JP6190374B2 - 軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置、および軟組織軟骨境界面検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、軟骨と軟組織との境界面を、外部からの超音波で検出する軟組織軟骨境界検出方法に関する。

従来、軟骨の状態を診断するための情報を生成する装置が、各種考案されている。例えば、特許文献１の超音波診断装置では、超音波を送受波するプローブを、膝の表面に当接させ、当該プローブで得た膝内部からのエコー信号で、軟骨の状態を診断している。すなわち、特許文献１の超音波診断装置は、非侵襲で軟骨の状態を診断している。そして、特許文献１の超音波診断装置では、深度方向のエコー信号のレベル（強度）の差から、軟骨を検出している。

特開２０１０−３０５号公報

しかしながら、特許文献１の装置および方法では、軟組織（筋肉や皮膚）のエコー信号レベルと軟骨のエコー信号レベルとの差から、軟骨表面を検出している。したがって、軟組織と軟骨とで、エコー信号のレベルに差が無ければ、軟骨表面を正確に検出することができない。そして、概ね従来の超音波信号では、軟組織と軟骨表面との間で、エコー信号レベルに大きな差が無い。このため、従来の方法では、軟骨表面を正確に検出することができない。

本発明の目的は、非侵襲で軟組織と軟骨の境界面を正確に検出できる軟組織軟骨境界面検出装置を提供することにある。

この発明は、軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出方法に関するものであり、次の特徴を有する。この軟組織軟骨境界面検出方法では、第１の状態で被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第１のエコー信号を出力する第１のエコー信号送受信工程と、第１の状態とは軟組織と軟骨との位置関係が異なる第２の状態で、被検知体の表面に当接され、超音波信号を被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第２のエコー信号を出力する第２のエコー信号送受信工程と、第１のエコー信号と第２のエコー信号に基づいて軟組織と軟骨の境界面を検出する境界面検出工程と、を含む。

この方法では、軟骨と軟組織との位置関係が異なる２つの状態で受信したエコー信号は波形が異なることを利用している。２つの状態での波形の変化を検出することで、軟骨と軟組織とを判別可能であり、この判別結果から、軟骨と軟組織の境界面を検出することができる。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の境界面検出工程は、第１のエコー信号と第２のエコー信号の最も波形が類似する類似領域を検出する類似領域検出工程と、類似領域から境界面を特定する境界面特定工程と、を含む。

この方法では、境界面検出工程の具体的な工程例を示しており、第１の状態と第２の状態で波形が類似する類似領域の第１の状態から第２の状態への位置変化から軟組織と軟骨の境界面を検出している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の類似領域検出工程は、第１のエコー信号の波形と第２のエコー信号の波形の相関係数に基づいて類似領域を検出する。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の類似領域検出工程は、第１のエコー信号の波形と第２のエコー信号の波形から領域毎のノルムを算出し、当該ノルムに基づいて類似領域を検出する。

これらの方法では、類似領域の具体的な検出方法例を示している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、類似領域検出工程におけるノルムは、第１のエコー信号と第２のエコー信号の各深度位置における信号レベルの差の絶対値の総和に基づいて算出される。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、類似領域検出工程におけるノルムは、第１のエコー信号と第２のエコー信号の各深度位置における信号レベルの差の二乗値の総和に基づいて算出される。

これらの方法では、ノルムの具体的な算出方法について示している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１のエコー信号の波形と第２のエコー信号の波形は、サンプリングされたエコーデータを用いる。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１のエコー信号の波形と第２のエコー信号の波形は、サンプリングされたエコーデータのエンベロープである。

これらの方法では、第１、第２のエコー信号の具体的な波形の取得方法を示している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の境界面特定工程は、超音波信号を送受信する位置に対する類似領域の位置変化が異なる２つの領域の境界を、軟組織と軟骨の境界面として検出する。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の境界面特定工程は、超音波信号を送受信する位置が第１のエコー信号の受信状態と第２のエコー信号の受信状態とで変化する変化態様と同じ変化態様の領域を軟組織と判断し、異なる変化態様の領域を軟骨と判断して、軟組織と判断した領域と軟骨と判断した領域との境界を、軟組織と軟骨の境界面とする。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の境界面特定工程は、超音波信号を送受信する位置が第１のエコー信号の受信状態と第２のエコー信号の受信状態とで軟骨下骨の変化態様と同じ変化態様の領域を軟骨と判断し、異なる変化態様の領域を軟組織と判断して、軟組織と判断した領域と軟骨と判断した領域との境界を、軟組織と軟骨の境界面とする。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の境界面特定工程は、第１のエコー信号の受信状態から第２のエコー信号の受信状態に遷移する時の各領域の類似領域の移動方向および移動量からなる移動ベクトルを検出し、移動ベクトルの変化する境界を軟組織と軟骨の境界面とする。

これらの方法では、具体的な軟組織軟骨境界面の検出方法を示している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の類似領域検出工程は、第１のエコー信号に注目領域を設定し、第２のエコー信号に比較対象領域を設定し、注目領域の第１のエコー信号に対して最も波形が類似する第２のエコー信号による比較対象領域を検出する。

この方法では、具体的な類似領域の検出方法について示している。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法の類似領域検出工程は、第２のエコー信号に対して注目領域を基準にして該注目領域よりも広い範囲を探索領域として設定し、該探索領域内に比較対象領域を設定する。

この方法では、さらに具体的な類似領域の検出方法について示している。そして、この方法では、比較対象領域の設定範囲を、注目領域の位置に基づいて効果的に制限することができる。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、注目領域は、複数のエコー信号に亘る領域で設定されている。

この方法では、走査方向にエコーデータ数を増加させることができる。これにより、類似領域を、さらに高精度に検出することができる。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１の状態と第２の状態で送受信する位置が異なる。また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１の状態と第２の状態で送受信される被検知体の状態が異なる。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１のエコー信号と第２のエコー信号とは、第１の状態と第２の状態の走査領域の一部が重なるように設定されている。

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、第１のエコー信号と第２のエコー信号とは、第１の状態から第２の状態への走査方向において一部の領域が重なるように設定されている。

この発明によれば、膝等の被検知体の外部から超音波信号を送信し、そのエコー信号を被検知体の外部で受診しながら、軟骨表面を正確に検出することができる。これにより、軟骨からのエコーを正確に検出することができ、軟骨の診断に効果的に利用することができる。

