JP6224373B2 - 超音波測定装置および超音波測定システム - Google Patents

Description

この発明は、家庭等で簡便に超音波によって対象物の情報を得ることができる超音波測定装置および超音波測定システムに関する。

従来、測定対象者の頸部に巻きつけて甲状腺の測定をすることができる超音波測定装置は知られている。例えば、特許文献１によれば、測定対象者の頸部の周りに巻かれ頸部の周方向に延びる連結部を有し、連結部の長手方向に沿ってプローブが移動する超音波測定装置が開示される。プローブでは、超音波の送受信が行われることによって、プローブの移動範囲において測定対象者の甲状腺を簡便に測定することができる。

特開２０１１−２４０１２８号公報

特許文献１に記載されたような従来の超音波測定装置においては、プローブは頸部の周囲に沿って移動するだけであるので、頸部の上方および下方に位置する甲状腺を測定することができない。すなわち、甲状腺全体を測定することができない。特に、頸部の上方は顎に向かって湾曲し、下方は鎖骨に向かって湾曲しているから、周方向にプローブを直線的に移動しただけでは、湾曲部分に沿って対象物を測定することができず、例えば甲状腺の全体を測定することは困難である。

この発明は、測定対象者の頸部にセンサを接触させるだけで、広範囲において甲状腺を測定することができる超音波測定装置および超音波測定システムを提供することを課題とする。

この発明は、超音波測定装置に関する第１の発明と、超音波測定システムに関する第２の発明を含む。

第１の発明は、複数の振動子が横方向へ配列された超音波センサと、前記超音波センサを収納するとともに前記横方向に対して直交する奥行き方向へ延びるセンサケースと、前記センサケースを支持するとともに前記横方向および前記奥行き方向に対してそれぞれ直交する縦方向へ延びるガイドブラケットと、前記超音波センサから測定データを取得する回路部と、を備える超音波測定装置に関する。
前記超音波測定装置は、前記センサケースの両側面に設けられる第１貫通孔および前記第１貫通孔よりも前記超音波センサ側に位置する第２貫通孔と、前記ガイドブラケットの側面に設けられるとともに前記縦方向へ延びる第１ガイド孔および前記第１ガイド孔よりも前記縦方向における寸法が大きく前記第１ガイド孔よりも前記超音波センサ側に位置する第２ガイド孔と、前記第１ガイド孔および前記第１貫通孔を貫通して前記センサケースに挿入される第１シャフトおよび前記第２ガイド孔および前記第２貫通孔を貫通して前記センサケースに挿入される第２シャフトと、前記センサケース内に設けられるとともに前記第１シャフトおよび前記第２シャフトを前記奥行き方向の両側からそれぞれ押圧する押圧部材と、前記第１シャフトを時計回りおよび反時計回りに回転させる駆動源と、前記第１シャフトの回転に伴い回転する第１ピニオンギヤおよび前記第１ピニオンギヤに噛み合うとともに前記第１ガイド孔に沿って延びる第１ラックと、前記第２シャフトの回転に伴い回転する第２ピニオンギヤおよび前記第２ピニオンギヤに噛み合うとともに前記第２ガイド孔に沿って延びる第２ラックと、を備える。
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、前記奥行き方向における寸法が前記縦方向における寸法よりも大きい。前記超音波センサは、センサ移動機構によって移動可能であるとともに、前記センサ移動機構は、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトを前記第１ガイド孔および前記第２ガイド孔に沿って移動させることにより前記超音波センサを前記縦方向に対して平行移動させる平行移動部と、前記第１ガイド孔の上下端において前記第１シャフトを中心に前記超音波センサを回動させる傾斜移動部と、を備える。前記回路部は、前記センサ移動機構を制御して前記超音波センサを測定位置に移動させ、前記測定位置ごとに前記超音波センサから前記測定データを取得することを繰り返す。

前記第１の発明は、前記超音波センサの先端に対してジェルを供給するジェル供給機構をさらに含み、前記ジェル供給機構は、前記超音波センサの前記振動子に沿って延びるジェル吐出口と、前記ジェルを供給するタンクと、前記ジェル吐出口および前記タンクを連結し前記ジェルを前記タンクから前記ジェル吐出口まで搬送する連通路とを有することを特徴とする形態を含む。

第２の発明は、超音波測定装置およびコンピュータから構成される超音波測定システムに関する。
前記超音波測定装置は、複数の振動子が横方向へ配列された超音波センサと、前記超音波センサを収納するとともに前記横方向に対して直交する奥行き方向へ延びるセンサケースと、前記センサケースを支持するとともに前記横方向および前記奥行き方向に対してそれぞれ直交する縦方向へ延びるガイドブラケットと、前記超音波センサから測定データを取得する回路部とを備える。
また、前記超音波測定装置は、前記センサケースの両側面に設けられる第１貫通孔および前記第１貫通孔よりも前記超音波センサ側に位置する第２貫通孔と、
前記ガイドブラケットの側面に設けられるとともに前記縦方向へ延びる第１ガイド孔および前記第１ガイド孔よりも前記縦方向における寸法が大きく前記第１ガイド孔よりも前記超音波センサ側に位置する第２ガイド孔と、前記第１ガイド孔および前記第１貫通孔を貫通して前記センサケースに挿入される第１シャフトおよび前記第２ガイド孔および前記第２貫通孔を貫通して前記センサケースに挿入される第２シャフトと、前記センサケース内に設けられるとともに前記第１シャフトおよび前記第２シャフトを前記奥行き方向の両側からそれぞれ押圧する押圧部材と、前記第１シャフトを時計回りおよび反時計回りに回転させる駆動源と、前記第１シャフトの回転に伴い回転する第１ピニオンギヤおよび前記第１ピニオンギヤに噛み合うとともに前記第１ガイド孔に沿って延びる第１ラックと、前記第２シャフトの回転に伴い回転する第２ピニオンギヤおよび前記第２ピニオンギヤに噛み合うとともに前記第２ガイド孔に沿って延びる第２ラックとを備える。
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔は、前記奥行き方向における寸法が前記縦方向における寸法よりも大きい。
前記超音波センサは、センサ移動機構によって移動可能であるとともに、前記センサ移動機構は、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトを前記第１ガイド孔および前記第２ガイド孔に沿って移動させることにより前記超音波センサを前記縦方向に対して平行移動させる平行移動部と、前記第１ガイド孔の上下端において前記第１シャフトを中心に前記超音波センサを回動させる傾斜移動部とを備える。
前記回路部は、前記センサ移動機構を制御して前記超音波センサを測定位置に移動させ、前記測定位置ごとに前記超音波センサから前記測定データを取得することを繰り返す。
前記コンピュータは、前記回路部によって取得される前記測定データを受信し、計測処理を実行する制御部と、前記制御部によって実行される前記計測処理の結果を、測定時刻情報とともに測定履歴データとして記憶する記憶部と、を備える。

