ｂモード画像内の第一の反射部材の像と第二の反射部材の像との垂直方向の距離（以下、垂直方向距離と称する）は、超音波プローブの主面上の位置に応じて変化する。よって、予め超音波プローブの主面上の位置に対してＢモード画像上の第一の反射部材の像と第二の反射部材の像との垂直方向距離を関連付けておけば、診断時に取得されたＢモード画像上の第一の反射部材の像と第二の反射部材の像との垂直方向距離から、超音波プローブの位置を正確に検出することができる。特に、超音波プローブとパッドの主面との間に隙間がある場合にも、第一の反射部材と第二の反射部材との垂直方向距離は隙間の有無及び隙間の幅によらず一定であるため超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とは、前記第一の反射部材の延設方向に直交する断面によって複数の部分に分けられ、前記第一の反射部材の各部分は、前記主面からの距離が延設方向で変化するように配置されており、前記第一の反射部材の複数の部分は、前記主面との相対的な位置関係が互いに一致するように配置されており、前記第二の反射部材の各部分は、前記主面からの距離が延設方向で変化しないように配置されており、前記第二の反射部材の複数の部分は、前記主面からの距離が互いに異なるように配置されている。

これにより、Ｂモード画像上に第一の反射部材の像と第二の反射部材の像とが現れるようになる。Ｂモード画像上での第二の反射部材の像の位置に基づいて、前記第一の反射部材の延設方向に直交する断面によって分けられたいずれの部分に超音波プローブが位置しているかを検出する。同時に、第一の反射部材の像の位置に基づいて、当該部分の中での超音波プローブの位置を検出する。これらの情報から、パッド上の超音波プローブの位置を正確に検出することができる。特に、第一の反射部材を配置するために必要なパッドの厚さを小さくすることができるため、パッドを薄くすることができる。その結果、Ｂモード画像上で被検体の像が表示される領域を広げることができる。

また、好ましくは、前記超音波診断用アダプタは、各々が前記パッドと前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第一の反射部材の各々は、延設方向において前記主面からの距離が変化するように配置されており、前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第二の反射部材の各々は、延設方向において前記主面からの距離が変化しないように配置されており、前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第二の反射部材は、延設方向において前記主面からの距離が互いに異なるように配置されている。

これにより、複数のパッドを利用して検査する際に、各パッドの第二の反射部材の主面からの距離に基づいてどのパッド上に超音波プローブが位置するかを検出するとともに、第一の反射部材の主面からの距離に基づいて超音波プローブの当該パッド上での位置を検出する。よって、複数のパッドを利用した検査においても、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記超音波診断用アダプタは、各々が、前記パッドと前記第一の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第一の反射部材は、前記主面からの距離が互いに同一とならない重複しないように配置されている。

これにより、複数のパッドを利用して検査する際に、各パッドの第一の反射部材の主面からの距離に基づいて、どのパッドであるか、及び、超音波プローブの当該パッド上でどの位置にあるかを検出する。よって、複数のパッドを利用した検査においても、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。特に、内部に１個の反射部材を有するパッドを複数個利用するだけでよいため、内部に２個以上の反射部材を有するパッドを利用する場合に比べて低コストで実現できる。

また、好ましくは、前記超音波診断用アダプタは、各々が、前記パッドと前記第一の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、前記パッドに対する前記第一の反射部材の前記主面側から見た相対位置が前記パッドセット毎に異なる。

これにより、複数のパッドを利用して検査する際に、各パッドの第一の反射部材の主面側から見た相対位置に基づいて、どのパッド上に超音波プローブが存在するかを検出するとともに、各パッドの第一の反射部材の主面からの距離に基づいて、超音波プローブの当該パッド上での位置を検出する。よって、複数のパッドを利用した検査においても、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。特に、内部に１個の反射部材を有するパッドを複数個利用するだけでよいため、内部に２個以上の反射部材を有するパッドを利用する場合に比べて低コストで実現できる。

また、好ましくは、前記超音波診断用アダプタは、さらに、前記第一の反射部材の延設方向に沿って配置された第一のガイドレールと、前記超音波プローブを保持し、前記第一のガイドレールに沿って移動するスライダとを備える。

これにより、ガイドレールに沿って超音波プローブによって被検体を走査することができる。ガイドレールが第一の反射部材の延設方向に沿って配置されているため、この構成で取得されたＢモード画像上において第一の反射部材の像が現れる領域が特定の領域に限定される。よって、この特定の領域に限定してＢモード画像から第一の反射部材の像を検出すれば、より正確に、かつ、より効率よくＢモード画像上で第一の反射部材の像を検出し、結果的に、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記超音波診断用アダプタは、さらに、前記第一の反射部材の延設方向及び前記第二の反射部材の各々の延設方向に沿って配置された２本のガイドレールと、前記超音波プローブを保持し、前記２本のガイドレールの間に保持されて移動するスライダとを備える。

これにより、ガイドレールに沿って２本のガイドレールに保持されながら、超音波プローブによって被検体を操作することにより被検体の検査をすることができる。そのため、より正確にガイドレールに沿って超音波プローブを走査することができ、Ｂモード画像上において、反射部材の像が現れる領域はより正確に特定の領域に限定される。よって、より正確に、かつ、効率よくＢモード画像上で反射部材の像を検出し、結果的に、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記パッドは、前記主面側から見た場合に前記２本のガイドレールの間に配置され、前記主面と直交する方向において、前記２本のガイドレールの各々の厚さは、前記パッドの厚さよりも大きい。

これにより、超音波プローブがパッドを介して被検体に押し当てられた場合のように、パッドの主面及び側面に力がかかる場合に、パッドの主面及び側面の形状の変化を抑え、反射部材の主面からの距離が変化しないようにすることができる。よって、超音波プローブがパッドを介して被検体に押し当てられた際にも超音波プローブの位置を正確に検出することができる。

また、好ましくは、前記第一の反射部材は、前記パッドの裏面と離れて配置されている。

これにより、超音波プローブがパッドを介して被検体に押し当てられた際に、パッドの裏面の形状が変化したとしても、反射部材の形状が変化しないようにすることができる。よって、超音波プローブが被検体に押し当てられた際にも超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記パッドは、主面側に位置する第一のパッド部と、前記裏面側に位置する第二のパッド部とを有し、前記第一の反射部材は、前記第一のパッド部の内部に配置されている。

また、好ましくは、前記第二のパッド部は、前記第一のパッド部よりも、弾性率が低い材料により構成されている。

これにより、弾性率がより低い材料が被検体に押し当てられるようになり、被検体の表面の凹凸にフィットし、パッドの裏面と被検体との間に隙間を生じにくくすることができる。よって、表面に凹凸のある被検体に対しても超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記パッドは、音速が１４５０（ｍ／ｓ）以上、１５８５（ｍ／ｓ）以下、平均１５３０（ｍ／ｓ）である材料により構成される。

これにより、パッドの媒質が人体と同様の音響特性を有するようになり、被検体が人体である場合、パッドの裏面と被検体との接触面での超音波の反射を抑えることができ、良好なＢモード画像を得ることができる。よって、パッドを介した被検体の超音波診断においても、Ｂモード画像上で反射部材の像を正確に検出し、超音波プローブの位置を正確に検出することが出来る。

また、好ましくは、前記パッドの部分であって前記第一の反射部材と前記主面との間の部分は、前記パッドの内部の他の部分よりも音速が遅い材料で構成される。

これにより、反射部材に向かって進む超音波と、反射部材により反射され超音波プローブに向かって進む反射波（エコー）の速度を遅くすることができる。パッド内部のより主面に近い部分に反射部材が存在する場合にも、超音波プローブのサンプリング周波数を上げずに、Ｂモード画像上の反射部材の像を正確に得ることができる。よって、反射部材を主面に近い位置に配置することができ、結果的にパッドの厚さを小さくすることができる。その結果、Ｂモード画像上で被検体の像が表示される領域を広げることができる。

また、本発明の一様態に係る超音波診断装置は、超音波診断用アダプタと、超音波を送受信する超音波プローブと、前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記第一の反射部材からの反射波の信号を検出する反射部材検出部と、前記反射部材検出部により検出された信号から、前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面から見た幅とのうちの少なくとも一方に基づいて前記超音波プローブの位置を検出するプローブ位置算出部とを備える。

これにより、超音波プローブがパッド内部の反射部材からの反射波（エコー）を受信し、Ｂモード画像上に反射部材の像が得られるようになる。その像を検出し、反射部材の主面からの距離及び、超音波プローブの位置を検出することができる。よって、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記反射部材検出部は、前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅が所定の閾値以上である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する。

また、好ましくは、前記反射部材検出部は、前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅が最大である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する。

また、好ましくは、前記反射部材検出部は、前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅の微分値が所定の閾値以上である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する。

また、好ましくは、前記反射部材検出部は、前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅の微分値が最大である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する。

これらにより、Ｂモード画像上の反射部材の像を検出することができる。よって、結果的に、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記プローブ位置算出部は、前記反射部材検出部により検出された前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方に対する前記超音波プローブの位置の関係を示す関係式に従って、前記反射部材検出部により検出された前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方に基づいて前記超音波プローブの位置を算出する。

これにより、Ｂモード画像から得られた反射部材の主面からの距離に基づいて、簡便に超音波プローブの位置を算出することができる。よって、Ｂモード画像上の情報から検出した情報から超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記プローブ位置算出部は、超音波プローブが第一の所定の位置に配置されてから、第一の所定の位置とは異なる第二の所定の位置へ移動されるまでの間に検出される、前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方を利用して、前記関係式を較正する。