本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の振動子１００の被検知体に対する設置態様を示す図である。 本実施形態に係る軟骨表面の検出概念を説明するための図である。 第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでの各エコー信号の波形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出処理のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る第１状態のエコーデータ群と第２状態のエコーデータ群との相関処理と相関係数に基づく軟骨表面の判別処理のフローチャートである。 相関処理する第１エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１の選択方法および探索範囲Ｚ_Ｒ１の決定方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ１１の波形図である。 相関処理する第２エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２の選択方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２の波形図である。 第１エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１の取得方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ２１の波形図である。 第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでの注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２との位置関係の変化と、相関係数との関係の一例を示す図である。 軟組織と軟骨とを判別する概念を示す波形図である。 複数スイープのエコーデータに亘って注目領域を設定する概念を説明するための第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１〜ＳＷＴ１５の波形図である。 エコー信号のエンベロープを用いた軟組織軟骨境界検出処理のフローチャートである。 エンベロープを用いた軟組織軟骨境界検出の概念を説明するための波形図である。 軟骨下骨を基準にした軟組織軟骨境界検出処理のフローチャートである。 移動ベクトルの定義を説明するための図である。 軟骨下骨を基準にした軟組織軟骨境界検出の概念を説明するための波形図である。 移動ベクトルの分布状態を示す図である。 振動子を移動させるメカニカルスキャンによる検出構成を示す図である。

本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出方法および軟組織軟骨境界検出装置について、図を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の振動子１００の被検知体に対する設置態様を示す図であり、図２（Ａ）は第１状態（ｔ＝Ｔ１）の場合を示し、図２（Ｂ）は第２状態（ｔ＝Ｔ２）の場合を示す。なお、以下の説明では、プローブ１００を移動させる例を示したが、被検知体を動かす場合にも、以下の方法や構成を適用できる。例えば、被検知体である膝にプローブ１００を当接して固定し、膝を屈伸させるような場合であっても、適用できる。すなわち、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とにおいて、軟組織と軟骨との位置関係が変化するような方法および構成であれば適用できる。

図３は、本実施形態に係る軟組織軟骨境界面の検出概念を説明するための図であり、図３（Ａ）は第１状態［Ｔ１］（ｔ＝Ｔ１）を示し、図３（Ｂ）は第２状態［Ｔ２］（ｔ＝Ｔ２）を示す。図３は、超音波信号が送信される領域およびその近傍領域の表面を平坦な平面に置き換えて見たものである。

軟組織軟骨境界面検出装置１０は、操作部１１、送信制御部１２、エコー信号受信部１３、データ解析部１４、およびプローブ１００を備える。送信制御部１２、エコー信号受信部１３およびプローブ１００が、本発明の「送受信手段」に相当する。

操作部１１は、ユーザの操作入力を受け付ける。例えば、操作部１１は、複数の操作子（図示せず）を備え、操作子に対するユーザの操作から、軟骨表面を検出する処理の実行開始を送信制御部１２へ指示する。

送信制御部１２は、超音波の周波数からなる搬送波をパルス状に波形成形した超音波信号を生成する。送信制御部１２は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］のそれぞれで、超音波信号を生成する。

送信制御部１２は、超音波信号をプローブ１００へ出力する。プローブ１００は、送受波面に平行な方向へ配列された複数の振動子を備える（後述の図３参照）。この振動子の配列方向が走査方向となる。各振動子は、所定の送信ビーム角からなる超音波信号を、被検知体内に向けて送信する。各振動子は、所定の時間間隔で超音波信号を送信し、その反射エコー信号を受信する。

プローブ１００は、具体的には、図２に示すように、被検知体である膝の軟組織９０３の表面に、送受波面側の端面が当接するように配置される。ここで、図３に示すように、軟組織９０３とは、皮膚および筋肉を含む体内部分であり、軟骨９０１よりも被検知体の表面側に存在する部位である。軟骨９０１は、軟骨下骨９１１に付着しており、軟骨下骨９１１は、骨（海綿骨）９０２に結合した組織である。

図２（Ａ）に示すようにプローブ１００を軟組織９０３の表面に接触させながら、図２（Ｂ）に示すようにプローブ１００を表面に沿って移動させる。これにより、図２に示すように、軟組織９０３は、軟骨９０１の表面を滑りながら、プローブ１００に従って移動する。このプローブ１００を移動させる前の図２（Ａ）の状態が第１状態（ｔ＝Ｔ１）であり、プローブ１００を移動させた後の図２（Ｂ）の状態が第２状態（ｔ＝Ｔ２）である。この際、プローブ１００は振動子の配列方向（走査方向）に沿って移動させる。

各振動子は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ１］のそれぞれにおいて、超音波信号を被検知体内に向けて送信する。この際、プローブ１００の各振動子は、軟組織９０３の表面に対して直交する方向が送信ビームの中心軸の方向となるように、超音波信号を送信する。

プローブ１００の各振動子は、超音波信号が被検知体内の軟組織９０３や軟骨９０２で反射したエコー信号を受信し、エコー信号受信部１３へ出力する。プローブ１００は、第１状態［Ｔ１］において各振動子で得られたエコー信号からなる第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］と、第２状態［Ｔ２］において各振動子で得られたエコー信号から第２エコー信号群ＳＷ［Ｔ２］を、それぞれエコー信号受信部１３へ出力する。

エコー信号受信部１３は、各エコー信号に対して所定の増幅処理を行い、データ解析部１４へ出力する。エコー信号受信部１３は、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］の各エコー信号と、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］の各エコー信号を、個別に増幅処理して、データ解析部１４へ出力する。

データ解析部１４は、ＡＤ変換部１４１、記憶部１４２、判定部１４３を備える。ＡＤ変換部１４１は、エコー信号を所定の時間間隔でサンプリングすることで、離散データ化する。この離散データ化されたエコー信号がエコーデータとなる。これにより、深度方向に所定間隔でデータサンプリングされたエコーデータを得ることができる。ＡＤ変換部１４１は、エコーデータを記憶部１４２へ出力する。

記憶部１４２は、第１状態で得られた複数のエコーデータと、第２状態で得られた複数のエコーデータとを記憶する容量を備える。記憶部１４２は、ＡＤ変換部１４１から出力された各エコーデータを記憶する。

判定部１４３は、具体的な処理は後述するが、第１状態［Ｔ１］の各注目領域の波形（スイープのエコーデータ列）と、第２状態の各比較対象領域の波形（スイープのエコーデータ列）とを比較する。判定部１４３は、この比較結果に基づいて、選択した注目領域が、第２状態のどの位置の比較対象領域に対応するかを検出する。

判定部１４３は、第１状態［Ｔ１］の注目領域に対して最も類似する第２状態［Ｔ２］の比較対象領域を検出する。判定部１４３は、当該波形が最も類似する領域（もしくは当該領域の代表位置）が第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］でどのように変位したか（変位しなかったか）を検出する。判定部１４３は、この領域の位置の変位傾向の違いから、軟組織の領域と軟骨の領域とを判別し、軟骨９０１の表面位置、すなわち軟組織９０３と軟骨９０１との境界面を検出する。