この発明は、超音波センサを移動させるセンサ移動機構において、縦方向に移動する平行移動部と、これに傾斜するように回動移動する傾斜移動部とを有するので、例えば頸部の上下の湾曲に沿って測定することができる。したがって、例えば甲状腺などの対象物全体を測定することができる。

この発明の実施形態に係る超音波測定装置の使用状態の斜視図。 超音波測定装置の斜視図。 センサ移動機構の概要を示す斜視図。 図３の側面図。 （ａ）超音波センサが下端に位置した時の説明図。（ｂ）超音波センサが回動した時の説明図。 超音波測定システムの構成図。 超音波測定装置による処理の流れを示すフローチャート。 コンピュータによる処理の流れを示すフローチャート。 甲状腺および周辺組織の模式図。 測定履歴データの例を示す図。

図１および図２を参照すると、超音波測定装置１は、互いに直交する縦方向Ｚ、横方向Ｘ、奥行き方向Ｙと、超音波センサ２０が収納された一対のセンサ収納部１１と、超音波センサ２０から測定データを取得する回路部が収納された回路収納部１３と、超音波センサ２０の近傍に供給されるジェルのタンクが収納されたタンク収納部１４とを備える。回路部によって取得された測定データはケーブル１７を介してコンピュータに送信される。

この実施形態においてセンサ収納部１１は二つ設けられ、軸１５を介して回動可能に取り付けられる。すなわち、センサ収納部１１の互いのなす角度を変更することができる。センサ収納部１１は、超音波センサ２０が露出する検出面１１Ａを有し、検出面１１Ａを測定対象者の頸部に当接させることによって、甲状腺の形状等を測定することができる。センサ収納部１１は互いの角度を変更することができるので、測定対象者の頸部に合わせて角度を調整するとともに、頸部を左右から挟むようにして検出面１１Ａを頸部に接触させることによって、測定位置を安定的に維持することができる。

検出面１１Ａにおいて、露出した超音波センサ２０の周囲はカーテン１２によって覆われ、内部にジェルや埃等が侵入しないようにしている。カーテン１２は、後述する超音波センサ２０の移動に伴って、縦方向Ｚに移動可能とされる。カーテン１２は、例えば、縦方向Ｚに離間する一対の巻取りロール（図示せず）で巻き取ることで縦方向Ｚへ移動可能とすることができる。

センサ収納部１１は、通常の取り扱いで大きく湾曲したりすることがない、例えば金属や高剛性樹脂等の材料を用いることができる。したがって、センサ収納部１１を測定対象者の頸部に測定のために押し付けた場合であっても、センサ収納部１１それぞれが頸部に沿って湾曲することはなく、検出面１１Ａは平面をほぼ維持した状態で測定対象者の肌に密着する。

図３および図４を参照すれば、超音波センサ２０は、縦方向Ｚにおける寸法よも横方向Ｘにおける寸法が大きく、横方向Ｘへ延びる。超音波センサ２０を収納するセンサケース２２は、ガイドブラケット３１によって支持されるとともに、センサ移動機構３０によって縦方向Ｚへ移動可能とされる。超音波センサ２０は、ガイドブラケット３１の横方向Ｘに離間する一対の両側面３１Ａ，３１Ｂの間に取り付けられる。センサケース２２の背面２２Ｂには、図示しないフラットケーブルを介して回路基板が接続される。

センサ移動機構３０は、縦方向Ｚへ移動可能に側面３１Ａに取り付けられたモータ等の駆動源３２と、駆動源３２によって回転する第１ヘリカルギヤ３３と、第１ヘリカルギヤ３３に噛み合って回転する第２ヘリカルギヤ３４と、第２ヘリカルギヤ３４の回転軸に取り付けられる第１シャフト３５と、第１シャフト３５の両端に固定される一対の第１ピニオンギヤ３６と、第１ピニオンギヤ３６に噛み合う一対の第１ラック３７とを備える。第１ラック３７は、ガイドブラケット３１の両側面３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ設けられ、縦方向Ｚへ延びる。両側面３１Ａ，３１Ｂには、第１ラック３７に平行に縦方向Ｚへ延びる一対の第１ガイド孔３８がそれぞれ設けられ、第１シャフト３５が第１ガイド孔３８を介して超音波センサ２０に挿入される。

センサ移動機構３０は、ガイドブラケット３１の両側面３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ設けられ、第１ガイド孔３８の奥行き方向Ｙに平行な第２ガイド孔４０と、第２ガイド孔４０に挿入される第２シャフト４１と、第２シャフト４１の両端に固定される一対の第２ピニオンギヤ４２と、第２ピニオンギヤ４２に噛み合う一対の第２ラック４３とを備える。第２ラック４３は、ガイドブラケット３１の両側面３１Ａ,３１Ｂにそれぞれ設けられ、縦方向Ｚへ延びる。第２ガイド孔４０は、第１ガイド孔３８の縦方向Ｚの長さ寸法よりも大きく、その上下端４０Ａ，４０Ｂは、第１ガイド孔３８の上下端３８Ａ，３８Ｂよりも縦方向Ｚ外側に位置する。

