JP6496042B2 - 超音波解析装置、超音波解析方法及び超音波解析プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体の内部に超音波信号を送信して、被検体の内部で反射した超音波信号のエコー信号を解析する超音波解析装置、超音波解析方法及び超音波解析プログラムに関する。

軟骨の状態を解析する装置として、例えば、特許文献１に記載の超音波解析装置がある。特許文献１の超音波解析装置は、膝の表面に当接させた超音波プローブから超音波信号を送信し、膝の内部で反射したエコー信号を超音波プローブで受信する。そして、受信したエコー信号から、軟骨の状態を解析する。

特開２０１０−３０５号公報

特許文献１の超音波解析装置では、膝の内部からのエコー信号は、膝に対する超音波プローブの当接角度によって異なるため、適切な角度で超音波プローブを膝に当接しなければ、軟骨の状態を正確に解析することができないといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、被検体への超音波プローブの当接角度の調節を容易に行える超音波解析装置、超音波解析方法及び超音波解析プログラムを提供することにある。

本発明に係る超音波解析装置は、超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる制御部と、前記制御部により送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受けるエコーデータ入力部と、前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部で検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する形状検出部と、前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する角度算出部と、を備える。

この構成では、ユーザは、角度算出部によって算出された軟骨表面又は軟骨下骨表面に対する超音波プローブの角度を把握できるため、超音波プローブの角度の調節を容易に行うことができる。

また、本発明に係る超音波解析方法は、送信制御ステップと、エコーデータ入力ステップと、位置検出ステップと、形状検出ステップと、角度算出ステップとを備える。送信制御ステップは、超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる。エコーデータ入力ステップは、前記制御送信ステップにより送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受ける。位置検出ステップは、前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する。形状検出ステップは、前記位置検出ステップで検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する。角度算出ステップは、前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する。

この超音波解析方法は、上記超音波解析装置で行われる方法である。そのため、この超音波解析方法は、上記超音波解析装置と同様の効果を奏する。

また、本発明に係る超音波解析プログラムは、コンピュータを、超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる送信制御ステップと、前記送信制御ステップにより送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受けるエコーデータ入力ステップと、前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出ステップと、前記位置検出ステップで検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する形状検出ステップと、前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する角度算出ステップと、として機能させる。

この超音波解析プログラムは、上記超音波解析装置に実装されるプログラムである。そのため、この超音波解析プログラムは、上記超音波解析装置と同様の効果を奏する。

本発明によれば、ユーザは、軟骨表面又は軟骨下骨表面に対する、超音波プローブの角度を把握できるため、被検体への超音波プローブの当接角度の調節を容易に行うことができる。

実施形態に係る超音波解析装置の構成を示すブロック図 実施形態に係る超音波解析装置の超音波プローブと被検体を示す図 振幅データから生成される画像データを表示した図 移動平均処理後の振幅データから生成した画像データを表示した図 コンプレッサ処理後の振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）から生成した画像データを表示した図 軟骨の表面位置検出を行う方法を説明するための図 コストマップに基づいて生成した画像データを表示した図 当接角度ガイドの表示の一例を示す図 超音波解析装置が実行する当接角度算出処理のフローチャート 軟骨下骨の表面位置検出処理のフローチャート 軟骨の表面位置検出処理のフローチャート

図１は、本実施形態に係る超音波解析装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る超音波解析装置１０の超音波プローブ１００と被検体を示す図である。本実施形態では、被検体の一例として人の膝の内部を解析する超音波解析装置１０、超音波解析方法、及び超音波解析プログラムについて説明する。

超音波解析装置１０は超音波プローブ１００を備える。超音波プローブ１００は、被検体である例えば膝の表面に沿って二次元状に（図２に示すｘ方向およびｙ方向の走査方向）に機械的に走査される一つの振動子（超音波源）を有している。振動子は、超音波信号を被検体の表面から被検体の内部に向けて所定の時間間隔で送信する。送信された超音波信号は被検体の内部で反射し、振動子は、その反射されたエコー信号を受信する。