なお、軟骨９０１の表面（軟組織９０３と軟骨９０１との境界面）が検出されると、図示しない軟骨診断用情報生成部は、軟骨９０１部分エコーデータに基づいて、軟骨変性の診断に利用可能な情報を生成する。具体的には、軟骨診断用情報生成部は、軟骨表面付近のエコーデータと軟骨下骨のエコーデータとの組を、異なる複数の時期に取得する。軟骨診断用情報生成部は、これらのエコーデータの組の組成の時期間における遷移から、軟骨表面の変性に起因する変化量を検出するなどしてもよい。軟骨診断用情報生成部は、この検出結果を、軟骨変性の診断に利用可能な情報として出力する。

次に、データ解析部１４で実行される、より具体的な軟組織軟骨境界面の検出方法について、図３を参照して説明する。なお、説明を簡単にするために、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］との間でのプローブ１００（各振動子）の移動距離Δｘは、振動子の配置間隔に一致したものとして説明する。

まず、第１状態［Ｔ１］として、例えば、被検知体である膝を第１の角度で曲げた状態で、プローブ１００を膝の表面に当接させる。言い換えれば、プローブ１００を軟組織９０３の表面に当接させる。これは、図３（Ａ）の状態である。

所定間隔を空けてプローブ１００に配置された各振動子は、それぞれ軟組織９０３の表面に平行な方向（送受波面に平行な走査方向）へ超音波信号を送信する。図３の例であれば、プローブ１００には、五個の振動子が走査方向に沿って等間隔で配置されており、図３（Ａ）に示すように、それぞれの位置に配置された各振動子は、軟組織９０３の表面に直交する方向へ超音波信号を送信する。この各配置位置の超音波信号が軟組織９０３や軟骨９０１、軟骨下骨９１１の各深度位置で反射および散乱することで、走査方向に所定間隔をおいた各位置（走査方向位置）のエコー信号ＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５が得られる。各振動子は、それぞれにエコー信号を受信する。この各振動子で得られたエコー信号ＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５のエコー信号群が第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］となる。

次に、プローブ１００を軟組織９０３に当接させたままの状態で、プローブ１００を軟組織９０３の表面に平行な方向で且つ走査方向に平行な方向へ、距離Δｘだけ移動させる。この状態が第２状態［Ｔ２］であり、図３（Ｂ）の状態である。この時、軟組織９０３は、プローブ１００の移動に追随して移動する。したがって、プローブ１００の送受波面と軟組織９０３の走査方向の各位置との相対的な位置関係は、プローブ１００の移動に応じることなく変化しない。一方、軟骨９０１は、軟骨下骨９１１を介して骨９０２に固着しているので、プローブ１００の移動があっても移動しない。したがって、プローブ１００の送受波面と軟骨９０１の走査方向の各位置との相対的な位置関係は、プローブ１００の移動に応じて変化する。

第２状態になった後、図３（Ｂ）に示すように、プローブ１００の各振動子から、軟組織９０３の表面に平行な方向（送受波面に平行な走査方向）へ超音波信号を送信する。この各走査位置の超音波信号が軟組織９０３や軟骨９０１、軟骨下骨９１１の各深度位置で反射および散乱することで、走査方向に所定間隔をおいた各位置のエコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５が得られる。各振動子は、それぞれにエコー信号を受信する。この各振動子で得られたエコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５のエコー信号群が第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］となる。

このように、プローブ１００の移動前に、複数のエコー信号ＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５からなる第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］を取得する。そして、プローブ１００の移動後に、複数のエコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５からなる第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］を取得する。

図４は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでの各エコー信号の波形例を示す図である。なお、図４では本願発明の特徴を分かりやすく図示するために、プローブ１００が移動した距離Δｘと、各振動子の間隔、すなわち走査位置の間隔が等しいものとしている。また、以下では、この条件において軟組織軟骨境界面の検出の説明を行う。

（ｉ）軟組織９０３ 上述のように、プローブ１００は軟組織９０３の表面に当接しており、軟組織９０３は軟骨９０１の表面に固定されていない。したがって、プローブ１００が距離Δｘだけ移動すると、軟組織９０３も、プローブ１００の移動に追随して、距離Δｘだけ移動する。

この場合、図４の第１状態［Ｔ１］の各エコー信号の波形および第２状態［Ｔ２］の各エコー信号の波形に示すように、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１の軟組織９０３の領域と、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２１の軟組織９０３の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。

同様に、エコー信号ＳＷＴ１２の軟組織９０３の領域とエコー信号ＳＷＴ２２の軟組織９０３の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。エコー信号ＳＷＴ１３の軟組織９０３の領域とエコー信号ＳＷＴ２３の軟組織９０３の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。エコー信号ＳＷＴ１４の軟組織９０３の領域とエコー信号ＳＷＴ２４の軟組織９０３の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。エコー信号ＳＷＴ１５の軟組織９０３の領域とエコー信号ＳＷＴ２５の軟組織９０３の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。

したがって、軟組織９０３内では、各走査位置のエコー信号は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、プローブ１００に対する走査方向に沿った位置が略一致する。

（ｉｉ）軟骨９０１ プローブ１００が移動しても、軟骨９０１は移動しない。したがって、プローブ１００が距離Δｘだけ移動すると、プローブ１００の各振動子の位置（各走査位置）と軟骨９０１の各位置との位置関係が、走査方向に沿って距離Δｘだけずれる。

この場合、図４の第１状態［Ｔ１］の各エコー信号の波形および第２状態［Ｔ２］の各エコー信号の波形に示すように、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１の軟骨９０１の領域と、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２１の軟骨９０１の領域とで、エコー信号の波形が一致せず、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２２の軟骨９０１の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。

同様に、エコー信号ＳＷＴ１２の軟骨９０１の領域とエコー信号ＳＷＴ２３の軟骨９０１の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。エコー信号ＳＷＴ１３の軟骨９０１の領域とエコー信号ＳＷＴ２４の軟骨９０１の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。エコー信号ＳＷＴ１４の軟骨９０１の領域とエコー信号ＳＷＴ２５の軟骨９０１の領域とで、エコー信号の波形が略一致する。

したがって、軟骨９０１内では、各走査位置のエコー信号は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、走査位置が振動子の配置間隔で一つ分ずれた状態で略一致する。

このように、軟組織９０３からのエコーデータと軟骨９０１からのエコーデータは、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで異なる挙動を示す。したがって、この挙動（第１状態と第２状態での注目点の相対位置の変化）を検出することで、軟組織９０３の領域と、軟骨９０１の領域を識別できる。そして、軟組織９０３と軟骨９０１との境界面である軟骨表面を検出することができる。