図５は、センサケース２２の概要を示したものであり、ガイドブラケット３１を仮想線で示している。図５（ａ）は第１シャフト３５が下端３８Ｂに位置した状態であり、図５（ｂ）は図５（ａ）から超音波センサ２０が回動した状態である。センサケース２２の両側面２２Ａには、第１シャフト３５が挿入する第１貫通孔２４と、第２シャフト４１が貫通する第２貫通孔２５とが設けられる。第１貫通孔２４および第２貫通孔２５の縦方向Ｚの寸法は第１および第２シャフト３５，４１の直径よりも大きく、奥行き方向Ｙの寸法は縦方向Ｚの寸法よりも大きい。すなわち、第１貫通孔２４および第２貫通孔２５は、奥行き方向Ｙへ延びる長穴である。

上記のような構成において、駆動源３２が時計回りに回転すると、第１ヘリカルギヤ３３および第２ヘリカルギヤ３４を介して第１シャフト３５が回転する。第１シャフト３５が回転するとこれに伴い第１ピニオンギヤ３６も回転し、第１ラック３７に噛み合って、第１ピニオンギヤ３６および第１シャフト３５が縦方向Ｚの図面上方へと移動する。したがって、第１シャフト３５が挿入された超音波センサ２０が上方へ移動する。同様に、駆動源３２が反時計回りに回転した場合には、第１ピニオンギヤ３６および第１シャフト３５が縦方向Ｚの図面下方へと移動し、超音波センサ２０も下方へと移動する。

センサケース２２には第２シャフト４１が挿入されているから、センサケース２２が上下移動することによって、第２シャフト４１も上下移動する。第２シャフト４１は、第２ピニオンギヤ４２が第２ラック４３に噛み合って上下移動する。すなわち、センサケース２２は、第１シャフト３５および第２シャフト４１の２点で支持され、さらに、第１および第２ピニオンギヤ３６，４２と第１および第２ラック３７，４３によって上下移動するので、安定した移動を実現することができる。したがって、センサケース２２に支持された超音波センサ２０の安定した移動を実現することができる。

上記のような上下移動の軌跡を概説すると、第１シャフト３５が第１ガイド孔３８の上下端３８Ａ，３８Ｂに接触するまでは、超音波センサ２０が縦方向Ｚに対して直線的に平行移動する軌跡（平行移動部）を形成する。第１シャフト３５が第１ガイド孔３８の上端３８Ａまたは下端３８Ｂに接触した後は、超音波センサ２０は縦方向Ｚに対して傾斜するように回動する軌跡（傾斜移動部）を形成する。

図５を参照し、傾斜移動部についてより詳細に説明する。第１シャフト３５が第１ガイド孔３８の下端３８Ｂに接触することにより、第１シャフト３５の移動は規制されるから、それ以上移動することができない。しかし、第２ガイド孔４０は、第１ガイド孔３８よりも縦方向Ｚの寸法が大きく、その下端４０Ｂは第１ガイド孔３８の下端３８Ｂよりも下方に位置する。したがって、第２シャフト４１は、第１シャフト３５の移動が規制された後も、さらに下方へと移動しようとする。

第２シャフト４１がさらに下方へと移動しようとしたとき、第１シャフト３５および第２シャフト４１はセンサケース２２に設けられた第１貫通孔２４および第２貫通孔２５をそれぞれ奥行き方向Ｙへ摺動することができる。したがって、第２シャフト４１は第１シャフト３５の移動が規制された後でも、さらに下方へと移動する。このように移動することによって、超音波センサ２０は図面下端において回動し、縦方向Ｚに対して傾斜するようにその傾きを変化させる。

同様に、第１シャフト３５が第１ガイド孔３８の上端３８Ａに接触した後も、第２シャフト４１はさらに上方へと移動可能であって、この移動に伴って超音波センサ２０は縦方向Ｚに対して傾斜するようにその傾きを変化させることができる。

超音波センサ２０が、縦方向Ｚにおける上下端で回動し、その傾きを変化させることによって、上端側においては測定対象者の顎に沿って移動可能であり、下端側においては測定対象者の鎖骨に沿って移動可能となる。したがって、甲状腺が存在する顎から鎖骨までのすべての位置において超音波センサ２０が測定対象者の肌に密着し、頸部全体において甲状腺の測定が可能となる。

センサケース２２内には、第１シャフト３５および第２シャフト４１を奥行き方向Ｙへ押圧する押圧部材１６が配置される。押圧部材１６としては例えばコイルスプリングを用いることができる。この実施形態において、押圧部材１６の押圧力は、第１シャフト３５および第２シャフト４１の奥行き方向Ｙの両側から作用するように設けられ、第１シャフト３５および第２シャフト４１が、第１および第２貫通孔２４，２５の奥行き方向Ｙのほぼ中央に位置するようにしている。

押圧部材１６を備えることによって、超音波センサ２０が縦方向Ｚの上下端において傾いた際にも、がたつきを最小限にすることができる。また、押圧部材１６を設けることによって、超音波センサ２０を測定対象者の頸部に押し当てたときに頸部の凹凸に追従して超音波センサ２０が移動可能とすることができる。したがって、超音波センサ２０は測定対象者の皮膚に密着し、超音波による測定の精度を向上させることができる。

上記のような超音波センサ２０は、ガイドブラケット３１に取り付けられ縦方向Ｚに移動する。ガイドブラケット３１は、超音波測定装置１の通常の使用において湾曲したりすることがない程度の剛性を有する材料を用いる。すなわち、測定時に測定対象者の頸部に超音波センサ２０を密着させても、ガイドブラケット３１が湾曲することがない。ガイドブラケット３１の材料としては、鉄、ステンレス等の金属、または、高剛性樹脂等を用いることができる。また、センサ収納部１１も通常の使用において湾曲したりすることがないので、超音波センサ２０の移動の軌跡が一定になる。コンピュータでは、一定の軌跡を前提として計測処理を行うので、その精度が向上する。