これにより、実際に超音波診断に使用するパッドを使用して関係式を構成することができる。よって、パッドの固体毎に存在しうる測定誤差をより小さくすることができ、結果的に、超音波プローブの位置を正確に算出することができる。

また、好ましくは、前記プローブ位置算出部は、さらに、経時的に得られる前記第一の反射部材の位置を検出し前記超音波プローブの位置の移動量を算出する。

これにより、超音波プローブのパッド上における位置だけでなく、基準となる測定時点から診断時点までの超音波プローブの移動距離を算出することができる。よって、ある期間内の超音波プローブの移動距離を正確に算出することができる。

なお、本発明は、超音波診断装置として実現できるだけでなく、その超音波診断装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データ又は信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データ及び信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。

本発明により、一般的な超音波診断装置に対する機能追加によって、超音波プローブの走査速度や被検体の組成分布（類似性）に依存せず、誤差が蓄積することなく、コンパクト性を損なわずに超音波プローブの位置及び移動量を検出し、Ｂモード画像及び３次元画像のような超音波診断画像を得ることができるようになる。

図１は、第一の実施の形態に係る超音波診断用アダプタの概観図である。 図２は、第一の実施の形態に係る超音波診断用アダプタの側面図である。 図３は、超音波診断用アダプタを用いた場合の超音波の反射波（エコー）を示す図である。 図４は、超音波プローブの走査補助機構の概観図である。 図５は、超音波診断用アダプタと超音波プローブの走査補助機構とを組み合わせた場合の概観図である。 図６は、超音波プローブの走査補助機構の一例を説明するための概観図である。 図７は、超音波診断用アダプタのガイドレールの一例を説明するための概観図である。 図８は、第二の実施の形態に係る超音波診断装置の動作説明図である。 図９は、３次元画像の表示例を示す図である。 図１０は、第二の実施の形態に係る超音波診断装置の機能ブロック図である。 図１１は、第二の実施の形態に係る３次元画像表示機構の動作説明図である。 図１２は、取得されたＢモード画像を示す図（ａ）、Ｂモード画像における不要領域削除を説明するための図（ｂ）である。 図１３は、第二の実施の形態に係るＢモード画像上での反射部材の像の検出を説明する図である。 図１４は、ルックアップテーブルの一例を示す図である。 図１５は、３次元画像形成における補間を説明するための図である。 図１６は、ルックアップテーブルの較正方法を説明するための図である。 図１７は、第三の実施の形態に係る超音波診断用アダプタの課題を説明する図である。 図１８は、第三の実施の形態に係る反射部材を内部に２つ配置したパッドの斜視図である。 図１９は、第三の実施の形態に係るパッドの側面図である。 図２０は、Ｂモード画像上での反射部材の像の位置を示す図である。 図２１は、取得されたＢモード画像を示す図（ａ）、Ｂモード画像における不要領域削除を説明するための図（ｂ）である。 図２２は、第三の実施の形態に係る課題解決の効果を説明する図である。 図２３は、第三の実施の形態の変形例の超音波診断用アダプタを示す図である。 図２４は、第四の実施の形態に係る超音波診断用アダプタを示す図である。 図２５は、第四の実施の形態に係るパッドの側面図である。 図２６は、第四の実施の形態の変形例１に係るパッドを示す図である。 図２７は、第四の実施の形態の変形例１に係るパッドの側面図である。 図２８は、第四の実施の形態の変形例３に係る超音波診断用アダプタの上面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。 図２９は、第五の実施の形態の超音波診断用アダプタの上面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。 図３０は、第五の実施の形態の３次元画像表示機構の動作説明図である。 図３１は、第五の実施の形態に係るＢモード画像上での反射部材の位置を示す図である。 図３２は、音速が異なる物質中を伝播する超音波の反射波（エコー）の受信時刻を説明する図である。 図３３は、第六の実施の形態に係る超音波診断用アダプタを示す図である。 図３４は、超音波診断装置の概観図である。

以下、発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（第一の実施の形態）
図１に、本実施の形態に係る超音波診断用アダプタの一例を示す。この超音波診断用アダプタ１は、超音波診断装置の超音波プローブと関心部位の体表（被検体）との間に配置される。超音波診断用アダプタ１は、パッド１４と、そのパッド１４の内部に配置された、パッドの材料と音響インピーダンスの異なる材料を含む反射部材を備える。パッドは、被検体の曲面形状に容易にフィットさせることが可能な部材（例えば高分子ゲル）からなる。これに対して、反射部材は、例えば、アルミニウム又はステンレス等の材料からなる。なお、反射部材の材料は、硬度が高く、かつパッド中に長時間配置されていても腐食が進まない材料であることが好ましい。また、パッドの材料は、音速が１４５０（ｍ／ｓ）以上、１５８５（ｍ／ｓ）以下、平均１５３０（ｍ／ｓ）であることが好ましい。このようにすると、パッドの媒質が人体と同様の音響特性を有するようになり、被検体が人体である場合、パッドの裏面と被検体との接触面での超音波の反射を抑えることができる。

ここで、パッド１４のうち、超音波プローブが配置されるほうの面を主面１５、そして主面１５と対向する面を裏面１６と呼ぶ。診断時には裏面１６と被検体とが接し、主面側から裏面側（被検体側）に向かって超音波が送信される。なお、図１において、走査領域１７は、超音波プローブが走査する主面１５上の領域の一部、もしくは全部を示している。

なお、図１において図示するように、主面１５に垂直な方向をｙ方向、反射部材の延設方向をｚ方向、ｙ方向及びｚ方向に直交する方向をｘ方向とし、各方向の向きは図示するとおりとする。他の図面においても同様の座標系を用いる。

図２に、本実施の形態に係る超音波診断用アダプタ１の側面図を示す。超音波診断用アダプタ１は、パッド１４の内部に反射部材１４１を有し、反射部材１４１は走査領域１７の一部を通過している。そして、反射部材１４１は主面１５に対して０度より大きい角度をなすように傾斜して配置されており、パッドの主面上の位置に応じて反射部材の主面からの距離が異なっている。図２におけるｚ方向に進むにつれて反射部材１４１と主面１５の距離が徐々に大きくなるように配置されている。

図１、及び図２では、反射部材１４１は略直線状であり、主面１５側から見たときの反射部材の延設方向（ｚ方向）は超音波プローブの走査方向に平行である。また、反射部材１４１は、直方体もしくは長方体の走査領域のうち超音波プローブの走査方向に平行な１辺に沿って延設されている。

図３を用いて、反射部材１４１と主面１５の距離が異なる場合に超音波プローブ１３が受信するエコーについて図３を用いて説明する。図３において、横軸は、超音波プローブが超音波パルスを送信してからエコーを受信するまでの時間ｔ（横軸）を示し、縦軸は、エコーの受信強度（振幅）Ｉを示す。図３の（ａ）及び（ｂ）に、ｚ座標がそれぞれｚ１及びｚ２である場所（ただし、反射部材１４１からのエコーを受信する領域であるものとする）において受信するエコーの例を示す。ここで、ｚ２の地点における反射部材１４１と主面１５との間の距離が、ｚ１の地点における反射部材１４１と主面１５の間の距離よりも大きいものとする。この反射部材の音響インピーダンスは、パッドを構成する材料の音響インピーダンスとは異なっているため、超音波に対して異なる反射特性を示す。したがって、超音波プローブは体内に向けて超音波を送信した後に体内からのエコーに加えて反射部材からのエコーを受信する。

なお、この実施の形態では、反射部材１４１の音響インピーダンスがパッド１４よりも大きい場合を想定しており、被検体からのエコーよりも反射部材１４１からのエコーの振幅強度が大きく検出される。図３の（ａ）及び（ｂ）では、反射部材１４１からのエコーを受信するまでの時間ｔが異なっている。これは反射部材１４１と主面の間の距離が異なるためである。超音波プローブの位置によって、超音波プローブが超音波を送信してから反射部材１４１からのエコーが検出されるまでの時間が異なることを利用して、超音波診断装置は、Ｂモード画像が取得されたときの超音波プローブの位置、もしくは各Ｂモード画像同士の相対位置関係を算出することが可能になる。

以上の通り、パッドの内部に、パッドの主面上の位置によってパッドの主面からの距離が異なるように反射部材を配置することで、簡便に、超音波プローブの主面上の位置やＢモード画像同士の相対位置関係を検出できる。また、この方法は、画像の相関関係によって超音波プローブ位置を判断する従来の方法と異なり、体内の組成分布の画像状態を超音波プローブの位置検出に利用しないため、体内組成の分布によらず精度よく超音波プローブの位置を検出することができ、さらに、超音波プローブの走査速度に依存しない。

なお、本実施の形態の超音波診断用アダプタ１を利用して、超音波プローブの位置を具体的に検出したり、取得されたＢモード画像の相対位置を算出したりすることが可能になる。この超音波プローブの位置検出方法、及び相対位置情報の算出方法については後述する。

なお、本実施の形態の反射部材は、パッドの内部に配置されていれば、どのような位置に配置されていてもよいが、反射部材がパッドの裏面（被検体と接する面）に接していないことがより好ましい。すなわち、反射部材のうち最も被検体に近い点が、パッドの裏面から所定距離離れた位置に存在していることが好ましい。超音波プローブがパッドを介して人体に押し当てられることにより、被検体の形状に沿ってパッドの裏面の形状が変化する。この場合に、パッドの裏面に反射部材の一部が接するように配置されている場合には、反射部材の形状がパッドの形状歪みの影響を大きく受け、歪んでしまう可能性がある。そこで、反射部材をパッドの裏面よりも所定距離離した位置に配置することにより、パッドの形状歪みが反射部材に与える影響を低減し、より精度良く超音波プローブの位置検出を行うことが可能になる。例えば、実験によれば、高分子ゲルの場合、反射部材１４１と裏面１６とが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間隔で離れていることで、反射部材１４１の歪みが観測上問題とならない程度に低減されることが確認された。