以上のように、本実施形態の構成を用いれば、非侵襲で、軟骨９０１の表面を正確に検出することができる。

次に、より具体的な軟骨表面の検出方法について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界面検出処理のフローチャートである。

まず、第１状態［Ｔ１］で送信制御を行い、第１エコーデータ群ＳＷ［Ｔ１］の各スイープ（例えば図４のＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５）のエコーデータを取得する（Ｓ１０１）。次に、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］へ状態遷移制御を行う（Ｓ１０２）。

次に、第２状態［Ｔ２］で送信制御を行い、第２エコーデータ群ＳＷ［Ｔ２］の各スイープ（例えば図４のＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５）のエコーデータを取得する（Ｓ１０３）。

次に、第１状態［Ｔ１］の第１エコーデータ群ＳＷ［Ｔ１］に対する注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１を抽出する。また、第２状態［Ｔ２］の第２エコーデータ群ＳＷ［Ｔ２］に対する比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２を抽出する。そして、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２とを相関処理して、相関係数を算出する。そして、深度方向と走査方向の二次元で定義される全領域の各領域に対して算出された相関係数から軟組織軟骨境界面を判別する（Ｓ１０４）。

次に、第１状態［Ｔ１］のエコーデータと第２状態［Ｔ２］のエコーデータとの相関処理、および、軟骨表面の判別処理について、図６から図１１を用いて、より詳細に説明する。図６は、本発明の実施形態に係る第１状態のエコーデータ群と第２状態のエコーデータ群との相関処理と相関係数に基づく軟組織軟骨境界面の判別処理のフローチャートである。

図７は、相関処理する第１エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１の選択方法および探索範囲Ｚ_Ｒ１の決定方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ１１の波形図である。図８は、相関処理する第２エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２の選択方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２の波形図である。図９は、第１エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１の取得方法を説明するためのエコー信号ＳＷＴ２１の波形図である。

まず、第１状態［Ｔ１］で取得した第１エコーデータ群ＳＷ［Ｔ１］に対して、注目領域Ｚ_Ｔ１を設定する（Ｓ４０１）。この場合、注目領域Ｚ_Ｔ１は、深度方向（時間方向）の長さで規定されている。具体的には、例えば、図７に示すように、各エコー信号ＳＷＴ１１〜ＳＷＴ１５によって決まる走査方向を深度方向とからなる二次元領域に対して、１本のエコー信号の深度方向（時間方向）に沿った所定の範囲を注目領域Ｚ_Ｔ１に設定する。次に、当該注目領域Ｚ_Ｔ１内に含まれるエコーデータを抽出し、エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１を生成する（Ｓ４０２）。これは、言い換えれば、注目領域Ｚ_Ｔ１で切り取られたエコー信号波形に相当する。

次に、第２状態［Ｔ２］で取得した第２エコーデータ群ＳＷ［Ｔ２］に対して、探索領域Ｚ_Ｒ１を設定する（Ｓ４０３）。探索領域Ｚ_Ｒ１は、注目領域Ｚ_Ｔ１の位置を基準として、注目領域Ｚ_Ｔ１よりも広い範囲のエコーデータを含むように決定される。

具体的には、第２状態［Ｔ２］においてプローブ１００に対して注目領域Ｚ_Ｔ１と同じ位置を、深度方向および走査方向の中心として、深度方向および走査方向の両方に所定範囲拡張した領域によって設定される。例えば、図７に示すように、深度方向において、エコー信号ＳＷＴ１２の深度位置Ａに注目領域Ｚ_Ｔ１の中心が設定されている場合、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２２の深度位置Ａに探索領域Ｚ_Ｒ１の中心を設定する。そして、注目領域の深度方向の長さよりも長い範囲を探索領域Ｚ_Ｒ１の深度方向の範囲に設定する。なお、深度位置Ａが浅い場合には、当該深度位置Ａを探索領域Ｚ_Ｒ１に対して深度の浅い側の距離は短くてもよい。

また、走査方向においてエコー信号ＳＷＴ１２に注目領域Ｚ_Ｔ１が設定されている場合、走査方向の中心がエコー信号ＳＷＴ２２となるように、エコー信号ＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３を含むように、探索領域Ｚ_Ｒ１の走査方向の範囲を設定する。

次に、第２状態［Ｔ２］で取得した第２エコーデータ群ＳＷ［Ｔ２］に対して、比較対象領域Ｚ_Ｔ２を設定する。この際、図７に示すように、比較対象領域Ｚ_Ｔ２は、１本のエコー信号を選択し、深度方向に所定長さの領域とする。比較対象領域Ｚ_Ｔ２の深度方向の長さは、注目領域Ｚ_Ｔ１の深度方向の長さと一致するように設定されている。

比較対象領域Ｚ_Ｔ２は、上述のように設定した探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に亘るように設定されている。このように設定された比較対象領域Ｚ_Ｔ２毎に、エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２を取得する（Ｓ４０４）。

具体的には、例えば、図８に示すように、エコー信号ＳＷＴ１２に注目領域Ｚ_Ｔ１が設定されている場合、エコー信号ＳＷＴ２１，２２，２３の探索領域Ｚ_Ｒ１の範囲内で、深度方向、走査方向に沿って、比較対象領域Ｚ_Ｔ２を順次変化させながら、比較対象領域Ｚ_Ｔ２毎に、エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２を取得する。

次に、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と、比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２とを相関処理して相関係数を算出し（Ｓ４０５）、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と、比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２との組合せに関連付けして相関係数を記憶する（Ｓ４０６）。

注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と、比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２との相関処理と相関係数の記憶は、比較対象領域Ｚ_Ｔ２の位置を順次変更させながら、探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に亘って行う。そして、比較対象領域Ｚ_Ｔ２毎の相関係数を記憶する。

このような一つの注目領域Ｚ_Ｔ１に対する相関係数の算出を、第１状態［Ｔ１］で取得した第１エコーデータ群ＳＷ［Ｔ１］の全域に対して行っていなければ（Ｓ４０７：Ｎｏ）、注目領域Ｚ_Ｔ１の位置を変化させながら、ステップＳ４０１からステップＳ４０６の処理を順次行う。全ての注目領域Ｚ_Ｔ１に対して相関係数の算出を行うと、次の処理に移行する（Ｓ４０７：ＹＥＳ）。

具体的には、例えば、図９に示すように、第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１に対して、プローブ１００の表面側から、注目領域Ｚ_Ｔ１を深度方向に順次シフトさせながら設定し、順次エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１１（１），Ｄｚ_Ｔ１１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ），Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ＋１），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎｎ）を取得する。なお、ここで示す、ｍ、ｎ、ｎｎはインデックスとなる変数ではなく、それぞれに大きさが異なり、１から昇順で続く途中の整数を示し、ｍ＜ｎ＜ｎｎである。