上記のような超音波測定装置１は、超音波センサ２０近傍にジェルを供給するジェル供給機構を備える。ジェル供給機構は、超音波センサ２０の縦方向Ｚ両端に位置するジェル吐出口５１と、タンク収納部１４に収納されジェルを供給するタンク（図示せず）と、タンクからジェル吐出口５１までジェルを搬送する連通路５３とを備える。タンクには図示しないピストンが設けられ、ピストンが押されることによってタンクのジェルが連通路５３を介してジェル吐出口５１から吐出される。

ジェル吐出口５１は、横方向Ｘへ延びるとともに、横方向Ｘにおける寸法が超音波センサ２０とほぼ同じ大きさである。ジェルは駆動源３２の始動に伴ってジェル吐出口５１から吐出される。すなわち、駆動源３２が回転するのに伴い、タンクのピストンが押され、ジェル吐出口５１からジェルが吐出される。

超音波センサ２０にジェルが吐出されることによって、測定対象者の皮膚と超音波センサ２０とをジェルを介して密着することができ、超音波センサ２０および測定対象者の皮膚の間に空気層が介在せず、測定精度の低下を予防することができる。この実施形態では、ジェル吐出口５１を超音波センサ２０の縦方向Ｚの上下両端に備えているが、いずれか一方であってもよい。ジェルの吐出量は、適宜決定することができる。ジェル吐出口５１を超音波センサ２０の上下に備えることによって、超音波センサ２０が上下に移動したときに、進行方向に吐出されたジェルを測定対象者の皮膚との間で拡散し、超音波センサ２０と皮膚との間にジェルを保持することができる。

この実施形態において、測定対象者は自ら超音波センサ２０が頸部に接触するように超音波測定装置１を配置し、図示しない起動ボタンを押下する。起動ボタンが押下されると、駆動源３２であるモータが励磁され、時計回りに回転し、超音波センサ２０が測定位置に移動する。超音波センサ２０は、例えば２ｍｍずつ移動し、移動した地点でそれぞれ測定をおこなう。モータを励磁する電力はケーブル１７を介して供給することもできる。駆動源３２が回転すると、上述した通り、超音波センサ２０が縦方向Ｚ下方へ移動する。超音波センサ２０が下端まで移動すると、すなわち、第２シャフト４１が第２ガイド孔４０の下端４０Ｂまで移動すると、駆動源３２は反時計回りに回転し、超音波センサ２０が縦方向Ｚ上方へ移動する。超音波センサ２０が上端まで移動すると、すなわち、第２シャフト４１が第２ガイド孔４０の上端４０Ａまで移動すると、一回の測定が終了し、駆動源３２が停止する。

上記起動ボタンが押下されたとき、タンクのピストンが押され、ジェル吐出口５１からジェルが吐出される。ジェルは、超音波センサ２０が測定位置に移動する度に吐出される。したがって、測定中はジェルが供給され、検出精度を向上させることができる。

図６は、超音波測定システムの構成図である。超音波測定システム１００は、超音波測定装置１およびコンピュータ２から構成される。超音波測定装置１およびコンピュータ２は、有線または無線を介してデータ送受信可能に接続される。

超音波センサ２０は、振動子、整合層、ダンパー、音響レンズ等で構成されている。超音波センサ２０は、例えば、１２８個の振動子が横方向Ｘに１列に配列されている。振動子の数は１２８個に限らず、１２８個よりも少なくても良いし、多くても良い。振動子は、例えば、直線状に配列されるが、凸状や短冊状に配列されても良い。振動子の素材は、セラミック材であるＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）や、高分子圧電膜材料であるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、従来用いられているものであれば、どのような素材でも良い。また、整合層、ダンパー、音響レンズ等の構成は、従来のアレイ型探触子と同様の構成を採用することができる。

回路部を構成する回路基板１２０には、制御回路１２１、送受信回路１２２、信号処理回路１２３、ＡＤ変換回路１２４、データ転送回路１２５、駆動回路１２６、電源回路１２７等が配置されている。

制御回路１２１は、ＣＰＵ（「Central Processing Unit」の略）、ＲＯＭ（「Read Only Memory」の略）、ＲＡＭ（「Random Access Memory」の略）等を有し、各回路を駆動制御する。

送受信回路１２２は、超音波センサ２０の振動子を１つずつ駆動して超音波パルスを送信するとともに、測定対象者内からの反射波を受信し、超音波受信信号（エコー信号）を生成する処理を、振動子の数だけ繰り返す。送受信回路１２２には、超音波の伝搬距離または深度に相当する時間に対して感度を調節するためのダイナミックレンジを制御する波形処理回路も含まれる。信号処理回路１２３は、超音波受信信号から必要な周波数成分を抽出した後、ログアンプ（対数増幅器）により信号を圧縮増幅する。ＡＤ変換回路１２４は、信号処理回路１２３から出力されるアナログデータをデジタルデータに変換する。

データ転送回路１２５は、デジタルデータをコンピュータ２に転送する。データ転送回路１２５は、例えば、ＵＳＢ（「Universal Serial Bus」の略）であるが、ＩＥＥＥ８０２．１１シリーズの無線ＬＡＮ規格による無線通信や赤外線通信等であっても良い。

駆動回路１２６は、後述するセンサ移動機構３０、ジェル供給機構５０の動作を制御する。センサ移動機構３０、ジェル供給機構５０は駆動源３２であるモータを有し、駆動回路１２６はモータを駆動することによって、センサ移動機構３０、ジェル供給機構５０の動作を制御する。

コンピュータ２は、制御部２０１、記憶部２０２、メディア入出力部２０３、通信制御部２０４、入力部２０５、表示部２０６、周辺機器Ｉ／Ｆ部２０７等が、バス２０８を介して接続される。

制御部２０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成される。ＣＰＵは、記憶部２０２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２０８を介して接続された各装置を駆動制御し、コンピュータ２が行う後述する処理を実現する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータ２のブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部２０２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部２０１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部２０２は、ＨＤＤ（「Hard Disk Drive」の略）等であり、制御部２０１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（「Operating System」の略）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータ２に実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、制御部２０１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