すなわち、パッドが、主面側に位置する第一のパッド部と、裏面側に位置する第二のパッド部とを有し、裏面側（被検体側）に位置する第二のパッド部の厚さを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることで、反射部材１４１の歪みを低減することができた。なお、反射部材は第一のパッド部のみに配置されている。なお、パッドは第一のパッド部及び第二のパッド部と便宜上呼んでいるが、この第一のパッド部及び第二のパッド部は別体ではなく一体化されていてもよいことは言うまでもない。第一のパッド部及び第二のパッド部が一体化されることで、２つのパッド部の境界面での不要な反射を起こさず、ノイズを低減することができる。

また、パッドを少なくとも２種類の材質から構成してもよい。すなわち、パッドのうち体表に押し当てられる側に第二物質を使用し、第二物質を使用した領域よりもより超音波プローブに近い領域は、前記第二物質よりも硬度の高い第一物質を使用する。そしてこの硬度の高い第二物質中に反射部材が配置されている。上述の例では、第二のパッド部に第二物質を使用し、第一のパッド部に第一物質を使用する。第一物質及び第二物質の材料としては、前述した音速の制約から水質ゲルが好ましく、それぞれで、硬度を変えるとよいが、これに限定されない。

このように、互いに硬度が異なる第一物質と第二物質とを利用することにより、被検体形状へのフィッティング機能と、反射部材及び超音波プローブ間の形状歪みの低減という機能とを、各物質に振り分けることが可能になる。具体的には、第二物質に硬度の比較的低い材料を使用することで、パッドの裏面の形状を被検体形状に沿うように変化させることが可能となる。一方で、被検体から遠い側に使用された第一物質に比較的硬度の高い材料を使用することで、超音波プローブが体表に押し当てられ、パッド形状に歪みが生じた場合にも第一物質中に配置された反射部材の形状又は主面からの距離には影響が及びにくく、位置検出時に発生する誤差を低減することが可能になる。

なお、反射部材１４１は、少なくとも超音波プローブの走査範囲に含まれていればどこに配置されてもよい。前述したように超音波プローブの走査範囲の端部に反射部材が配置されていれば、取得されるＢモード画像の端部に反射部材の像が現れるため、Ｂモード画像のうちの被検体に対応する領域を分断することがない。また、反射部材の像がＢモード画像の端部以外に現れる位置に反射部材が配置されている場合、例えば超音波プローブの走査領域の中央部に配置されている場合にも、超音波プローブの位置、もしくは取得される複数のＢモード画像間の相対位置を検出することができるという効果を奏することができる。

また、反射部材１４１は任意の形状であってよいが、特に直線状の形状であることが好ましい。反射部材１４１は、主面側から見た場合に、走査領域の１辺と平行でなくてもよい。例えば、主面１５側から見て反射部材１４１が蛇行した形状である場合には、超音波プローブ１３の圧電素子（超音波振動子）のうち反射部材１４１が検出される信号を検出する位置が場所によって変化する可能性がある。そのため、検出信号から反射部材１４１の信号を抽出する工程が複雑となる。この場合においても超音波プローブの位置を求めたり、Ｂモード画像の相対位置関係を求めたりすることは可能であるが、より簡易に超音波プローブの位置を求めるためには、主面との距離が単調に変化するように、反射部材１４１が直線状であることが好ましい。

また、図１において、ｙｚ平面における反射部材の断面においても、反射部材１４１が直線状の形状であることが好ましい。例えば、ｙｚ平面における反射部材の断面において反射部材１４１が蛇行した形状である場合にも、後述するように、超音波診断装置は予め反射部材１４１の形状と反射部材１４１が検出されるまでの時間の関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を格納しておき、そのＬＵＴに基づいて超音波プローブの位置を求めることが可能である。しかしながら、反射部材１４１と主面１５の距離が同一となる主面上の位置が複数存在する場合があるため、超音波プローブの場所を簡便に求めるためには、反射部材１４１は直線状であることが好ましい。

また、図１及び図２では反射部材１４１が超音波プローブの走査領域の中に１個存在する実施の形態を示したが、走査領域の中に少なくとも２個以上の反射部材１４１が配置されていてもよい。これらの実施の形態については後述する。

なお、反射部材１４１は全て繋がっている形状ではなく、所定の長さの部材が所定の間隔をあけて間欠的に配置されている形状であってもよい。

また、上記の実施の形態で反射部材とした部分について、超音波を吸収する性質を有する材料（吸収材）により構成されてもよい。反射部材が吸収材からなることにより、超音波診断用アダプタ１は、反射部材と超音波プローブ間で生じる多重反射を避けることができる。吸収材の材料としては、例えば、シストが好ましいが、これに限定されるものではない。

なお、操作者は、パッド上で超音波プローブを走査する場合、パッドの中の反射部材１４１が存在する領域の上部を通過するように超音波プローブを移動させる。この場合、操作者はパッド上をフリーハンドで超音波プローブを移動させてもよいが、後述する超音波プローブの走査補助機構を用いれば、より直線状に超音波プローブを移動させることが可能になる。

以下、パッドの主面上を超音波プローブ移動させる際に、超音波プローブを直線的に動かすための走査補助機構について説明する。

図４に超音波プローブ１３を直線状に移動させるための走査補助機構の一例を示す。走査補助機構は、反射部材の延設方向に沿って配置された２本のガイドレール１２とガイドレール１２の間に配置されたスライダ１１を少なくとも有している。ガイドレール１２は、図５に示すようにパッド１４の主面上に形成されており、超音波プローブを移動させたい方向（走査方向）に沿って主面上に配置されている。なお、パッドは、走査補助機構と初めから一体化されていてもよいし、パッドから離れて配置されていてもよい。

スライダ１１は、超音波プローブ１３を固定可能である。例えば操作者は超音波プローブ１３をスライダ１１に差し込むことで、スライダ１１と超音波プローブ１３とを一体化する。このスライダ１１は、ガイドレール１２に沿って移動可能に形成されており、例えば、超音波プローブ１３及びスライダ１１を、図４に点線で示す超音波プローブの走査方向１０に向かって移動することができる。スライダ１１がガイドレール１２に沿って動くことで、操作者は、フリーハンドで超音波プローブ１３を移動させる場合に比べて、より直線状に超音波プローブ１３を移動させることができる。これにより、３次元表示したい部位のＢモード画像を複数枚取得することができる。

なお、図４では、パッドの主面上に、互いに平行なガイドレール１２を２本配置している。ガイドレール１２が１本の場合であっても、スライダ１１をガイドレール１２に押し当てる（もしくは、スライダ１１がガイドレール１２から離れないような機構とする）ことで、スライダ１１をガイドレール１２に沿って移動させることができる。ガイドレール１２を２本設けることで、スライダ１１の両端がガイドレール１２に挟まれることにより、超音波プローブをより正確にガイドレール１２に沿って動かすことができる。なお、超音波プローブを所定の方向に移動させることが可能である場合には、上記の走査補助機構が無くても構わない。

また、走査補助機構が平行に配置されたガイドレール１２を３本以上有していてもよい。この構成により、超音波プローブをガイドレールに沿って移動できる領域を拡大することができる。

なお、超音波診断装置は、スライダ１１に保持された超音波プローブ１３をガイドレール１２に沿って移動させながらＢモード画像を複数枚取得する。そして、Ｂモード画像を複数枚組み合わせることにより対象部位の３次元画像を生成する。

なお、本実施の形態では走査補助機構として図４の構成を示したが、走査補助機構は決して図４の構成に限られるものではない。例えば、図６に一例を示すように、ガイドレールをパッドに付ける構成ではなく、パッド６１に溝６２を作り、超音波プローブの移動を補助する構成でもよい。この構成によっても、超音波プローブを溝６２に沿って移動させることができる。ガイドレールとパッドとが一体となっていることで、ガイドレールとパッドとの位置調整が不要となる。なお、図６は反射部材の表示を省略している。

さらに、ガイドレールは反射部材の延設方向に沿って配置されていればよく、パッドと分離していてもよい。その理由は、パッドとガイドレールとが分離していても、パッドの内部に本実施の形態の反射部材が配置されていれば、超音波プローブを反射部材に沿って動かすことで超音波プローブの位置を検出することが可能となるためである。また、超音波プローブとパッドとが分離している構成であってもよいことは言うまでも無い。

また、超音波診断用アダプタは、パッドよりも硬度の高い材料のガイドレールを用い、ガイドレールの厚さをパッドの厚さよりも大きいか等しくし、パッドの側面にガイドレールが配置される構成としてもよい。この構成の超音波診断用アダプタ２の一例を図７に示す。この構成によれば、例えば超音波プローブがパッドを介して被検体に押し当てられた場合のように、パッドの主面及び側面に力がかかる場合に、パッドの主面及び側面の形状の変化を抑えることができる。これにより、パッドの内部に配置されている反射部材の形状が変化しないようにすることができる。

（第二の実施の形態）
本実施の形態は、前述した反射部材が内部に配置されたパッドを用い、パッドと被検体の像とを含んだＢモード画像から反射部材の像を検出し、超音波プローブの位置を算出できることを特徴とする。