そして、各エコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１１（１），Ｄｚ_Ｔ１１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ），Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ＋１），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎｎ）毎に、探索領域Ｚ_Ｔ２を設定し、比較対象領域Ｚ_Ｔ２毎の相関係数を取得し、記憶する。

同様の処理を、第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５に対しても実行する。そして、第１状態［Ｔ１］の全てのエコー信号ＳＷＴ１１〜ＳＷＴ１５に対して、各注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と、第２状態［Ｔ２］の第２エコーデータ群ＳＷ［Ｔ２］における注目領域Ｚ_Ｔ１に対応した探索領域Ｚ_Ｒ１に分布した各比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２との相関処理を行い、相関係数を記憶する。

次に、注目領域Ｚ_Ｔ１毎に相関係数が最大となる比較対象領域Ｚ_Ｔ２を検出する（４０８）。これが最も類似する領域に相当する。そして、相関係数が最大となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２との組合せを記憶する。この処理は、全ての注目領域Ｚ_Ｔ１に対して実行される。

次に、この相関係数が最大となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２とのプローブ１００に対する相対位置が、変化しているかどうかを判定する（Ｓ４０９）。

上述のように、軟組織９０３はプローブ１００の移動に追随して移動するので、エコーデータ群が一致する領域のプローブ１００に対する相対位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］で変化しない。すなわち、注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２のプローブ１００に対する相対位置は、殆ど変化しない。

一方、軟骨９０１はプローブ１００の移動に追随しないので、エコーデータ群が一致する領域のプローブ１００に対する相対位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］で変化する。すなわち、注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２のプローブ１００に対する相対位置は、少なくとも走査方向に沿って変化する。

図１０は、第１状態［Ｔ１］の注目領域Ｚ_Ｔ１と第２状態［Ｔ２］の比較対象領域Ｚ_Ｔ２との位置関係の変化と、相関係数との関係の一例を示す図である。図１０では、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、走査方向に振動子の配置１つ分だけ位置がシフトした場合を示している。

図１０に示すように、軟組織９０３では、相関係数が最大となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２は、ともにエコー信号ＳＷＴ１２上に存在し、深度方向位置も一致する。すなわち、注目点の第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでプローブ１００に対する相対位置は変化しない。

また、図１０に示すように、軟骨９０１では、相関係数が最大となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２は、異なるエコー信号上に存在する。この場合では、注目領域Ｚ_Ｔ１がエコー信号ＳＷＴ１１上に存在し、比較対象領域Ｚ_Ｔ２がエコー信号ＳＷＴ１２上に存在する。

このような結果から、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］でプローブ１００に対する位置変化が無い領域を軟組織９０３の領域と判断し、変化が有る領域を軟骨９０１の領域として判断することができる。図１１は、軟組織と軟骨とを判別する概念を示す波形図である。

例えば、図１１に示すように、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２１では、Ｄｚ_Ｔ２１（１），Ｄｚ_Ｔ２１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ２１（ｍ）が、第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１のＤｚ_Ｔ１１（１），Ｄｚ_Ｔ１１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ）とそれぞれ相関係数が高く、同じ領域であると判断される。

同様に、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２２では、Ｄｚ_Ｔ２２（１），Ｄｚ_Ｔ２２（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ２２（ｍ）が、第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１２のＤｚ_Ｔ１２（１），Ｄｚ_Ｔ１２（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ１２（ｍ）とそれぞれ相関結果が高く、同じ領域であると判断される。

第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１のＤｚ_Ｔ１１（１），Ｄｚ_Ｔ１１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｍ）と、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２１のＤｚ_Ｔ２１（１），Ｄｚ_Ｔ２１（２），・・・，Ｄｚ_Ｔ２１（ｍ）は、プローブ１００に対する相対位置がそれぞれ同じである。すなわち、第１状態［Ｔ１］の注目領域Ｚ_Ｔ１と、該注目領域に類似すると判断された第２状態［Ｔ２］の比較対象領域Ｚ_Ｔ２とは、プローブ１００に対する相対位置が、第１状態と第２状態で変化せず同じである。したがって、これらの領域は、軟組織９０３と判断される。

一方、図１１に示すように、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２２では、Ｄｚ_Ｔ２２（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ２２（ｎｎ）が、第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１のＤｚ_Ｔ１１（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎｎ）とそれぞれ相関係数が高く、同じ領域であると判断される。

エコー信号ＳＷＴ１１のＤｚ_Ｔ１１（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ１１（ｎｎ）と、エコー信号ＳＷＴ２２のＤｚ_Ｔ２２（ｎ），・・・，Ｄｚ_Ｔ２２（ｎ）は、プローブ１００に対する相対位置がそれぞれ、第１状態から第２状態へ走査方向に隣り合う振動子の間隔分だけ移動している。すなわち、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、同じ領域と判断された注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２とは、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］への変化に伴って、プローブ１００に対する相対位置が変化している。したがって、これらの領域は、軟骨９０１と判断される。

そして、深度方向に沿って、軟組織９０３と判断された領域と、軟骨９０１と判断された領域とを判別する。そして、この境界を軟組織軟骨境界面と判別する（Ｓ４０９）。

なお、上述の説明では、注目領域および比較対象領域を一つのスイープのエコーデータ毎に設定する例を示したが、図１２に示すように、複数のスイープのエコーデータに亘るように注目領域Ｄｚ_Ｔ１Ｍを設定してもよい。図１２は、複数スイープのエコーデータに亘って注目領域を設定する概念を説明するための第１状態［Ｔ１］のエコー信号ＳＷＴ１１〜ＳＷＴ１５の波形図である。

図１２に示す例では、走査方向に並ぶ三本のスイープ（エコー信号）に亘る領域で注目領域Ｄｚ_Ｔ１Ｍを設定する場合を示している。なお、注目領域Ｄｚ_Ｔ１Ｍに含むスイープ数は三本に限るものでなく、二本であっても他の本数であってもよい。

この場合、第２状態［Ｔ２］の比較対象領域も、注目領域と同じスイープ数で構成されるように設定すればよい。

また、探索領域も、注目領域の拡大に応じて、拡大すればよい。例えば、注目領域が走査方向に３本のスイープ分であれば、探索領域を走査方向に５本のスイープ分等に設定すればよい。

このように、深度方向と走査方向に広がりを有するように注目領域および比較対象領域を設定することで、注目領域内のエコーデータ数を増加させることができる。また、深度方向と走査方向の二次元で注目領域および比較対象領域が設定されることで、深度方向の一次元の場合よりも測定バラツキの影響を受けにくい。これにより、さらに高精度に領域の同定を行うことができる。これにより、軟組織９０３の領域と軟骨９０１の領域とを、より正確に判別することができ、軟骨表面を正確に検出することができる。