メディア入出力部２０３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）等のメディア入出力装置を有する。通信制御部２０４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータ２とネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。ネットワークは、有線、無線を問わない。

入力部２０５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。入力部２０５を介して、コンピュータ２に対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。表示部２０６は、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータ２のビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。尚、入力部２０５及び表示部２０６は、タッチパネルディスプレイのように、一体となっていても良い。

周辺機器Ｉ／Ｆ（「Interface」の略）部２０７は、コンピュータ２に周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部２０７を介してコンピュータ２は周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部２０７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等によって構成されており、通常複数のＩ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。バス２０８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。

ここで、超音波測定システム１００の優位性の一つを説明する。例えば、特許文献１の超音波診断装置は、超音波信号を送受信するプローブ、及びプローブの動作を制御する移動制御部に加えて、プローブと有線又は無線で連結され、超音波受信信号を画像信号に変換するメイン制御部、及び画像を表示するディスプレイ部を備える。特許文献１ではメイン制御部及びディスプレイ部の詳細が不明であるが、従来技術の超音波診断装置であれば、メイン制御部及びディスプレイ部も、超音波診断のみに用いる専用装置として構成される。これは、特許文献１を含む従来技術では、プローブに内蔵されないメイン制御部が超音波信号を画像信号に変換するので、プローブの他にも専用装置の筐体が必要なためである。一方、図６に示す超音波測定システム１００は、超音波測定のみに用いる専用装置としての超音波測定装置１、及び汎用のコンピュータ２によって構成されるので、従来技術と比較して、専用装置部分の小型化を図ることができ、製品コストを抑えることができる。

超音波測定システム１００において汎用のコンピュータ２を利用できる理由は、超音波測定装置１において超音波受信信号（アナログデータ）をデジタルデータに変換し、汎用のデータ転送回路１２５を介して、汎用のコンピュータ２が送受信可能なデジタルデータを出力するためである。すなわち、超音波測定装置１の回路部が、信号処理回路１２３およびＡＤ変換回路１２４を備え、信号処理回路１２３が、超音波受信信号から必要な周波数成分を抽出した後、ログアンプ（対数増幅器）により信号を圧縮増幅するとともに、ＡＤ変換回路１２４が、信号処理回路１２３から出力されるアナログデータをデジタルデータに変換し、データ転送回路１２５が、デジタルデータをコンピュータ２に転送するためである。

図７は、超音波測定装置１による処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ３は、使用者による動作を示し、ステップＳ４〜Ｓ１０は、超音波測定装置による動作を示している。

使用者は、超音波測定装置１およびコンピュータ２をＵＳＢによってデータ送受信可能に接続し（ステップＳ１）、超音波測定装置１を測定対象者に装着し（ステップＳ２）、超音波測定装置１の起動ボタンを押下する（ステップＳ３）。尚、コンピュータ２は起動済とする。また、測定対象者自身が、使用者としてステップＳ１〜Ｓ３を実行しても良い。

起動ボタンが押下されると、超音波測定装置１の制御回路１２１がデータ番号を「１」に初期化する（ステップＳ４）。そして、制御回路１２１が駆動回路１２６に制御命令を送信し、駆動回路１２６がジェル供給機構５０の動作を制御し、ジェル供給機構５０が定量のジェルを超音波測定装置１の検出面１１Ａに吐出する（ステップＳ５）。

次に、制御回路１２１が駆動回路１２６に制御命令を送信し、駆動回路１２６がセンサ移動機構３０の動作を制御し、センサ移動機構３０が超音波センサ２０を測定位置に移動させる（ステップＳ６）。

次に、制御回路１２１が送受信回路１２２に制御命令を送信し、送受信回路１２２が超音波パルスを送信して超音波受信信号を生成し、信号処理回路１２３が超音波受信信号から必要な周波数成分を抽出して増幅し、ＡＤ変換回路１２４がアナログデータをデジタルデータに変換することによって、測定データを取得する（ステップＳ７）。ステップＳ７の１回分の処理で取得される測定データは、横方向Ｘ（＝振動子の配列方向）および奥行き方向Ｙ（＝超音波送受信方向）を座標軸とする２次元データである。

次に、制御回路１２１がデータ転送回路１２５に制御命令を送信し、データ転送回路１２５がＵＳＢを介してコンピュータ２に測定データを転送する（ステップＳ８）。コンピュータ２の制御部２０１は、転送されるデジタルデータを記憶部２０２に記憶しておく。

次に、制御回路１２１は、データ番号をインクリメントし（ステップＳ９）、超音波センサ２０の移動余地があるか否か判定する（ステップＳ１０）。例えば、制御回路１２１は、予め超音波センサ２０の移動回数を記憶しておき、データ番号が移動回数以内であれば移動余地があると判定し、データ番号が移動回数を超えれば移動余地がないと判定する。

移動余地がある場合（ステップＳ１０のＹｅｓ）、超音波測定装置１はステップＳ５から処理を繰り返す。移動余地がない場合（ステップＳ１１のＮｏ）、制御回路１２１が駆動回路１２６に制御命令を送信し、駆動回路１２６がセンサ移動機構３０の動作を制御し、センサ移動機構３０が超音波センサ２０を初期位置に移動させる（ステップＳ１１）。その後、使用者は、超音波測定装置１を脱着し、超音波測定装置１の停止ボタンを押下することによって、測定作業を終了する。

図８は、コンピュータによる処理の流れを示すフローチャートである。図８に示す処理は、図７の処理によってコンピュータ２に測定データが転送された後に実行される。

コンピュータ２の制御部２０１は、データ番号を初期化し（ステップＳ２１）、現在のデータ番号に関する測定データを記憶部２０２から読み込む（ステップＳ２２）。

ここで、制御部２０１は、２つの超音波センサ２０によって取得される測定データ同士の整合処理や、超音波センサ２０の縦方向Ｚへの傾斜角度に起因した測定データの整合処理を実行する。