以下の説明では、複数枚のＢモード画像から３次元画像を形成する３次元画像表示機構を例に説明する。

最初に、本実施の形態に係る３次元画像表示機構の操作概要について、図８の状態遷移図を用いて説明する。初期状態は、フリーズモード（８０２）である。この状態では、超音波プローブから超音波が送信されない。そして、操作者がこのフリーズ状態を解除（８１１：フリーズＯＦＦ）すると、Ｂモード画像記録モード（８０１）へ遷移し、Ｂモード画像を記録できるようになる。この状態の時に、操作者は、スライダと一体となった超音波プローブを移動させ、複数枚のＢモード画像を取得する。

Ｂモード画像を取得後、フリーズモードに戻す（８１２：フリーズＯＮ）。その後、３次元画像表示モード（８０３）に切り替える（８１３：３次元画像表示ＯＮ）と、３次元画像が形成される。

超音波プローブを往復させる場合のように、同一の被検体に対して超音波プローブにより複数回走査すると、走査した回数に等しい数の３次元画像を形成できるだけのＢモード画像が得られる。例えば、超音波プローブの移動履歴から走査の切れ目を検出し、切れ目が発生した都度、３次元画像が形成されるようにする。具体的には、超音波プローブを１往復させた場合、３次元画像が２つ形成される。３次元画像が複数形成された場合、操作者は、例えば、図９に示す通り、操作画面上で表示したい３次元画像を選択する。３次元画像の確認が終わったらフリーズモード（８０２）に戻す（８１４：３次元画像表示ＯＦＦ）。

次に、本実施の形態に係る超音波診断装置の機能ブロックについて、図１０を用いて説明する。

超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波送受信部１００１と、受信したエコーからＢモード画像を形成する断層画像形成部１００２と、Ｂモード画像中の反射部材の像を検出する反射部材検出部１００３と、Ｂモード画像から不要領域を削除する不要領域削除部１００４と、反射部材の位置から超音波プローブの位置を算出するプローブ位置算出部１００５と、複数枚のＢモード画像を記録する断層画像メモリ部１００６と、記録された複数枚のＢモード画像から３次元画像を形成する３次元画像形成部１００７と、Ｂモード画像及び３次元画像等を表示する表示部１００８とから構成される。

以下、データの流れについて説明する。

超音波送受信部１００１は、反射部材を内部に配置するパッドを介して被検体に超音波を送信し、エコーを受信し、対応するエコー信号に変換する。そして、エコー信号Ｄ１０１１を、断層画像形成部１００２へ出力する。

断層画像形成部１００２は、超音波送受信部１００１より出力されたエコー信号Ｄ１０１１を入力とし、エコー信号を輝度値に変換してＢモード画像を形成する。そして、形成されたＢモード画像Ｄ１０１２を、反射部材検出部１００３と不要領域削除部１００４とへ出力する。

反射部材検出部１００３は、断層画像形成部１００２より出力されたＢモード画像Ｄ１０１２を入力とし、後述する画像処理により、Ｂモード画像上の反射部材の像の検出と、その像の垂直方向の座標に対応する垂直方向位置の算出とを行う。そして、反射部材の垂直方向位置情報Ｄ１０１３を、プローブ位置算出部１００５へ出力する。

不要領域削除部１００４は、断層画像形成部１００２より出力されたＢモード画像Ｄ１０１２を入力とし、Ｂモード画像の中で診断に必要としないパッドや反射部材の像が存在した領域を削除する。そして、不要領域が削除されたＢモード画像Ｄ１０１４を、断層画像メモリ部１００６と表示部１００８へ出力する。

プローブ位置算出部１００５では、反射部材検出部１００３より出力された反射部材の垂直方向位置情報Ｄ１０１３からＢモード画像取得時の超音波プローブの位置情報Ｄ１０１５を算出する。そして、算出された超音波プローブの位置情報を、断層画像メモリ部１００６へ出力する。なお、表示する画像上に、反射部材の像が表示されていてもよい場合は、不要領域削除部１００４は無くてもかまわない。また不要領域削除部１００４を有さず、後述する３次元画像形成部１００７によって形成される３Ｄ画像のうち、所定の領域のみを選択して表示部１００８に送信してもよい。

断層画像メモリ部１００６は、不要領域削除部１００４より出力されたＢモード画像Ｄ１０１４とプローブ位置算出部１００５より出力される超音波プローブの位置情報Ｄ１０１５を記録しておく記憶装置である。

３次元画像形成部１００７では、断層画像メモリ部１００６に記録されているＢモード画像Ｄ１０１４と対応する超音波プローブの位置情報Ｄ１０１５を読み出し、位置情報に基づいてＢモード画像を配列することで３次元画像を形成する。そして、形成された３次元画像Ｄ１０１７を、表示部１００８へ出力する。

表示部１００８では、不要領域削除部１００４より出力されるＢモード画像と３次元画像形成部１００７より出力された３次元画像Ｄ１０１７を入力とし、ディスプレイ等の表示機器に表示する。

なお、図１０における超音波送受信部１００１は超音波プローブに相当するが、超音波プローブがさらにその他の機能ブロック１００２〜１００８の一部又は全部を有するように構成してもよい。

なお、機能ブロック１００２〜１００５及び１００７は、ＣＰＵ、メモリ、プログラム等によってソフトウェア的に実現されてもよいし、専用の電子回路等によってハードウェア的に実現されてもよい。

以上が、超音波診断装置の機能ブロックに関する説明である。

次に、本実施の形態に係る超音波診断装置の動作の流れについて、図１１のフローチャートと図１２のＢモード画像を用いて説明する。

準備として、図５に示す通り、操作者は、超音波プローブ１３をスライダ１１にセットする。そして、３次元化したい部位の体表にパッドを置いた後、フリーズ状態を解除し、スライダと共に超音波プローブを動かし始める。

超音波診断装置では、ステップＳ１１０１において、超音波送受信部１００１が、超音波プローブから超音波を送信し、被検体内からのエコーをライン単位に受信する。さらに、断層画像形成部１００２が、各ラインの受信エコー（被検体からのエコー）に対して、包絡線検波、対数圧縮、等の処理を行い、輝度値に変換し、Ｂモード画像を生成する。

次に、ステップＳ１１０２において、反射部材検出部１００３はＢモード画像上の反射部材の像を検出する。図１２の（ａ）にＢモード画像の例を示す。Ｂモード画像上で、パッドの像が存在する領域であるパッド領域はＢモード画像の上部の領域（１２０１）に、パッドの裏面に接する被検体から得られる情報が示される領域である被検体領域は、パッド領域より下部の領域（１２０２）にそれぞれ位置する。ここで、パッドの中には、パッドの材料とは音響インピーダンスが異なる反射部材が配置されており、この反射部材からの信号はＢモード画像中において高輝度領域（１２０３）として現れる。ここで、反射部材検出部１００３が、Ｂモード画像中に現れる高輝度領域（反射部材からのエコー）を検出し、プローブ位置算出部１００５がこの高輝度領域の位置から超音波プローブの位置を算出する。

反射部材検出部１００３では、例えば、反射部材の像を検出するために使用する領域をパッドの端部である反射部材検出領域（１２０４）に絞り、ライン単位にエッジ検出することで反射部材の像の位置を検出する。具体的には、反射部材検出領域の中で、垂直方向の変化に対する輝度の微分値が最大となる部分を反射部材の像として検出する。

図１３に、Ｂモード画像の反射部材検出領域の拡大図を示す。図１３において白色の長方形で示す反射部材の像１３０２に対し、垂直方向の変化に対する輝度の微分値が最大となる部分（１３０１）が、反射部材検出部１００３により反射部材の像として検出される。ここで、反射部材の主面からの距離は、図１３に示す反射部材の像とＢモード画像の上端との間の画素数（１３０３）に相当する。

さらに、ステップＳ１１０３において、プローブ位置算出部１００５は、検出した反射部材の位置からＢモード画像取得時の超音波プローブの位置を算出する。算出には、図１４に示すようなルックアップテーブル１４０１を用いる。ルックアップテーブル１４０１には、Ｂモード画像の上端から反射部材の像までの画素数と超音波プローブの位置とが一対一に関連付けられている。例えば、反射部材検出部１００３から得られた反射部材の像が、Ｂモード画像の上端から５画素の位置にあるときの超音波プローブの位置を基準位置とすると、反射部材の像が７画素の位置に表れていたときの超音波プローブの位置は基準位置から１０ｍｍ移動した位置となる。

ルックアップテーブル１４０１は再設定可能である。例えば、所定の位置に超音波プローブを配置し、超音波プローブの位置と反射部材の像の垂直方向位置とを関連付けることにより、再設定可能である。具体的には、図１６に示すように、超音波プローブを位置Ａに置いたときのＢモード画像上での上端から反射部材までの画素数ａと、超音波プローブを位置Ｂに置いたときのＢモード画像上での上端から反射部材までの画素数ｂとを利用して、点（ａ、Ａ）と点（ｂ、Ｂ）とを通過する直線を得る。この直線式は、反射部材の像の垂直方向位置と超音波プローブの位置との関係式を意味する。この関係式からルックアップテーブル１４０１を再生成する。もちろん、この直線式から、直接、超音波プローブの位置を算出してもよい。

次に、ステップＳ１１０４において、Ｂモード画像から診断に使う被検体領域のみを抽出するために、不要領域削除部１００４でＢモード画像中のパッド領域と反射部材の像が存在する領域である削除領域（１２０５）を削除する。図１２の（ｂ）に削除例を示す。