なお、超音波プローブ１００は、上記の構成に限定されるものではなく、例えば、一方向（例えば図２に示すｘ方向）に配列された複数の振動子を有し、二次元状に走査する構成であってもよい。この構成の場合、ユーザが当該一方向に直交する方向（ｙ方向）に対して超音波プローブ１００を移動させ、超音波解析装置１０が、所定の送信ビーム角からなる超音波信号を被検体の表面から送信し、被検体の内部で反射されたエコー信号を受信する。

超音波解析装置１０は、図２に示すように、膝表面（軟組織９０３の表面）９０５に、超音波プローブ１００の送受信面側の端面を当接させ、超音波信号を送信して、膝の内部を探索する。軟組織９０３とは、皮膚及び筋肉を含む体内部分であり、軟骨９０１よりも被検体の表面側に存在する部位である。軟骨９０１は、軟骨下骨９０４に付着しており、軟骨下骨９０４は、骨（海綿骨）９０２に結合した組織である。以下では、膝表面９０５から骨９０２側内部へ向かう方向を深度方向といい、この方向をｚ方向（ｘ方向及びｙ方向に直交する方向）とする。

超音波プローブ１００の振動子から深度方向へ送信された超音波信号は、被検体の内部（例えば軟組織９０３又は骨９０２等）で反射する。超音波プローブ１００の振動子は、反射したエコー信号を受信する。超音波解析装置１０は、超音波プローブ１００が受信したエコー信号に基づいて、軟骨９０１等の画像データを生成する。超音波解析装置１０は、この画像データをモニタ（図示略）等に表示させて、ユーザに軟骨９０１の状態等を判断させる。

なお、被検体の内部に超音波信号を送信する場合、超音波信号の音軸（図示せず）が軟骨９０１の表面（以下、これを軟骨表面という）又は軟骨下骨９０４の表面（以下、これを軟骨下骨表面という）に対して略垂直（所定角度範囲内）となるように、超音波プローブ１００の当接角度（音軸の角度）を調整して、超音波プローブ１００を膝表面９０５に当接させることが好ましい。本実施形態に係る超音波解析装置１０は、この超音波プローブ１００の当接角度の調整を容易に行うことができる機能を備えている。以下、その機能について詳述する。

超音波解析装置１０は、操作部１１、制御部１２、送受信部１３及び信号処理部１４を備える。

操作部１１は、ユーザの操作入力を受け付けるものであり、例えばキー、マウス、タッチパネル等から構成される。本実施形態では、操作部１１は、複数の操作子（図示せず）から構成される。この操作子に対する操作により、制御部１２は、軟骨解析処理等の実行開始に関する指示を受信する。なお、超音波解析装置１０（制御部１２）は、操作部１１を備えず、外部から操作指示を受信する構成であってもよい。

制御部１２は、例えばＣＰＵ等のプロセッサから構成され、超音波解析装置１０の動作を制御する。例えば、制御部１２は、軟骨解析処理等の所定の処理の実行開始の指示を操作部１１から受信すると、送受信部１３及び信号処理部１４へ、処理開始を指示する。

また、制御部１２は、超音波プローブ１００の超音波源（振動子）を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる。制御部１２は、例えば、超音波プローブ１００の振動子の被検体に対する位置を制御することにより、又は、超音波源の被検体に対する超音波信号の送信角を制御することにより、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に超音波信号を送信させる。

送受信部１３は、制御部１２から処理開始が指示された場合、超音波帯域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生成信号を生成する。そして、送受信部１３は、超音波生成信号を超音波プローブ１００へ出力する。これにより、超音波プローブ１００の振動子からは超音波信号が深度方向に被検体の内部に送信される。