前述の通り、各超音波センサ２０を収納するセンサ収納部１１は、軸１５を介して回動可能に取り付けられる。そこで、センサ収納部１１の互いのなす角度を検出する角度検出センサ（不図示）を設けておく。そして、制御部２０１は、角度検出センサから受信する角度に基づいて、２つの超音波センサ２０によって取得される測定データ同士の画素単位の位置合わせを行う。位置が重複する画素の画素値については、例えば、両者の平均値を後述する処理に用いれば良い。

また、前述の通り、超音波センサ２０は、縦方向Ｚにおける上下端で回動し、その傾きを変化させる。そこで、コンピュータ２は、予め記憶部２０２に各測定位置（＝データ番号によって一意に定まる位置）の傾斜角度を記憶しておく。そして、制御部２０１は、記憶部２０２から読み出す傾斜角度に基づいて、隣接するデータ番号に関する測定データを用いて補間処理を行う。画素値が存在しない画素（隙間となっている画素）については、例えば、隣接するデータ番号に関する測定データに含まれる隣接画素の画素値を用いて画素値を内挿し、後述する処理に用いれば良い。

図９は、甲状腺および周辺組織の模式図である。図９（ａ）は、測定対象者の体幅方向をＸ軸、測定対象者の体軸方向をＺ軸とし、測定対象者の正面から見た頸部３００付近の模式図である。図９（ｂ）は、測定対象者の体幅方向をＸ軸、測定対象者の体厚方向をＹ軸とし、図９（ａ）に示す切断線４０１を断面とする断層像の模式図である。図９（ｃ）は、測定対象者の体厚方向をＹ軸、測定対象者の体軸方向をＺ軸とし、図９（ａ）に示す切断線４０２を断面とする甲状腺の断層像の模式図である。

図９（ａ）に示すように、甲状腺３１０は、頸部３００の中央に位置する。図９（ｂ）では、甲状腺３１０の領域を斜線によって図示している。図９（ｂ）に示すように、甲状腺３１０は、気管３２０の周囲に位置し、右葉３１１、左葉３１２、峡部３１３から構成される。右葉３１１、左葉３１２は、測定対象者の正面側を頂点とする円錐形状を有する。峡部３１３は、第２〜第３気管軟骨の高さで気管３２０の前面側（＝測定対象者の正面側）に位置する。甲状腺３１０の周囲には、気管３２０の他、食道３３０、動脈３４０、静脈３５０、筋肉３６０等が位置する。ステップＳ２２において読み込まれるデータは、図９（ｂ）に示すＸ軸およびＹ軸を座標軸とする２次元データである。

図８の説明に戻る。次に、制御部２０１は、甲状腺領域の輪郭抽出処理を行う（ステップＳ２３）。甲状腺領域とは、甲状腺の一部と判断される画素が連結された領域（連結部）を意味し、１または複数の連結部の集合である。

例えば、制御部２０１は、ステップＳ２２によって読み込まれるデータをＢモード表示データに変換する。Ｂモード表示データは、超音波受信信号の強さを明るさの強弱に変換（輝度変調）したデータである。

次に、制御部２０１は、輪郭抽出のための一般的なフィルタを用いてフィルタ処理を行い、Ｂモード表示データ内の輪郭を抽出し、組織ごとの輪郭を確定する（図９（ｂ）を参照）。そして、制御部２０１は、例えば、「甲状腺は、蝶の形状を有し、気管の周囲に存在する」といった解剖学的知見や各組織の一般的な輝度値（既知の値）などに基づき、組織ごとの輪郭の中から甲状腺領域の輪郭を決定する（図９（ｂ）の斜線部を参照）。尚、輪郭抽出処理は、特に限定されるものではなく、超音波画像に対する従来の画像処理技術を用いることができる。

次に、制御部２０１は、甲状腺領域の抽出処理を行う（ステップＳ２４）。制御部２０１は、ステップＳ２３において抽出された甲状腺領域の輪郭内に含まれる画素を、甲状腺領域の画素として抽出する。

次に、制御部２０１は、ステップＳ２４において抽出された甲状腺領域の画素ごとに、３次元位置情報を付与する（ステップＳ２５）。制御部２０１は、Ｘ座標、Ｙ座標として、図９（ｂ）に示すＸＹ平面の座標を付与する。また、制御部２０１は、Ｚ座標として、図９（ａ）に示すＺ軸方向の座標を付与する。Ｚ軸方向の座標は、データ番号から算出可能である。すなわち、制御部２０１は、ステップ６における１回当り移動量を予め記憶しておき、１回当り移動量および現在のデータ番号に基づいてＺ軸方向の座標を算出する。

次に、制御部２０１は、データ番号をインクリメントし（ステップＳ２６）、データ番号が最後か否か判定する（ステップＳ２７）。データ番号が最後ではない場合（ステップＳ２７のＮｏ）、制御部２０１は、ステップＳ２２から処理を繰り返す。データ番号が最後の場合（ステップＳ２７のＹｅｓ）、制御部２０１は、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８では、制御部２０１は、甲状腺領域の計測処理を行う。ステップＳ２５において３次元位置情報が付与された各データは、甲状腺領域に含まれる画素の位置データであるから、全体のデータは、甲状腺領域を示すボクセルデータである。制御部２０１は、このボクセルデータを用いて、甲状腺領域の計測処理を行う。

図１０は、測定履歴データの例を示す図である。測定履歴データ５００は、測定日時５１０、甲状腺３１０の体積５２０、右葉３１１の長径５３１、横径５３２および厚径５３３、左葉３１２の長径５４１、横径５４２および厚径５４３、峡部３１３の厚径５５０、ならびに、病変の位置５６１および最大径５６２等のデータ項目を有する。