以上のステップＳ１１０１からステップＳ１１０４までの処理は、フリーズ解除中の処理であり、不要領域を削除したＢモード画像と超音波プローブの位置情報とが関連付けられて、断層画像メモリ部１００６に記録される。

３次元化したい領域のＢモード画像を取得し終えた場合、操作者は超音波診断装置をフリーズモードにし、さらに、３次元画像表示モードに遷移させる。そして、ステップＳ１１０５において、３次元画像形成部１００７は、断層画像メモリ部１００６に記録されているＢモード画像と超音波プローブの位置情報とを読み出し、Ｂモード画像の輝度値を対応する３次元空間位置のボクセルに設定することにより、３次元画像を形成する。形成された３次元画像の例を図１５に示す。Ｂモード画像の取得タイミング、走査の開始及び終了のタイミング、或いは、走査速度の変化などにより、輝度値が設定されないボクセルが生じる場合は、周辺ボクセルからの補間により、輝度値を決定する。

以上が、動作の流れである。

以上の構成により、従来のような、磁気センサやアームのような高価な位置センサを使わなくても、Ｂモード画像に対する信号処理により、超音波プローブの位置を検出できる。また、Ｂモード画像１枚から超音波プローブの位置が決まるため、特許文献１のような誤差の蓄積や、特許文献２のような等速移動の制約を受けない。

なお、上記説明では、Ｂモード画像を形成してから反射部材の像を検出したが、Ｂモード画像に変換する前の信号で検出しても良く、例えば、エコーの振幅値が所定の値より大きい位置を反射部材の像として検出してもよい。Ｂモード画像形成前の信号で検出することにより、より細かい分解能で反射部材の像の位置を検出することができる。

また、上記説明では、パッド領域の、垂直方向の変化に対する輝度の微分値が最大となる信号を反射部材の像として検出したが、閾値を用い、垂直方向の変化に対する輝度の微分値が最初に閾値以上になる部分を反射部材の像として検出してもよい。閾値としては、例えば、パッド領域の輝度の微分値の値域（ダイナミックレンジ）の半値等、反射部材とパッドの区別が可能な値に設定する。

さらに、検出に際しては、輝度の微分値ではなく、輝度値で判断してもよい。例えば、パッド領域内で、輝度値が最大となる部分を反射部材の像として検出する。また、輝度の微分値による検出と同様、閾値を用いる場合、輝度値が最初に閾値以上になる信号を反射部材の像として検出してもよい。閾値としては、例えば、パッド領域の輝度値の値域（ダイナミックレンジ）の半値等、反射部材の像とパッドの区別が可能な値に設定する。

また、上記説明では、検出した反射部材の像の位置から直接、超音波プローブの位置を換算したが、検出タイミング毎に反射部材の像の位置を記録しておき、それらを平滑化した値を使ってもよい。平滑化により、ノイズや手振れ等に起因する検出結果の揺らぎを抑えることができる。平滑化方法としては、中央値フィルタや平均値フィルタ等があるが、これに限らない。また、平滑化は、超音波プローブの位置に換算した後でも構わない。

また、上記説明では、ルックアップテーブル１４０１により、超音波プローブの位置を算出すると説明したが、Ｂモード画像取得の都度得られる反射部材の像の検出位置の変化量を利用してもよい。例えば、３枚のＢモード画像Ｘ、Ｙ及びＺの反射部材の像の垂直方向位置がそれぞれｘ、ｙ及びｚの場合、画像Ｘ取得時の位置を０、スケーリング値をｓとすると、画像Ｙ取得時の超音波プローブの位置は、式１で与えられる。

画像Ｚ取得時の超音波プローブの位置は、式２で与えられる。

なお、予め、超音波プローブの移動量と反射部材の像の位置の変化量について対応関係が分かっていれば、スケーリング値ｓが分かり、超音波プローブの絶対的な移動量に換算できる。３次元画像形成部１００７は、この超音波プローブ移動量を用いてＢモード画像を配置し、３次元画像を形成する。

なお、反射部材の像の垂直方向位置と超音波プローブの位置や移動量が対応付けられていなかったとしても、適切にＢモード画像を配置することが可能である。例えば、Ｂモード画像１、Ｂモード画像２、…Ｂモード画像Ｎのように複数のＢモード画像が形成されたときに、それぞれの画像上に配置される反射部材の像の垂直方向位置が、位置１、位置２、…位置Ｎであったと仮定する。ここで、各Ｂモード画像の位置情報である、位置１、位置２、…位置Ｎ、をＢモード画像１、Ｂモード画像２…Ｂモード画像Ｎに関連付けておく。その上で、所定のＢモード画像ｉ（ｉ≦Ｎ）とＢモード画像１との間の差分距離ｚと、所定のＢモード画像における反射部材の像の垂直方向位置である位置ｉ（ｉ≦Ｎ）と位置１との差分ｙとの比が常に一定になるように各Ｂモード画像を配列して３次元画像を生成する。

第一の実施の形態の記載や図１等に示されるように、パッドの内部に配置された反射部材１４１は略直線状であり、パッドの主面１５上の位置に応じて主面１５からの距離が徐々に変化している。そのため、ある基準点からの反射部材１４１の像の垂直方向位置の変位と、ある基準点からの超音波プローブの位置変位とが一定になるようにＢモード画像を配置することで、３次元画像のｚ方向における画像の伸縮倍率は別途必要になるものの、画像の連続性をより正確に表示することが可能になる。

なお、第一の実施の形態で述べたように、反射部材１４１は連続した単一部材である必要は無く、複数の部材に分割された形状であってもよい。すなわち、図２のパッドをｙｚ平面における反射部材の断面形状は複数の部材で構成される点線形状のように見える。反射部材の形状がこのような場合には、取得したＢモード画像上に反射部材の像が表示されていない画像が存在する。この場合には、反射部材の像が表示されているＢモード画像について画像の配列を決定し、その画像との類似性を考慮して、反射部材の像が表示されていない画像の配列場所を決めてもよい。また、反射部材の像が表示されたＢモード画像を配列すると共に、断層画像形成部１００２で画像が形成された順番に基づいて反射部材の像が表示されていないＢモード画像を配列してもよい。

（第三の実施の形態）
本実施の形態では、パッドの別の様態、及び超音波診断装置の別の様態について説明する。

最初に、本実施の形態で扱う課題について、図１７を用いて説明する。

図１７の（ａ）は超音波プローブ１３がパッド１４の主面１５に密着している場合のパッド１４の断面図、図１７の（ｂ）は超音波プローブ１３とパッド１４の主面１５との間に隙間１７０１があり、超音波プローブがパッドの主面１５に密着していない場合のパッドの断面図である。

第一及び第二の実施の形態では、パッドの主面から反射部材までの垂直方向距離に基づき、超音波プローブの位置を算出すると説明した。しかし、超音波プローブがパッドの主面から手振れ等の理由により浮いてしまう場合がある。その場合、超音波プローブ表面から反射部材までの距離が、パッドの主面１５から反射部材までの距離よりも長くなってしまい、超音波プローブの位置を正確に算出できないという課題が生じる。そこで本実施の形態では、超音波プローブがパッドの主面から浮いてしまう場合にも正確に超音波プローブの位置を算出できる構成を説明する。

以下、本実施の形態に係る超音波診断用アダプタ３について、図１８に斜視図を、図１９に側面図を示す。

本実施の形態では、パッド１８００は、パッドの両辺に沿って反射部材１８０１と反射部材１８０２との、直線状の反射部材を有している。このとき、この少なくとも１組の反射部材は、図１９に示す通り、パッド１８００の主面１５に対する傾斜角度が互いに異なっている。すなわち、パッドのｚ方向の位置によって、反射部材１８０１の主面からの距離と、反射部材１８０２の主面からの距離との差が変化する。

次に、超音波プローブがこのパッド上を移動して得られた信号から、３次元画像を生成する３次元画像表示機構について述べる。

３次元画像表示機構の構成については、第二の実施の形態及び図１０の構成と同一であるため、説明を省略する。

図２０に、第三の実施の形態に係るパッドを用い、断層画像形成部１００２で形成されたＢモード画像を示す。Ｂモード画像上には、反射部材１８０１及び反射部材１８０２の像が高輝度領域として、それぞれ２００２及び２００４として表示されている。２つの反射部材の像の垂直方向距離は、図２０に示すように、例えば画素数２００５を単位としてカウントされる。

次に、反射部材検出部１００３は、Ｂモード画像から反射部材１８０１及び反射部材１８０２の像にそれぞれ対応する反射部材の像２００２及び２００４を検出する。なお、具体的な反射部材の検出方法については、第二の実施の形態と同様であるため説明を省略する。そして、反射部材検出部は、反射部材の像の垂直方向位置をプローブ位置算出部１００５に送信する。

プローブ位置算出部１００５は、反射部材検出部１００３から受信したＢモード画像上における反射部材の像の垂直方向位置に基づいて、超音波プローブの位置を算出する。ここで、反射部材検出部１００３は、１つの反射部材の像の垂直方向位置に基づいて超音波プローブの位置を算出するのではなく、２つの反射部材の像の垂直方向距離に基づいて、超音波プローブの位置を算出することを特徴とする。プローブ位置算出部１００５は、超音波プローブの位置に対して、反射部材の像２００２及び２００４の垂直方向距離が１対１に対応付けられているルックアップテーブルを有しており、このルックアップテーブルと２つの反射部材の像の垂直方向距離とを用いて、超音波プローブの位置を算出する。ルックアップテーブルの例は図１４に示すものと同様であるが、画素数が反射部材の像の垂直方向距離である点が異なる。