また、送受信部１３は、超音波プローブ１００の振動子が受信した被検体の内部からのエコー信号を、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。また、ｘ方向及びｙ方向それぞれに対して、送受信部１３は、エコーデータに、包絡検波処理及びlog圧縮処理を施して得られるエンベロープの振幅データＤ（ｘ、ｚ）、Ｄ（ｙ、ｚ）を生成する。図３は、振幅データＤ（ｘ、ｚ）から生成される画像データを表示した図である。

信号処理部１４は、例えばＣＰＵ等のプロセッサを含むコンピュータから構成され、エコーデータ入力部１４１と、位置検出部１４２と、形状検出部１４３と、角度算出部１４４と、画像データ生成・出力部１４５と、通知部１４６と、判定部１４７とを備える。

エコーデータ入力部１４１は、例えば入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）から構成され、送受信部１３が生成した振幅データ等のエコーデータの入力を受ける。なお、信号処理部１４は、メモリなどから構成される記憶部（図示せず）を備えている。記憶部は、送受信部１３が生成したエコーデータ、位置検出部１４２等の他の処理部が生成した各データ、及び、本発明に係る後述する超音波解析方法に関する各種処理を実行する超音波解析プログラム等を記憶する。

位置検出部１４２は、送受信部１３からのエコーデータに基づき、超音波プローブの振動子（超音波源）と、軟骨表面又は軟骨下骨表面との間の距離（超音波伝搬時間）を算出することにより、当該軟骨表面又は軟骨下骨表面の位置を検出する（換言すれば、軟骨表面又は軟骨下骨表面の時間位置を算出し、仮定音速に基づいて、当該当該軟骨表面又は軟骨下骨表面の位置を検出する）ものである。位置検出部１４２は、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａと、軟骨表面位置検出部１４２Ｂとを含む。

軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、送受信部１３で生成された振幅データＤ（ｘ、ｚ）、Ｄ（ｙ、ｚ）を用いて、ｘ方向に対するｚ方向の軟骨下骨９０４の表面位置、及び、ｙ方向に対するｚ方向の軟骨下骨９０４の表面位置をそれぞれ検出する。軟骨下骨９０４の表面位置とは、軟骨９０１と軟骨下骨９０４との境界位置である。以下では、ｘ方向に対するｚ方向の軟骨下骨９０４の表面位置の検出方法について説明する。

軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、振幅データＤ（ｘ、ｚ）の移動平均を取り、平滑した振幅データＤｍ（ｘ、ｚ）を生成する。この場合、走査方向及び深度方向への振幅データの連続性が悪い場合であっても、平滑化することで、軟骨下骨９０４の表面位置検出は行いやすくなる。図４は、移動平均処理後の振幅データＤｍ（ｘ、ｚ）から生成した画像データを表示した図である。

軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、振幅データＤｍ（ｘ、ｚ）のうち、所定値レベルを超える信号強度を所定値レベル以下に抑制するコンプレッサ処理を行い、振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）を生成する。これにより、ノイズ等の不要な高エコー振幅を抑制できる。図５は、コンプレッサ処理後の振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）から生成した画像データを表示した図である。

なお、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、以降の計算処理時間を短縮するために、移動平均処理後の振幅データＤｍ（ｘ、ｚ）からデータ数を間引いてもよい。また、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、生成した各振幅データを記憶部に随時記憶させる。

軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）を用いて、以下に示す方法でコストマップを作成し、深度方向における軟骨下骨９０４の表面位置を検出する。軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、図５に示すように、深度方向に沿って隣接する二つの領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗを設定する。なお、領域Ｎｂｗは、深度方向において、皮膚側に位置し、領域Ｎｂｗは、領域Ｎｂｗよりも内部側（骨側）に位置する領域である。また、設定する領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗの大きさは適宜変更可能である。

領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗそれぞれには、複数の振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）が含まれている。軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗ内にある振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）から、振幅レベルの平均値を算出する。そして、領域Ｎｆｗ内の振幅レベルの平均値から、領域Ｎｂｗ内の振幅レベルの平均値を減算する。軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、算出結果をコストマップとして記憶部に記憶させる。