各側葉（右葉３１１および左葉３１２）の長径５３１、５４１は、図９（ｃ）に示す距離４０６である。また、各側葉（右葉３１１および左葉３１２）の横径５３２、５４２は、図９（ｂ）に示す距離４０４である。また、各側葉（右葉３１１および左葉３１２）の厚径５３３、５４３は、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示す距離４０５である。また、峡部３１３の厚径５５０は、図９（ｂ）に示す距離４０３である。

制御部２０１は、例えば、ボクセルデータの画素数および１画素当りの体積を乗算することによって、甲状腺３１０の体積５２０を算出し、測定履歴データ５００とする。また、制御部２０１は、ボクセルデータの各断面における各距離４０３、４０４、４０５、４０６を算出し、例えば、その最大値を測定履歴データ５００とする。

図８の説明に戻る。次に、制御部２０１は、病変候補領域の計測処理を行う（ステップＳ２９）。病変候補領域は、病変候補の一部と判断される画素が連結された領域（連結部）を意味し、１または複数の連結部の集合である。病変候補領域の探索処理は、例えば、閾値処理を用いることが考えられるが、特に限定されるものではなく、超音波画像に対する従来の画像処理技術を用いることができる。

病変候補領域が存在する場合、制御部２０１は、病変候補領域の位置５６１を特定するとともに、最大径５６２を計測し、図１０に示すように、測定履歴データ５００とする。

次に、制御部２０１は、計測結果を表示部２０６に表示するとともに（ステップＳ３０）、計測結果を記憶部２０２に保存する（ステップＳ３１）。

表示処理の一例として、例えば、制御部２０１は、過去の測定履歴データ５００と今回の測定履歴データ５００とを比較し、必要に応じて警告処理を行う。例えば、制御部２０１は、特定の測定値が、所定回数以上連続して増加している場合、特定のメッセージ（例えば、病院での検査を推奨する旨のメッセージ）を表示部２０６に表示する。

この実施形態によれば、測定対象者が頸部に超音波測定装置１を接触させるだけで、甲状腺全体の測定を容易に行うことができる。また、測定を一定期間経過毎に行うことによって、甲状腺の経時的変化の値を得ることができる。甲状腺等の検査においては、短期の周期（例えば、半年以下の周期）で経時的な変化を測定することはあまりない。したがって、病変候補と判断される部位の大きさが規定値以上になった場合に異常値と判断し、精密検査等をおこなう。しかし、甲状腺の大きさは個人差があり、規定値を万人の基準値とすることはできない。規定値に対する大小を比較するよりも、測定対象者の測定値がどのように変化しているかを検出する方が病変の検出に役立つ。

測定対象者が若年の場合、病変の速度は急激である。したがって、経時的に測定をすることによって、より早期に異変を察知することができる。また、測定に大掛かりな装置が必要ないから、家庭で測定をすることができ、経時的な測定が測定対象者の負担にならない。

この実施形態において、超音波センサ２０は、測定対象者の頸部の上下方向に移動するようにしているが、頸部の周方向に移動するようにしてもよい。また、超音波センサ２０を二つ設けることとしているが、一方を測定対象者の頸部の右側、他方を頸部の左側に配置することによって、甲状腺の右葉および左葉をそれぞれ別個に測定することができる。例えば、右葉から左葉へと一連の移動で測定する場合には、頸部の周方向に沿って湾曲しながら超音波センサ２０が移動することとなる。湾曲することによって検出精度が低下する可能性があるが、この実施形態では、これを予防することができる。なお、一対の超音波センサ２０において、右葉および左葉を互いに一部重複して測定することもある。

超音波センサ２０は、一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。超音波センサ２０を一つだけ用いる場合には、センサ収納部１１のいずれか一方にのみ超音波センサ２０を設け、いずれか他方のセンサ収納部１１には超音波センサ２０を設けないようにすることができる。このように超音波センサ２０を設けないセンサ収納部１１を配置することによって、超音波測定装置１を測定対象者の頸部の左右から保持するように密着させることができ、測定精度の低下を予防することができる。また、センサ収納部１１のいずれか一方にのみ超音波センサ２０を設けるので甲状腺の右葉または左葉のいずれか一方を重点的に測定することができる。未測定の右葉または左葉のいずれか他方を測定する場合には、超音波測定装置１を縦方向Ｚにおいて逆さまにして用いることができる。

超音波センサ２０のセンサ移動機構としては、一般的なものを例示して説明したが、この機構に限定するものではなく、直線移動と回動とを実現するものであれば、公知の種々の機構を用いることができる。ジェル供給機構についても、この実施形態で説明した機構のほか、公知の機構を採用することができる。

１ 超音波測定装置
２ コンピュータ
２０ 超音波センサ
２２ センサケース
２４ 第１貫通孔
２５ 第２貫通孔
３０ センサ移動機構
３１ ガイドブラケット
３１Ａ 側面
３１Ｂ 側面
３２ 駆動源
３５ 第１シャフト
３６ 第１ピニオンギヤ
３７ 第１ラック
３８ 第１ガイド孔
４０ 第２ガイド孔
４１ 第２シャフト
４２ 第２ピニオンギヤ
４３ 第２ラック
５０ ジェル供給機構
５１ ジェル吐出口
５３ 連通路
１００ 超音波測定システム

Claims (3)