また、上述の説明では、注目領域のエコーデータ群と比較対象領域のエコーデータ群との相関係数から軟組織および軟骨を判別する例を示した。しかしながら、第１状態［Ｔ１］の各スイープのエコー信号の波形と、第２状態［Ｔ２］の各スイープのエコー信号の波形との類似度を、別の方法で検出し、この類似度から軟組織および軟骨を判別してもよい。

具体的な一例としては、ノルムを用いる方法がある。ノルムＮｏｒｍは、次に示す式により定義することができる。

ここで、Ｄｄｚｔ１（ｉ）は、注目領域Ｚ_Ｔ１の深度方向位置ｉの点のエコーデータ値である。Ｄｄｚｔ２（ｉ）は、比較対象領域Ｚ_Ｔ２の深度方向位置ｉの点のエコーデータ値である。ｋは、注目領域Ｚ_Ｔ１および比較対象領域Ｚ_Ｔ２の分解能に相当し、注目領域Ｚ_Ｔ１および比較対象領域Ｚ_Ｔ２に含まれるエコーデータの総数を示す。ｎは適宜設定した定数である。

このように、ノルムＮｏｒｍは、注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２との振動方向の同一位置のエコーデータの差分の絶対値をｎ乗し、このｎ乗値を領域全体で加算して、１／ｎ乗した値である。したがって、注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２とが類似度が高いほどノルムＮｏｒｍは小さくなり、類似度が低いほどノルムＮｏｒｍは大きくなる。

これにより、注目領域Ｚ_Ｔ１に対して最もノルムが小さい比較対象領域Ｚ_Ｔ２を、当該注目領域Ｚ_Ｔ１に最も類似する比較対象領域Ｚ_Ｔ２として検出することができる。

このようなノルムを用いた方法として、次数が１次で、エンベロープの差から軟組織軟骨境界を検出する例を、次に示す。なお、用いる信号は、受信したエコーデータそのものであってもよい、受信したエコーデータに包絡検波処理を施して得られるエンベロープであってもよい。ここでは、エンベロープを用いる場合を例に示す。

図１３は、エコー信号のエンベロープの差を用いた軟組織軟骨境界面検出処理のフローチャートである。図１４は、エンベロープの差を用いた軟組織軟骨境界面検出の概念を説明するための波形図である。

ノルムを用いて類似度を評価する場合でも、注目領域Ｚ_Ｔ１、探索領域Ｚ_Ｒ１、および比較対象領域Ｚ_Ｔ２の設定方法は、相関係数を用いる場合と同じである。また、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１、および比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２の取得方法も同じである。すなわち、図１３に示すステップＳ５０１からステップＳ５０４は、図６に示したステップＳ４０１からステップＳ４０４と同じである。したがって、ステップＳ５０４までの処理の説明は省略する。

注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１、および比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２を取得すると、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１のエンベロープ（注目領域エンベロープ）と、比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２のエンベロープ（比較対象領域エンベロープ）とを検出する。そして、注目領域エンベロープと比較対象領域エンベロープとの差を算出する（Ｓ５０５）。ここで算出されるエンベロープの差とは、注目領域エンベロープと比較対象領域エンベロープとの差の絶対値を深度位置毎に取得し、加算したものである。これは、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータと比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータとに対する一次のノルムに相当する。

次に、算出されたエンベロープの差は、注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２との組合せに関連付けして記憶される（Ｓ５０６）。

注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１と、比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２とのエンベロープの差の記憶は、比較対象領域Ｚ_Ｔ２の位置を順次変更させながら、探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に亘って行う。そして、比較対象領域Ｚ_Ｔ２毎にエンベロープの差を記憶する。

このような一つの注目領域Ｚ_Ｔ１に対するエンベロープの差の算出を、第１状態［Ｔ１］で取得した第１エコーデータ群ＳＷ［Ｔ１］の全域に対して行っていなければ（Ｓ５０７：Ｎｏ）、注目領域Ｚ_Ｔ１の位置を変化させながら、ステップＳ５０１からステップＳ５０６の処理を順次行う。全ての注目領域Ｚ_Ｔ１に対してエンベロープの差の算出を行うと、次の処理に移行する（Ｓ５０７：ＹＥＳ）。

次に、注目領域Ｚ_Ｔ１毎にエンベロープの差が最小となる比較対象領域Ｚ_Ｔ２を検出する（Ｓ５０８）。そして、エンベロープの差が最小となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２との組合せを記憶する。この処理は、全ての注目領域Ｚ_Ｔ１に対して実行される。

次に、このエンベロープの差が最小となる注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２とのプローブ１００に対する相対位置が、変化しているかどうかを判定する。このプローブ１００に対する相対位置の変化による軟組織９０３と軟骨９０１との判別は、上述の相関係数を用いる方法のフローのステップＳ４０９と同じであり、相対位置が変化しない領域を軟組織９０３と判別し、相対位置が変化する領域を軟骨９０１と判別する（Ｓ５０９）。

このようにエンベロープの差を用いても、軟組織９０３と軟骨９０１とを判別でき、軟骨表面を検出することができる。

また、上述の各方法では、プローブ１００に対する各点の相対位置の違いから軟組織９０３と軟骨９０１を検出する例を示したが、軟骨下骨９１１を基準にして、軟組織９０３と軟骨９０１を検出することもできる。

図１５は、軟骨下骨を基準にした軟組織軟骨境界面検出処理のフローチャートである。

軟骨下骨を基準にした場合でも、注目領域Ｚ_Ｔ１、探索領域Ｚ_Ｒ１、および比較対象領域Ｚ_Ｔ２の設定方法は、プローブ基準を用いる場合と同じである。また、注目領域Ｚ_Ｔ１のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１、および比較対象領域Ｚ_Ｔ２のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２の取得方法も同じである。

第１状態［Ｔ１］のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ１から、第１状態［Ｔ１］での軟骨下骨のエコーデータを検出する（Ｓ６０１）。第２状態［Ｔ２］のエコーデータ群Ｄｚ_Ｔ２から、第２状態［Ｔ２］での軟骨下骨のエコーデータを検出する（Ｓ６０２）。

軟骨下骨の検出方法としては、例えば、深度方向に振幅の低い範囲が所定距離だけ連続した後に、所定閾値以上の振幅を有する範囲が検出された場合に、当該所定閾値以上の振幅を有する範囲を軟骨下骨と判断する。

次に、軟骨下骨の領域内において、例えば、相関係数もしくノルム（以下では代表して相関係数の場合を示す。）を用いて第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで類似する領域を検出する。そして、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］への軟骨下骨のエコーデータの移動ベクトル（移動方向、移動量）を検出する（Ｓ６０３）。