なお、第二の実施の形態と同様に、ルックアップテーブルは再設定可能である。具体的には、所定の位置に超音波プローブを配置し、２つの反射部材の垂直方向距離と超音波プローブの位置とを関連付ける。例えば、図１６と同様に（ただし、ここでは図１６の横軸を２つの反射部材の垂直方向距離と読み替える）、超音波プローブを位置Ａに置いたときに検出される２つの反射部材の像の間の画素数ａと、超音波プローブを位置Ｂに置いたときに検出される２つの反射部材の像の間の画素数ｂとを利用して、点（ａ、Ａ）と点（ｂ、Ｂ）とを通過する直線を得る。この直線式から、ルックアップテーブルを再生成する。もちろん、この直線式から、直接、超音波プローブの位置を算出してもよい。

以上のように、プローブ位置算出部１００５は、所定のＢモード画像を取得したときの超音波プローブの位置情報を算出し、断層画像メモリ部１００６に送信する。ここで、Ｂモード画像と超音波プローブの位置情報とを関連付けた上で断層画像メモリ部１００６に格納するか、Ｂモード画像と超音波プローブの位置情報とをそれぞれ時系列で格納しておくかは任意である。

また、図２１に示すように不要領域削除部１００４は、Ｂモード画像中のパッド領域と反射部材が存在する領域である削除領域（２１０７）とを削除し、Ｂモード画像から診断に使う被検体領域のみを抽出する。

３次元画像形成部は、断層画像メモリ部１００６に格納された超音波プローブの位置情報を元に、Ｂモード画像を配列し、３次元画像を形成する。

なお、Ｂモード画像上での反射部材の像の検出方法、及び反射部材の像から超音波プローブの位置を算出する方法は、いずれも第一の実施の形態に記載の方法が利用可能である。ただし、超音波プローブの位置算出方法においては、第一の実施の形態では反射部材の主面からの距離を用いていたのに対して、本実施の形態では、第一の反射部材と第二の反射部材とのｙ方向の距離を用いている。例えば、Ｂモード画像取得の都度得られる、１組の反射部材の像の垂直方向距離の変化量を利用して、超音波診断装置のスケーリング値ｓ（すなわち、超音波プローブの絶対的な移動量）を算出してもよい。

また、プローブ位置算出部１００５を有し、反射部材検出部１００３において求められた第一の反射部材の像と第二の反射部材の像との垂直方向距離に基づいて、直接Ｂモード画像を配列してもよい。例えば、Ｂモード画像１、Ｂモード画像２、…Ｂモード画像Ｎのように複数のＢモード画像が形成されたときに、各画像上に現れる第一の反射部材の像と第二の反射部材の像との垂直方向距離が、距離１、距離２、…距離Ｎであったと仮定する。ここで、各Ｂモード画像の位置情報である、距離１、距離２、…距離Ｎ、をＢモード画像１、Ｂモード画像２…Ｂモード画像Ｎに関連付けておく。その上で、所定のＢモード画像ｉ（ｉ≦Ｎ）及びＢモード画像１の間の差分距離ｚと、Ｂモード画像ｉにおける距離ｉ（ｉ≦Ｎ）及びＢモード画像１における距離１の差分ｙとの比が常に一定になるように各Ｂモード画像を配列して３次元画像を生成する。この３次元画像の生成方法により、３次元画像のｚ方向における画像の伸縮倍率は別途必要になるものの、画像の連続性をより正確に表示することが可能になる。

なお、図１８の例では、第一の反射部材１８０１が主面１５に平行であり、第二の反射部材１８０２が主面１５に対して非平行である構造を示している。しかし、反射部材１８０１及び１８０２が共に主面１５に対して非平行であってもよい。また、図１８では、１組の反射部材（１８０１及び１８０２）を具備する構成について述べたが、２組以上の反射部材を具備するパッドであってもよいことは言うまでもない。

上記のパッドを用いることにより、図２２に示す通り、超音波プローブがパッドに密着していない場合においても、２つの反射部材のｙ方向の距離から超音波プローブの位置を算出することできる。そのため、手振れ等の影響を緩和できる。

次に、第三の実施の形態の変形例について説明する。

第三の実施の形態に係る超音波診断用アダプタ４を図２３に示す。図２３において、（ａ）に斜視図を、（ｂ）に第一の反射部材に近い側の側面図を、（ｃ）に第二の反射部材に近い側の側面図を示す。本実施の形態の変形例では、パッド２３００と第一の反射部材の部分２３０１と第二の反射部材２３０４とが、反射部材の延設方向（ｚ方向）と直交する断面２３１３によって分けられている。図２３に示すとおり、これらの各部分を、パッドの第一領域（２３１１）及びパッドの第二領域（２３１２）と称する。第一の反射部材は、パッドの第一領域（２３１１）内の部分２３０２と、パッドの第二領域内の部分２３０３からなる。これらの反射部材の部分２３０２及び２３０３は、主面との相対的な位置関係が互いに一致するように配置される。また、第二の反射部材は主面側から見て第一の反射部材の延設方向に平行に配置され、パッドの第一領域（２３１１）内に配置される。

この構成において、超音波プローブで走査すると、超音波プローブがパッドの第一領域（２３１１）にあるときは、第一の反射部材の部分２３０１の像と第二の反射部材２３０４の像とがＢモード画像上に現れる。第二の反射部材２３０４の像が検出されたことにより超音波プローブが第一領域にあることが検出され、部分２３０１の主面からの距離により第一領域（２３１１）内の位置が検出される。また、超音波プローブがパッドの第二領域にあるときは、部分２３０３だけがＢモード画像上に現れる。第二の反射部材の像が検出されなかったことから超音波プローブが第二領域にあることがわかり、部分２３０３の主面からの距離により第二領域（２３１２）内の位置が検出される。この方法により超音波プローブの位置が検出できる。この構成によれば、第一の反射部材の主面に対する傾斜角度が第一の実施の形態と同様であっても、パッドの厚さを１／２にすることができ、Ｂモード画像内の被検体領域を大きくすることができる。

なお、上述の例ではパッドを２つの領域に分ける場合の説明をしたが、より多くの領域に分けることももちろん可能である。この構成によれば、パッドの厚さを１／（領域の数）にすることができ、Ｂモード画像内の被検体領域をより大きくすることができる。

（第四の実施の形態）
本実施の形態は、複数のパッドを用いて広範囲な領域を３次元化したい場合でも、超音波プローブの位置を算出できることを特徴とする。

図２４に、本実施の形態の超音波診断用アダプタの一例を示す。本実施の形態の超音波診断用アダプタ５は、いずれのパッドに超音波プローブが配置されているかを認識すること、もしくは得られたＢモード画像を超音波プローブの走査方向と垂直な方向に適宜並べかえることが可能である。

図２４に示すように、本実施の形態の超音波診断用アダプタ５はパッドを２面（パッド２４００及びパッド２４１０）以上有し、さらに各パッドには反射部材が１組以上配置されている。すなわち、超音波診断用アダプタ５は、反射部材が内部に計４つ以上配置されている。

図２４に示す超音波診断用アダプタ５は、第一のパッド２４００の内部に、反射部材２４０１及び反射部材２４０２が配置され、第二のパッド２４１０に反射部材２４１１及び反射部材２４１２が配置されている。反射部材２４０１及び反射部材２４１１は、その延設方向において主面１５からの距離が変化するように配置された反射部材（第一の反射部材）である。一方、反射部材２４０２及び反射部材２４１２は、その延設方向において主面１５からの距離が一致するように、かつ、各反射部材のパッドの主面からの距離が互いに異なるように配置された反射部材（第二の反射部材）である。そのため、第一のパッド２４００に超音波プローブが配置された場合と、第二のパッド２４１０に超音波プローブが配置された場合とで、主面１５と平行に配置された第二の反射部材までの距離が異なっている。図２５に各パッドの側面図を示す。第一の反射部材２４０１及び２４１１において、主面からの距離を比較することにより、パッド２４００又はパッド２４１０のうちから超音波プローブが乗っているパッドを識別し、第二の反射部材２４０２及び２４１２の主面１５からの距離から、パッド上の超音波プローブの位置を識別することができる。

超音波診断装置は、この超音波診断用アダプタ５を用いて、いずれのパッドに超音波プローブが配置されているか、すなわち超音波プローブのｘ方向の位置を判断する。例えば反射部材検出部１００３で、Ｂモード画像上の反射部材２４０１及び反射部材２４１１の像を検出し、それぞれの反射部材の像の垂直方向位置を検出する。プローブ位置算出部１００５は、ｘ方向の超音波プローブの位置と、反射部材の像の垂直方向位置の関係を示すルックアップテーブルを有しており、このルックアップテーブルと反射部材の像の垂直方向位置を用いていずれのパッドに超音波プローブが位置しているかを認識することができる。この構成により、各Ｂモード画像が、超音波プローブがいずれのパッド上にあるときに取得されたものであるかを認識することが可能になる。

また、パッドの配置位置がｘ方向に進むにつれて、第一の反射部材の主面からの距離が単調減少もしくは単調増加することが好ましい。このパッドを用いることで、ルックアップテーブルを用いなくても得られたＢモード画像をｘ方向に適宜順番に並べ替えることが可能になる。

以上説明した通り、第二の反射部材２４０２及び２４１２からパッドを識別でき、第一の反射部材２４０１及び２４１１からパッド上の超音波プローブの位置を識別できるため、２枚のパッドを使った広い範囲でも、超音波プローブの位置を算出できる。