1. 複数の振動子が横方向（X）へ配列された超音波センサ（20）と、前記超音波センサ（20）を収納するとともに前記横方向（X）に対して直交する奥行き方向（Y）へ延びるセンサケース（22）と、前記センサケース（22）を支持するとともに前記横方向（X）および前記奥行き方向（Y）に対してそれぞれ直交する縦方向（Z）へ延びるガイドブラケット（31）と、前記超音波センサ（20）から測定データを取得する回路部と、を備える超音波測定装置であって、
   前記センサケース（22）の両側面に設けられる第１貫通孔（24）および前記第１貫通孔（24）よりも前記超音波センサ（20）側に位置する第２貫通孔（25）と、
   前記ガイドブラケット（31）の側面に設けられるとともに前記縦方向（Z）へ延びる第１ガイド孔（38）および前記第１ガイド孔（38）よりも前記縦方向（Z）における寸法が大きく前記第１ガイド孔(38)よりも前記超音波センサ(20)側に位置する第２ガイド孔（40）と、
   前記第１ガイド孔（38）および前記第１貫通孔（24）を貫通して前記センサケース（22）に挿入される第１シャフト（35）および前記第２ガイド孔（40）および前記第２貫通孔（25）を貫通して前記センサケース（22）に挿入される第２シャフト（41）と、
   前記センサケース（22）内に設けられるとともに前記第１シャフト（35）および前記第２シャフト（41）を前記奥行き方向（Y）の両側からそれぞれ押圧する押圧部材（16）と、
   前記第１シャフト（35）を時計回りおよび反時計回りに回転させる駆動源（32）と、
   前記第１シャフト（35）の回転に伴い回転する第１ピニオンギヤ（36）および前記第１ピニオンギヤ（36）に噛み合うとともに前記第１ガイド孔（38）に沿って延びる第１ラック（37）と、
   前記第２シャフト（41）の回転に伴い回転する第２ピニオンギヤ（42）および前記第２ピニオンギヤ（42）に噛み合うとともに前記第２ガイド孔（40）に沿って延びる第２ラック（43）と、を備え、
   前記第１貫通孔（24）および前記第２貫通孔（25）は、前記奥行き方向（Y）における寸法が前記縦方向（Z）における寸法よりも大きく、
   前記超音波センサ（20）は、センサ移動機構(30)によって移動可能であるとともに、前記センサ移動機構（30）は、前記第１シャフト（35）および前記第２シャフト（41）を前記第１ガイド孔（38）および前記第２ガイド孔（40）に沿って移動させることにより前記超音波センサ（20）を前記縦方向（Z）に対して平行移動させる平行移動部と、前記第１ガイド孔（38）の上下端において前記第１シャフト（35）を中心に前記超音波センサ（20）を回動させる傾斜移動部と、を備え、
   前記回路部は、前記センサ移動機構を制御して前記超音波センサを測定位置に移動させ、前記測定位置ごとに前記超音波センサから前記測定データを取得することを繰り返すことを特徴とする超音波測定装置。
2. 前記超音波センサ（20）の先端に対してジェルを供給するジェル供給機構をさらに含み、
   前記ジェル供給機構は、前記超音波センサの前記振動子に沿って延びるジェル吐出口（51）と、前記ジェルを供給するタンクと、前記ジェル吐出口（51）および前記タンクを連結し前記ジェルを前記タンクから前記ジェル吐出口まで搬送する連通路（53）とを有することを特徴とする請求項１記載の超音波測定装置。
3. 超音波測定装置およびコンピュータから構成される超音波測定システムであって、
   前記超音波測定装置は、
   複数の振動子が横方向（X）へ配列された超音波センサ（20）と、前記超音波センサ（20）を収納するとともに前記横方向（X）に対して直交する奥行き方向（Y）へ延びるセンサケース（22）と、前記センサケース（22）を支持するとともに前記横方向（X）および前記奥行き方向（Y）に対してそれぞれ直交する縦方向（Z）へ延びるガイドブラケット（31）と、前記超音波センサ（20）から測定データを取得する回路部と、を備えるとともに、
   前記センサケース（22）の両側面に設けられる第１貫通孔（24）および前記第１貫通孔（24）よりも前記超音波センサ（20）側に位置する第２貫通孔（25）と、
   前記ガイドブラケット（31）の側面に設けられるとともに前記縦方向（Z）へ延びる第１ガイド孔（38）および前記第１ガイド孔（38）よりも前記縦方向（Z）における寸法が大きく前記第１ガイド孔(38)よりも前記超音波センサ(20)側に位置する第２ガイド孔（40）と、
   前記第１ガイド孔（38）および前記第１貫通孔（24）を貫通して前記センサケース（22）に挿入される第１シャフト（35）および前記第２ガイド孔（40）および前記第２貫通孔（25）を貫通して前記センサケース（22）に挿入される第２シャフト（41）と、
   前記センサケース（22）内に設けられるとともに前記第１シャフト（35）および前記第２シャフト（41）を前記奥行き方向（Y）の両側からそれぞれ押圧する押圧部材（16）と、
   前記第１シャフト（35）を時計回りおよび反時計回りに回転させる駆動源（32）と、
   前記第１シャフト（35）の回転に伴い回転する第１ピニオンギヤ（36）および前記第１ピニオンギヤ（36）に噛み合うとともに前記第１ガイド孔（38）に沿って延びる第１ラック（37）と、
   前記第２シャフト（41）の回転に伴い回転する第２ピニオンギヤ（42）および前記第２ピニオンギヤ（42）に噛み合うとともに前記第２ガイド孔（40）に沿って延びる第２ラック（43）と、を備え、
   前記第１貫通孔（24）および前記第２貫通孔（25）は、前記奥行き方向（Y）における寸法が前記縦方向（Z）における寸法よりも大きく、
   前記超音波センサ（20）は、センサ移動機構(30)によって移動可能であるとともに、前記センサ移動機構（30）は、前記第１シャフト（35）および前記第２シャフト（41）を前記第１ガイド孔（38）および前記第２ガイド孔（40）に沿って移動させることにより前記超音波センサ（20）を前記縦方向（Z）に対して平行移動させる平行移動部と、前記第１ガイド孔（38）の上下端において前記第１シャフト（35）を中心に前記超音波センサ（20）を回動させる傾斜移動部とを備え
   前記回路部は、前記センサ移動機構を制御して前記超音波センサを測定位置に移動させ、前記測定位置ごとに前記超音波センサから前記測定データを取得することを繰り返すものであり、
   前記コンピュータは、
   前記回路部によって取得される前記測定データを受信し、計測処理を実行する制御部と、
   前記制御部によって実行される前記計測処理の結果を、測定時刻情報とともに測定履歴データとして記憶する記憶部と、
   を備えることを特徴とする超音波測定システム。

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