ここで、移動ベクトルとは、次のように定義することができる。図１６は移動ベクトルの定義を示す図である。なお、図１６では注目領域と比較対象領域を用いた場合を示す。移動ベクトルｖ_ｍは、互いに最も類似すると判断された注目領域の代表点と比較対象領域の代表点の位置から定義される。移動ベクトルｖ_ｍは、注目領域の代表点を始点として、比較対象領域の代表点を終点とするベクトルであり、移動方向と移動量とによって定義される。

具体的に、例えば、図１６の例では、注目領域の代表点は、エコー信号ＳＷＴ１１上すなわち走査方向位置Ｐ１で、所定の深度位置に存在する。また、比較対象領域の代表点は、エコー信号ＳＷＴ２２上すなわち走査方向位置Ｐ２で、所定の深度位置に存在する。注目領域の代表点の深度位置と比較対象領域の代表点の深度位置は、同じである。

この場合、移動ベクトルｖ_ｍは、走査方向を移動方向とし、走査位置Ｐ１，Ｐ２の間隔Δｘを移動量とするベクトルとなる。

次に、上述の相関結果が高い組合せの注目領域Ｚ_Ｔ１と比較対象領域Ｚ_Ｔ２において、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］への注目領域Ｚ_Ｔ１の移動ベクトル（移動方向、移動量）を検出する（Ｓ６０４）。

次に、軟骨下骨と同じ移動ベクトルの注目領域を軟骨と判別し、軟骨下骨と異なる移動ベクトルの注目領域を軟組織と判別する（Ｓ６０５）。

具体的には、次に示すように軟骨と軟組織を判別して、軟組織軟骨境界面を検出する。図１７は、軟骨下骨を基準にした軟組織軟骨境界面検出の概念を説明するための波形図である。

例えば、治具等により膝の屈曲角を変化させ、軟骨下骨の位置を振動子の配置間隔分（Δｘ）だけ、走査方向に沿って変化させた場合は、図１７に示すように、軟骨下骨の各位置の移動ベクトルは、走査方向に沿った移動量Δｘのベクトルとなる。軟骨９０１は、軟骨下骨と繋がっているので、軟骨９０１の移動ベクトルも、走査方向に沿った移動量Δｘのベクトルとなる。軟組織９０３は、プローブ１００とともに、軟骨９０１の表面を移動するため、軟組織９０３の移動ベクトルは０となる。

このような概念を利用し、各位置での移動ベクトルを算出して、例えば、図１８に示すような移動ベクトルの分布を取得する。図１８は、移動ベクトルの分布状態を示す図である。図１８に示すように、走査方向位置、深度方向位置毎に移動ベクトルが記憶される。

この分布の各位置の移動ベクトルから、軟骨下骨の移動ベクトルと同じ移動ベクトルの領域と、軟骨下骨と異なる移動ベクトルの領域とを区別する。軟骨下骨と同じ移動ベクトルとなる領域が軟骨９０１と判断され、軟骨下骨と異なる移動ベクトルとなる領域が軟組織９０３と判断される。そして、軟骨９０１と判断された領域と、軟組織９０３と判断された領域との境界を、軟組織軟骨境界面として検出する。

このように軟骨下骨の移動状態を基準にすることで、プローブ１００の動きのばらつきに影響されることなく、軟組織と軟骨とを判別することができる。例えば、プローブ１００を走査方向に移動させる際に、軟組織表面をプローブがある程度滑っても、軟骨下骨基準であるため、その影響を受けない。

なお、上述の説明では、軟骨表面検出のための各処理を複数の機能ブロックで実現する例を示した。しかしながら、上述の軟骨表面検出処理をプログラム化して記憶しておき、コンピュータで当該プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

また、上述の説明では、注目領域を第１状態［Ｔ１］のエコー信号群に対して設定し、比較対象領域を第２状態［Ｔ２］のエコー信号群に設定する例を示したが、注目領域を第２状態［Ｔ２］のエコー信号群に対して設定し、比較対象領域を第１状態［Ｔ１］のエコー信号群に設定するようにしてもよい。

また、上述の説明では、探索領域を設定する場合を示したが、探索領域を設定することなく、全てのエコー信号の領域に対して比較対象領域を設定することもできる。ただし、上述のように探索領域を設定することで、相関結果の算出やエンベロープ差の算出の範囲を、効果的に制限することができる。したがって、軟骨および軟組織の判別処理を高速化することができ、リソースを節約することもできる。

また、上述の説明では、被検知体である膝の軟組織９０３の表面にプローブ１００を当接し、当該プローブ１００を走査方向に移動させる例を示した。しかしながら、プローブ１００を固定し、膝を治具等で屈曲させることで、プローブ１００と軟組織９０３および軟骨９０１との相対位置関係を変化させてもよい。

また、上述の説明のプローブは、振動子を走査方向の一方向のみに沿って配列設置したものである。しかしながら、走査方向と、走査方向および深度方向に直交する方向との二次元領域において所定間隔をおいて振動子を配列するようにしてもよい。

また、振動子を１つにして、当該振動子を走査方向に移動させる構成であってもよい。図１９は、振動子を移動させるメカニカルスキャンによる検出構成を示す図である。

メカニカルスキャン型のプローブ１００Ａは、振動子を有する送受波器を備える。送受波器は、走査軸に沿って移動可能に設置されている。送受波器は、走査軸に沿って移動する。送受波器の振動子は、走査方向に直交する方向に超音波信号を送信する。この送受波器を、走査方向に移動させながら、複数の走査位置で停止して超音波信号を送信し、そのエコー信号を受信することで、振動子を複数有するプローブ１００と同じエコー信号を得ることができる。

また、上述の説明では、軟骨下骨の移動ベクトルと各位置の移動ベクトルとを比較して、軟骨下骨の移動ベクトルと一致するかどうかを基準に軟組織と軟骨を検出する例を示した。しかしながら、軟骨下骨を基準とすることなく、単に各点に移動ベクトルを算出して、移動ベクトルが変化する境界を軟組織と軟骨の境界面（軟骨表面）として検出してもよい。

また、上述の生データを用いる場合とエンベロープを用いる場合との選択と、相関係数を用いる場合とノルムを用いる場合との選択の組合せは、上述の例に限るものでなく、適宜組み合わせればよい。

また、上述の説明では、第１の状態で取得される第１エコーデータ群と第２の状態で取得される第２エコーデータ群とが走査方向に沿って部分的に重なる例を示したが、超音波エコー信号は所定の広がりを有するため、走査方向に限ることなく、第１の状態で取得される第１エコーデータ群と第２の状態で取得される第２エコーデータ群とが部分的に重なるように設定することもできる。