なお、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、ダイクストラ法（最小コスト経路探索）により、軟骨下骨９０４の位置検出を行うようにしてもよい。例えば、ｘ方向の互いに異なる複数の位置ｘ１、ｘ２、ｘ３、の順に位置検出を行い、例えば位置ｘ２で位置検出を行うときは、その直前のｘ１で検出した軟骨下骨９０４の表面位置から、深度方向に所定範囲を設定し、その範囲において、軟骨下骨９０４の表面位置を検出する。これにより、探索時間を短縮でき、誤検出を抑制することができる。

被検体である膝に超音波信号を送信した場合、軟骨９０１内部では、超音波信号は反射せず、エコー信号が微小となるまたは無エコー（信号）のに対し、軟骨下骨９０４で反射したエコー信号は高振幅となる。したがって、例えば、領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗの一方が軟骨９０１に位置している場合における、振幅レベルの平均値の差分は大きい。これに対し、領域Ｎｆｗ、Ｎｂｗ両方が軟骨９０１に位置していない場合における、振幅レベルの平均値の差分は小さい。これを利用して、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、記憶部に記憶したコストマップから、差分が大きい位置を、深度方向における軟骨下骨９０４の表面位置として検出する。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、深度方向における軟骨９０１の表面位置、より詳しくは、軟骨９０１と軟組織９０３との境界位置を検出する。軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａと同様に、この軟骨９０１の表面位置検出を、ｘ、ｙ方向それぞれに対して行うが、以下では、ｘ方向に対するｚ方向の軟骨９０１の表面位置の検出方法について説明する。

図６は、軟骨９０１の表面位置検出を行う方法を説明するための図である。図６では、図５に示す画像の一部を表した図である。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、所定領域内に含まれる振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）を、記憶部から抽出する。所定領域とは、軟骨下骨位置検出部１４２Ａが検出した軟骨下骨９０４の表面位置から、深度方向の軟組織９０３側に、厚さＴｈを有する領域である。厚さＴｈは、一般的に想定される人間の測定部位（軟骨）の厚さの最大値である。そして、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、想定される軟骨の厚さの最大値に応じて、深度方向の探索範囲を決定する。すなわち、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、抽出した領域内の振幅データＤcomp（ｘ、ｚ）から、図５での説明と同様、二つの領域Ｃｆｗ、Ｃｂｗを設定する。そして、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、領域Ｃｆｗ、Ｃｂｗそれぞれでの振幅レベルの平均値の差分を算出し、算出結果をコストマップのデータとして記憶部に記憶させる。

前記したように、軟骨９０１部分では超音波信号は反射せず、無エコー信号となる。そして、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａによる軟骨下骨９０４の位置検出方法と同様に、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、記憶部に記憶されたコストマップのデータから、差分が大きい位置を、深度方向における軟骨９０１の表面位置として検出する。図７は、コストマップに基づいて生成した画像データを表示した図である。軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、この軟骨９０１の表面位置検出を、ｘ、ｙ方向それぞれに対して行い、軟骨９０１の表面位置の３次元座標の情報Ｚ（ｘ、ｙ）を得る。

形状検出部１４３は、位置検出部１４２で検出された各位置の情報に基づいて軟骨表面又は軟骨下骨表面の形状を検出する。形状検出部１４３は、位置検出部１４２により得られる３次元情報Ｚ（ｘ、ｙ）に面フィッティングを行うことで、軟骨表面又は軟骨下骨表面の平面を算出（形状を検出）する。この面フィッティングには、例えば、最小自乗法が用いられる。