なお、上記説明では、超音波プローブの位置を反射部材の主面からの距離から算出するとしたが、第三の実施の形態と同様、同パッド内に配置された他方の反射部材との距離から算出してもよい。

また、上記説明では、パッドを２面にして説明したが、面数を増やしてもよい。

なお、第一の反射部材２４０１及び２４１１は、超音波プローブのｚ方向の位置を算出するために用いられ、パッドの主面に対して傾斜して配置されていればよい。

次に、第四の実施の形態の変形例１について説明する。第四の実施の形態の変形例１に係る超音波診断用アダプタ６を図２６に示す。

上述の説明では、各パッドの走査領域の両辺に反射部材を配置するとしたが、図２６に示す通り、反射部材を走査領域の１辺のみに配置させ、パッド間で反射部材の主面からの距離が重複しないようにしてもよい。走査領域の両辺に配置させる必要はない。

第四の実施の形態の変形例１でも、超音波診断用アダプタ６はパッドを２面以上有している。そして、各パッドに少なくとも１つ以上の、主面１５に対して傾斜する反射部材（第一の反射部材）が配置されている。ここで、実施の形態４の変形例では、反射部材の主面からの距離が、パッドごとに互いに重複しないことを特徴とする。図２７に第四の実施の形態の変形例１のパッドの側面図を示す。図２３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ異なるパッドの側面図を示す。図２３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、それぞれのパッドの反射部材の主面からの距離が互いに重複しないように配置される。超音波診断装置は、例えばパッドの端部における反射部材の位置とパッドのｘ方向の位置（すなわち超音波プローブのｘ方向の位置）との関係を示すルックアップテーブルを有し、超音波プローブのｘ方向の位置情報をＢモード画像に付加することが可能になる。

なお、パッドの端部における反射部材の位置を、パッドの位置がｘ方向に増加するにつれて単調減少、もしくは単調増加するように変化させることが好ましい。この構成によると、ルックアップテーブルを使用しなくても、取得されたＢモード画像をｘ方向に適宜並べ替えることが可能になる。

なお、図２７では、各パッドに配置された第一の反射部材２６０１及び２６１１が、主面に対して同じ角度で傾いている実施の形態を図示したが、これらの傾きは同一でなくてもよい。

次に、第四の実施の形態の変形例２について説明する。

第四の実施の形態の変形例２として、各パッドに配置された第一の反射部材の傾きをパッドによって変化させ、その傾きの値を利用して、超音波プローブがいずれのパッド上に位置したときに取得されたＢモード画像であるかを判断してもよい。例えば、パッドの配置位置がｘ方向に増加するにつれて、反射部材の傾きを単調増加、もしくは単調減少させてもよい。その上で、超音波診断装置の反射部材検出部１００３で、一連のＢモード画像の反射部材の垂直方向位置から反射部材の傾きを算出し傾き情報を付加した上で断層画像メモリにＢモード画像を格納する。３次元画像形成部１００７では、ｚ方向にＢモード画像を配列して３次元画像を生成すると共に、生成された３次元画像を、傾き情報を元にｘ方向に配列する。

この構成により、Ｂモード画像をより正確に配置して３次元画像を生成することが可能になると共に、さらに３次元画像を超音波プローブの走査方向と垂直な方向（ｘ方向）に適切に配列することが可能になる。

次に、第四の実施の形態の変形例３について説明する。

第四の実施例の変形例３として、超音波診断用アダプタがパッドを２面以上有し、それぞれのパッドにおいて、パッドに対する第一の反射部材の主面側から見た相対位置が、パッド毎に異なるようにしてもよい。

図２８に本実施の形態の変形例３の超音波診断用アダプタ７の一例を示す。図２８の（ａ）に上面図を、（ｂ）に斜視図を示す。図２８において、第一の反射部材２８０１を内部に有するパッド２８００と、第一の反射部材２８１１を内部に有するパッド２８１０がある。それぞれのパッドにおいて、パッドに対する第一の反射部材の主面側から見た相対位置が、パッドごとに異なるように配置されている。すなわち、図２８の（ａ）の上面図において、反射部材２８０１はパッド２８００の左端に配置され、反射部材２８１１はパッド２８１０の右端に配置されている。

このようにすると、Ｂモード画像上において、反射部材２８０１及び２８１１の像の反射部材検出領域が異なる。よって、パッド毎に反射部検出領域が重複しないようにしておけば、反射部材の像が検出される領域に基づいて、超音波プローブが走査しているパッドを検出することができる。さらに、反射部材２３１１及び反射部材２３２１の主面からの距離から、パッド上の超音波プローブの位置を検出することができる。

この構成により、予めパッド毎に反射部検出領域が重複しないようにしておけば、主面側から見た相対位置からパッドを検出すると同時に、それぞれの反射部材の主面からの距離から超音波プローブの位置を検出することができる。

（第五の実施の形態）
本実施の形態では、パッドの別の様態、及び超音波診断装置の別の様態について説明する。

図２９に本実施の形態の超音波診断用アダプタ８の上面図を示す。超音波プローブ中の圧電素子（超音波振動子）は図２９のｘ方向に、１列又は複数列に並んで配列されており、超音波プローブはｚ方向に移動される。図示していないが、超音波プローブをｚ方向に略直線状に動かすことができるよう、ガイドレール等の走査補助機構が配置されている。

超音波診断用アダプタ８は、パッドと、パッドの内部に配置された反射部材２９０１を有している。反射部材２９０１はパッドと音響インピーダンスが異なる材料で構成されている。反射部材２９０１は、主面１５上の位置によって主面１５側から見た幅が異なることを特徴としている。すなわち、反射部材２４０１は主面１５側から見たときに、所定の方向に沿って反射部材の幅が徐々に変化する形状を有している。具体的には、図２９では、ｚ方向に進むにしたがって、反射部材の幅が徐々に増加するようになっている。よって、超音波プローブの移動に伴って反射部材２４０１のｘ方向の幅が変化する。そこで、反射部材２９０１の形状を用いて超音波プローブの位置をより正確に算出することが可能になる。

なお、反射部材２９０１の像の垂直方向位置、すなわち主面１５からの距離は一定であってよいし、第一から第四の実施の形態と同様に位置によって異なっていてもよい。

次に、この反射部材２９０１を用いた位置検出方法、及び反射部材２９０１を用いて位置を検出する超音波診断装置について述べる。

超音波診断装置の構成は、前述した図１０と同様の構成であるため説明を省略する。ただし、反射部材検出部１００３の出力であるＤ１０１３が、反射部材の像の位置ではなく反射部材の像の幅を算出してプローブ位置算出部に送信する点で、実施の形態１〜４とは異なっている。

図３０を用いて反射部材２９０１を用いた超音波プローブの位置算出方法を説明する。図３０におけるステップＳ３００３は図１１におけるステップＳ１１０３と内容が異なる。その他のステップＳ３００１、Ｓ３００２、Ｓ３００４及びＳ３００５は、それぞれ、図１１におけるステップＳ１１０１、Ｓ１１０２、Ｓ１１０４及びＳ１１０５と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ３００１及びＳ３００２により、超音波送受信部１００１がエコーを受信し、断層画像形成部１００２がＢモード画像を生成する。図３１に形成されたＢモード画像を示す。ここで、反射部材２９０１は超音波プローブの走査方向によって幅が徐々に変化する形状であるため、超音波プローブの位置によって、Ｂモード画像中に表示される反射部材の像の幅３１０３は変化する。

ステップＳ３００３では、反射部材２９０１の像の幅３１０３を例えばエッジ検出等により検出する。超音波診断装置は、反射部材の像の幅と超音波プローブの位置とが一対一に関連付けられたルックアップテーブルを有しており、テーブルを用いて反射部材の像の幅から超音波プローブの位置を算出する。そして超音波プローブの位置を元に、画像を適切に配列し、３次元画像を生成する。

この形態によれば、パッドの内部において反射部材を傾斜させて配置する必要がなく、主面と平行に配置すればよいため、パッドの厚さを小さくすることができる。その結果、Ｂモード画像上で被検体の像が表示される領域を広げることができる。

なお、ルックアップテーブルが更新可能である点、Ｂモード画像から不要領域を削除するステップＳ３００４が必須ではない点、及び、超音波プローブの位置を算出した上で画像を配列するのではなく、各画像に表示される反射部材の像の幅３１０３が単調増加又は減少するように直接３次元画像を形成してもよい点など、第二、第三及び第四の実施の形態との共通点については省略する。

（第六の実施の形態）
本実施の形態では、パッドを構成する物質の別の様態について説明する。本実施の形態では、反射部材と主面との間の部分を、パッドの他の部分よりも音速が遅い材料で構成する。このようにすると、超音波プローブが超音波を送信してからエコーを受信するまでに要する時間を長くすることができ、パッドの厚さを小さくすることができ、結果的にＢモード画像内の被検体領域を大きくすることができる。

図３２に、時刻０において超音波プローブが超音波を送信するときの、その反射波（エコー）を受信する時刻（横軸）と、その時刻におけるエコーの音圧（縦軸）の関係を示す。（ａ）に反射部材と主面との間の部分を他の部分と同等の音速の物質で構成する場合を示し、（ｂ）に反射部材と主面との間の部分を他の部分よりも音速の遅い物質で構成する場合を示す。この関係から、反射部材と主面との間の部分を他の部分よりも音速の遅い材料で構成した方がエコーを受信するまでの時間を長くすることができることがわかる。