また、上述の説明では、軟組織軟骨境界面を検出する方法を示したが、プローブが超音波信号を送信した時刻からプローブが境界面のエコーデータを受信した時刻までの時間差を１／２した時間）に、音速を乗算することで、プローブの表面（プローブと皮膚の接触面から軟組織軟骨境界面までの距離（深度）を算出することができる。

１０：軟組織軟骨境界面検出装置、
１１：操作部、
１２：送信制御部、
１３：エコー信号受信部、
１４：データ解析部、
１００，１００Ａ：プローブ、
１４１：ＡＤ変換部、
１４２：記憶部、
１４３：判定部、
９０１：軟骨、
９０２：骨、
９０３：軟組織、
９１１：軟骨下骨

Claims (25)

1. 軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   第１の状態で被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第１のエコー信号を出力する第１のエコー信号送受信工程と、
   前記第１の状態とは軟組織と軟骨との位置関係が異なる第２の状態で、前記被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第２のエコー信号を出力する第２のエコー信号送受信工程と、
   前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号に基づいて、前記軟組織と前記軟骨の境界面を検出する境界面検出工程と、
   を含むことを特徴とする軟組織軟骨境界面検出方法。
2. 請求項１に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記境界面検出工程は、
   前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号の最も波形が類似する類似領域を検出する類似領域検出工程と、
   前記類似領域から前記境界面を特定する境界面特定工程と、
   を含む軟組織軟骨境界面検出方法。
3. 請求項２に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記類似領域検出工程は、前記第１のエコー信号の波形と前記第２のエコー信号の波形の相関係数に基づいて前記類似領域を検出する、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
4. 請求項２に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記類似領域検出工程は、前記第１のエコー信号の波形と前記第２のエコー信号の波形から領域毎のノルムを算出し、当該ノルムに基づいて前記類似領域を検出する、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
5. 請求項４に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記類似領域検出工程におけるノルムは、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号の各深度位置における信号レベルの差の絶対値の総和に基づいて算出される、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
6. 請求項４に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記類似領域検出工程におけるノルムは、前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号の各深度位置における信号レベルの差の二乗値の総和に基づいて算出される、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記第１のエコー信号の波形と前記第２のエコー信号の波形は、サンプリングされたエコーデータを用いる、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
8. 請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記第１のエコー信号の波形と前記第２のエコー信号の波形は、サンプリングされたエコーデータのエンベロープである、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
9. 請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
   前記境界面特定工程は、
   前記超音波信号を送受信する位置に対する前記類似領域の位置変化が異なる２つの領域の境界を、前記軟組織と軟骨の境界面として検出する、
   軟組織軟骨境界面検出方法。
10. 請求項９に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記境界面特定工程は、
    前記超音波信号を送受信する位置が前記第１のエコー信号の受信状態と前記第２のエコー信号の受信状態とで変化する変化態様と同じ変化態様の領域を軟組織と判断し、異なる変化態様の領域を軟骨と判断して、
    軟組織と判断した領域と軟骨と判断した領域との境界を、前記軟組織と軟骨の境界面とする、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
11. 請求項９に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記境界面特定工程は、
    前記超音波信号を送受信する位置が前記第１のエコー信号の受信状態と前記第２のエコー信号の受信状態とで軟骨下骨の変化態様と同じ変化態様の領域を軟骨と判断し、異なる変化態様の領域を軟組織と判断して、
    軟組織と判断した領域と軟骨と判断した領域との境界を、前記軟組織と軟骨の境界面とする、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
12. 請求項９に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記境界面特定工程は、
    前記第１のエコー信号の受信状態から前記第２のエコー信号の受信状態に遷移する時の各領域の前記類似領域の移動方向および移動量からなる移動ベクトルを検出し、
    前記移動ベクトルの変化する境界を、前記軟組織と軟骨の境界面とする、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
13. 請求項２乃至請求項１２のいずれか１項に記載の軟骨表面検出方法であって、
    前記類似領域検出工程は、
    前記第１のエコー信号に注目領域を設定し、前記第２のエコー信号に比較対象領域を設定し、前記注目領域の前記第１のエコー信号に対して最も波形が類似する前記第２のエコー信号による前記比較対象領域を検出する、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
14. 請求項１３に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記類似領域検出工程は、
    前記第２のエコー信号に対して、前記注目領域を基準にして該注目領域よりも広い範囲を探索領域として設定し、
    該探索領域内に前記比較対象領域を設定する、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
15. 請求項１３または請求項１４に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記注目領域は、複数のエコー信号に亘る領域で設定されている、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
16. 請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記第１の状態と前記第２の状態で送受信する位置が異なる、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    前記第１の状態と前記第２の状態で送受信される被検知体の状態が異なる、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    第１のエコー信号と第２のエコー信号とは、第１の状態と第２の状態の走査領域の一部が重なるように設定されている、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
19. 請求項１８に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
    第１のエコー信号と第２のエコー信号とは、第１の状態から第２の状態への走査方向において一部の領域が重なるように設定されている、
    軟組織軟骨境界面検出方法。
20. 軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出装置であって、
    第１の状態で被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第１のエコー信号を出力し、前記第１の状態とは軟組織と軟骨との位置関係が異なる第２の状態で、前記被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第２のエコー信号を出力する送受信部と、
    前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号に基づいて、前記軟組織と前記軟骨の境界面を検出するデータ解析部と、
    を備えることを特徴とする軟組織軟骨境界面検出装置。
21. 請求項２０に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
    前記送受信部は、走査方向に沿って配列された複数の振動子を備える、
    軟骨表面検出装置。
22. 請求項２０に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
    前記送受信部は、走査方向と前記超音波信号の送信方向に直交する方向とから規定される領域に二次元的に配列された複数の振動子を備える、
    軟組織軟骨境界面検出装置。
23. 請求項２０に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
    前記送受信部は、単一の振動子と、該振動子を走査方向に移動させる移動機構とを備える、
    軟組織軟骨境界面検出装置。
24. 請求項２１乃至請求項２３のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
    前記走査方向は、前記軟組織と前記軟骨の相対位置を変化させる方向である、
    軟組織軟骨境界面検出装置。
25. 軟組織と軟骨の境界面を検出する処理をコンピュータに実行させる軟組織軟骨境界面検出プログラムであって、
    前記コンピュータは、
    第１の状態で被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第１のエコー信号を出力する第１のエコー信号送受信処理と、
    前記第１の状態とは軟組織と軟骨との位置関係が異なる第２の状態で、前記被検知体の表面に当接され、超音波信号を前記被検知体内に送信し、該超音波信号のエコー信号を受信して第２のエコー信号を出力する第２のエコー信号送受信処理と、
    前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号に基づいて、前記軟組織と前記軟骨の境界面を検出する境界面検出処理と、
    を実行することを特徴とする軟組織軟骨境界面検出プログラム。

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