パッドの厚さを小さくするには反射部材を主面に近い位置に配置するとよいが、その場合、超音波プローブが超音波を送信してからエコーを受信するまでに要する時間が短くなる。正確にエコーを受信するために超音波プローブのサンプリング周波数を上げる必要があるが超音波診断装置のハードウェア性能の向上が必要でありコストの向上につながる。そこで、反射部材と主面との間の部分の物質を、より音速の遅い材料を使用するようにすると、超音波プローブが超音波を送信してからエコーを受信するまでに要する時間を長くすることができる。

図３３に、本実施の形態に係る超音波診断用アダプタ９を示す。図３３の（ａ）に斜視図を、（ｂ）に側面図を、（ｃ）に反射部材の延設方向に直交する面における断面図を示す。パッド３３００の内部に第一の反射部材３３０１が配置されている。また、第一の反射部材３３０１と主面１５との間の部分の物質は、パッドの他の部分の物質よりも音速の遅い材料３３０２で構成されている。このようにすると、超音波プローブが超音波を送信してからエコーを受信するまでに要する時間を長くすることができる。

このようにすると、超音波プローブのサンプリング周波数を上げずに、反射部材を主面に近い位置に配置することができ、パッドの厚さを小さくすることができ、結果的にＢモード画像内の被検体領域を大きくすることができる。

なお、反射部材と裏面との間の材料は、反射部材と同じ材料でもよいし、パッドの他の部分の物質と同じ材料でもよいし、パッドの他の部分の物質よりも音速の遅い材料でもよい。

以上、本発明の実装方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

なお、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。上記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。上記マイクロプロセッサが、上記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

また、上記の各装置を構成する構成要素の各部は、個別に１チップ化されていてもよいし、一部またはすべてを含むように１チップ化されていてもよい。

また、ここでは、システムＬＳＩと呼称したが、集積度の違いにより、ＩＣ、ＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限られるものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて構成要素の集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

本発明は、超音波診断用アダプタ及び超音波診断装置として、特に、広範囲の生体内情報を３次元化できる超音波診断用アダプタ及び超音波診断装置として、例えば、病変存在診断や他モダリティとの比較等で利用できる。特に、大掛かりな装置を必要とせず、コンパクトであるため、携帯性に優れ、出張診断等で有用である。

１、２、３、４、５、６、７、８、９ 超音波診断用アダプタ
１１ スライダ
１２ ガイドレール
１３ 超音波プローブ
１４ パッド
１５ 主面
１６ 裏面
１７ 走査領域
１４１ 反射部材
１００１ 超音波送受信部
１００２ 断層画像形成部
１００３ 反射部材検出部
１００４ 不要領域削除部
１００５ プローブ位置算出部
１００６ 断層画像メモリ部
１００７ 次元画像形成部
１００８ 表示部

Claims (26)

1. 超音波を送受信する超音波プローブを用いて被検体を診断する際に、前記超音波プローブと前記被検体との間に介在して用いられる超音波診断用アダプタであって、
   前記超音波プローブが配置される側の面である主面と、前記主面と対向する面であって前記被検体が配置される側の面である裏面とを有するパッドと、
   前記パッドの内部に延設され、前記パッドを構成する材料とは音響インピーダンスが異なる材料からなる第一の反射部材と、
   前記第一の反射部材の延設方向に沿って前記パッドの内部に延設されており、前記パッドを構成する材料と音響インピーダンスが異なる材料からなる第二の反射部材とを備え、
   前記パッドは、当該パッドに対して超音波プローブをスライドさせる走査領域を前記主面上に有し、
   前記第一の反射部材は、前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方が、前記主面上の位置に応じて変化するように配置されており、
   前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とは、延設方向における前記主面からの距離の変化度合いを示す傾斜角度が互いに異なるように配置されている
   超音波診断用アダプタ。
2. 前記第１の反射部材は、前記走査領域の端部において前記走査領域の延伸する一辺に沿って延設され、
   前記第２の反射部材は、前記走査領域の端部であって前記第１の反射部材が延伸する一辺と対向する辺側に沿設される
   請求項１に記載の超音波診断用アダプタ。
3. 前記走査領域は、前記主面において正方形若しくは長方形である
   請求項１又は２に記載の超音波診断用アダプタ。
4. 前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とは、前記第一の反射部材の延設方向に直交する断面によって複数の部分に分けられ、
   前記第一の反射部材の各部分は、前記主面からの距離が延設方向で変化するように配置されており、
   前記第一の反射部材の複数の部分は、前記主面との相対的な位置関係が互いに一致するように配置されており、
   前記第二の反射部材の各部分は、前記主面からの距離が延設方向で変化しないように配置されており、
   前記第二の反射部材の複数の部分は、前記主面からの距離が互いに異なるように配置されている
   請求項１に記載の超音波診断用アダプタ。
5. 前記超音波診断用アダプタは、各々が前記パッドと前記第一の反射部材と前記第二の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、
   前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第一の反射部材の各々は、延設方向において前記主面からの距離が変化するように配置されており、
   前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第二の反射部材の各々は、延設方向において前記主面からの距離が変化しないように配置されており、
   前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第二の反射部材は、延設方向において前記主面からの距離が互いに異なるように配置されている
   請求項１に記載の超音波診断用アダプタ。
6. 前記超音波診断用アダプタは、各々が、前記パッドと前記第一の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、
   前記複数のパッドセットに含まれる複数の前記第一の反射部材は、前記主面からの距離が互いに同一とならないように配置されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
7. 前記超音波診断用アダプタは、各々が、前記パッドと前記第一の反射部材とを含む複数のパッドセットを備え、
   前記パッドに対する前記第一の反射部材の前記主面側から見た相対位置が前記パッドセット毎に異なる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
8. 前記超音波診断用アダプタは、さらに、
   前記第一の反射部材の延設方向に沿って配置された第一のガイドレールと、
   前記超音波プローブを保持し、前記第一のガイドレールに沿って移動するスライダとを備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
9. 前記超音波診断用アダプタは、さらに、
   前記第一の反射部材の延設方向及び前記第二の反射部材の各々の延設方向に沿って配置された２本のガイドレールと、
   前記超音波プローブを保持し、前記２本のガイドレールの間に保持されて移動するスライダとを備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
10. 前記パッドは、前記主面側から見た場合に前記２本のガイドレールの間に配置され、
    前記主面と直交する方向において、前記２本のガイドレールの各々の厚さは、前記パッドの厚さよりも大きい
    請求項９に記載の超音波診断用アダプタ。
11. 前記第一の反射部材は、前記パッドの裏面と離れて配置されている
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
12. 前記パッドは、主面側に位置する第一のパッド部と、前記裏面側に位置する第二のパッド部とを有し、
    前記第一の反射部材は、前記第一のパッド部の内部に配置されている
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
13. 前記第二のパッド部は、前記第一のパッド部よりも、弾性率が低い材料により構成されている
    請求項１２に記載の超音波診断用アダプタ。
14. 前記パッドは、音速が１４５０（ｍ／ｓ）以上、１５８５（ｍ／ｓ）以下、平均１５３０（ｍ／ｓ）である材料により構成される
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
15. 前記パッドの部分であって前記第一の反射部材と前記主面との間の部分は、前記パッドの内部の他の部分よりも音速が遅い材料で構成される
    請求項１〜１４のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタ。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタと、
    超音波を送受信する超音波プローブと、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記第一の反射部材からの反射波の信号を検出する反射部材検出部と、
    前記反射部材検出部により検出された信号から、前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面から見た幅とのうちの少なくとも一方に基づいて前記超音波プローブの位置を検出するプローブ位置算出部と
    を備える超音波診断装置。
17. 前記プローブ位置算出部は、前記第一の反射部材と前記第二の反射部材の前記主面からの距離が対応付けられているルックアップテーブル又は関係式と、前記第一の反射部材及び前記第二の反射部材の前記主面からの距離とに基づいて前記超音波プローブの位置を算出する
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
18. 前記反射部材検出部は、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅が所定の閾値以上である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
19. 前記反射部材検出部は、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅が最大である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
20. 前記反射部材検出部は、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅の微分値が所定の閾値以上である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
21. 前記反射部材検出部は、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記パッドの内部に対応する信号であって、振幅の微分値が最大である信号を前記第一の反射部材からの信号として検出する
    請求項１６に記載の超音波診断装置。
22. 前記プローブ位置算出部は、
    前記反射部材検出部により検出された前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方に対する前記超音波プローブの位置の関係を示す関係式に従って、前記反射部材検出部により検出された前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方に基づいて前記超音波プローブの位置を算出する
    請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
23. 前記プローブ位置算出部は、
    超音波プローブが第一の所定の位置に配置されてから、第一の所定の位置とは異なる第二の所定の位置へ移動されるまでの間に検出される、前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面側から見た幅とのうちの少なくとも一方を利用して、前記関係式を較正する
    請求項２２に記載の超音波診断装置。
24. 前記プローブ位置算出部は、さらに、
    経時的に得られる前記第一の反射部材の位置を検出し前記超音波プローブの位置の移動量を算出する
    請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
25. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の超音波診断用アダプタと超音波プローブとを用いて被検体を測定する方法であって、
    前記超音波プローブが受信した信号の中から、前記第一の反射部材からの反射波の信号を検出する反射部材検出ステップと、
    前記反射部材検出ステップにおいて検出された前記第一の反射部材からの反射波の信号から、前記第一の反射部材の前記主面からの距離と前記主面から見た幅とのうちの少なくとも一方に基づいて前記超音波プローブの位置を検出するプローブ位置算出ステップと
    を含む超音波測定方法。
26. 請求項２５に記載の超音波測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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