角度算出部１４４は、超音波信号が送信された位置における軟骨表面又は軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する。すなわち、角度算出部１４４は、算出された平面の超音波信号が送信された位置に対応する法線ベクトルを検出する。前記のように、超音波信号の音軸が軟骨９０１の表面に対して略垂直となるように、超音波プローブ１００を膝の表面に当接させることが好ましい。このため、検出される法線ベクトルは、深度方向に平行であることが好ましい。そこで、角度算出部１４４は、深度方向に対する法線ベクトルの角度θｘ、θｙを算出する。角度θｘは、ｘ方向のモーメントであり、角度θｙは、ｙ方向のモーメントである。この角度θｘ、θｙが、軟骨９０１の軟骨表面に対する超音波信号の音軸の入射角となる。

画像データ生成・出力部１４５は、角度算出部１４４が算出した角度θｘ、θｙを、不図示のモニタに表示するための画像データを生成し、モニタに出力する。図８は、当接角度ガイドの表示の一例を示す図である。画面には、θｘ軸、θｙ軸、許容範囲１０１、及び角度ポインタ１０２が表示される。角度ポインタ１０２は、現在の超音波プローブ１００の角度を示す。この角度ポインタ１０２が、許容範囲１０１内にあるか否かにより、ユーザは、膝表面に対する超音波プローブ１００の角度が適切であるか否かを把握できる。そして、この角度ポインタ１０２が、許容範囲１０１内に収まるように、ユーザは超音波プローブ１００の角度調整を行うことで、軟骨９０１の表面に対して略垂直に超音波信号を送信することができる。

なお、許容範囲１０１の数値範囲は、超音波信号による軟骨解析が正常に行われる範囲内で、適宜変更可能である。また、図８に示す画像と共に、モニタには、エコー信号の振幅を点の明るさ（輝度）として表示した画像（所謂Ｂモード像）を表示するようにしてもよい。

通知部１４６は、角度算出部１４４による検出結果（例えば、超音波プローブ１００の角度が所定角度範囲に含まれているか否か、又は、超音波プローブ１００の角度に関する情報を）を音又は光等で通知する通知信号を生成する。通知部１４６からの通知信号に基づいて、スピーカやＬＥＤ等の通知装置（図示せず）が通知信号をユーザに通知する。これにより、ユーザは、超音波プローブの角度調整をさらに容易に行うことができる。

判定部１４７は、角度算出部１４４が検出した角度が所定角度範囲内であるか否かを判定する。判定部１４７は、角度ポインタ１０２の位置と、許容範囲１０１の位置とを比較し、角度ポインタ１０２の位置が許容範囲１０１の位置にある場合に、角度算出部１４４が検出した角度が所定角度範囲内であると判定する。

図９は、超音波解析装置１０が実行する当接角度算出処理のフローチャートであり、超音波解析方法のフローチャートである。

操作部１１の操作を介して制御部１２が軟骨解析処理等の所定の処理の実行開始指示を受信すると、超音波解析装置１０は、図９に示す所定の処理を開始する。まず、送受信部１３（制御部１２）は、超音波プローブ１００の振動子（超音波源）から超音波信号を送信させ（送信制御ステップ）、超音波プローブ１００が受信した超音波信号のエコー信号からエコーデータ（例えば振幅データ）を生成し、記憶部に記憶する（Ｓ１）。そして、エコーデータ入力部１４１がこの振幅データの入力を受ける（Ｓ２：エコーデータ入力ステップ）。この振幅データを用いて、位置検出部１４２（軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａ及び軟骨表面位置検出部１４２Ｂ）は、軟骨下骨９０４及び軟骨９０１の各表面位置の検出を行う（Ｓ３及びＳ４：位置検出ステップ）。

図１０は、軟骨下骨９０４の表面位置検出処理のフローチャートである。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、振幅データの移動平均を取る（Ｓ１１）。次に、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ｂは、移動平均後の振幅データのデータ数を間引きし、ノイズレベル検出を行う（Ｓ１２）。ノイズレベル検出とは、例えば、一般的に想定される深度方向の軟骨９０１等の位置から外れた領域の無エコー（または微小エコー）のデータに対応する振幅データをエコーデータに対応する振幅データから削除する。これにより、処理時間の短縮等を図ることができる。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、所定値レベルを超えるエコーデータの信号強度を所定値レベル以下に抑制するコンプレッサ処理を行う（Ｓ１３）。その後、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、コンプレッサ処理後の振幅データを用いて、コストマップを生成する（Ｓ１４）。コストマップの生成方法は、前記の通りである。軟骨下骨表面位置検出部１４２Ｂは、生成したコストマップのデータを記憶部に記憶させる。

軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、生成したコストマップから、ダイクストラ法により、軟骨下骨９０４の表面位置を検出する（Ｓ１５）。軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａは、検出した軟骨下骨９０４の表面位置を記憶部に記憶させる。

図９に戻り、上述したように、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、軟骨９０１の表面位置の検出を行う（Ｓ４）。図１１は、軟骨９０１の表面位置検出処理のフローチャートである。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、図９に示す処理で、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａが検出した軟骨下骨９０４の表面位置を基準とした所定領域内に含まれる振幅データ（エコーデータ）を、記憶部から抽出する（Ｓ２１）。ここで抽出される振幅データは、送受信部１３により生成され、記憶部に記憶された振幅データである。また、所定領域とは、図６で説明したように、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ｂが検出した軟骨下骨９０４の表面位置から、深度方向の軟組織９０３側に、厚さＴｈを有する領域である。

軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、抽出した振幅データの移動平均を取り（Ｓ２２）、データ数を間引きする（Ｓ２３）。なお、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、この間引き処理後に、軟骨下骨表面位置検出部１４２Ａと同様、ノイズレベル検出を行ってもよい。そして、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、所定値レベルを超える信号強度を所定値レベル以下に抑制するコンプレッサ処理を行う（Ｓ２４）。その後、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、コストマップを生成する（Ｓ２５）。そして、軟骨表面位置検出部１４２Ｂは、生成したコストマップから、ダイクストラ法により、軟骨９０１の表面位置を検出する（Ｓ２６）。

図９に戻り、形状検出部１４３は、軟骨表面位置検出部１４２Ｂにより得られる３次元情報Ｚ（ｘ、ｙ）に面フィッティングすることで平面を算出（形状を検出）する（Ｓ５：形状検出ステップ）。

次に、角度算出部１４４は、算出された平面（形状）の法線ベクトルを検出し、深度方向に対する法線ベクトルの角度（超音波信号が照射された位置における軟骨表面又は軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度）θｘ、θｙを算出する（Ｓ６：角度算出ステップ）。そして、画像データ生成・出力部１４５は、算出した角度θｘ、θｙ等を、モニタに表示するための画像データを生成する（Ｓ７：角度表示ステップ）。これにより、モニタには、図８に示す画像が表示される。

なお、本実施形態では、超音波解析装置１０は、軟骨９０１の表面位置を検出し、その表面位置に対する超音波信号の音軸の角度を検出しているが、軟骨下骨９０４の表面位置に対する超音波信号の音軸の角度を検出してもよい。また、本実施形態では、超音波解析装置１０は、角度θｘ、θｙを画像表示して、ユーザに通知しているが、通知部１４６を介して音又は光等により通知してもよい。

また、超音波解析装置１０は、判定部１４７に角度算出部１４４が検出した角度が所定角度範囲内であると判定された場合のみ、画像データを生成・出力する構成としてもよい。この構成により、より精度の高い軟骨等の画像データが得られ、ユーザは、より正確に、軟骨の状態を解析することができる。

Ｃｂｗ、Ｃｆｗ…領域
Ｎｂｗ、Ｎｆｗ…領域
１０…超音波解析装置
１１…操作部
１２…制御部
１３…送受信部
１４…信号処理部
１００…超音波プローブ
１０１…許容範囲
１０２…角度ポインタ
１４１…エコーデータ入力部
１４２…表面位置検出部
１４２Ａ…軟骨下骨表面位置検出部
１４２Ｂ…軟骨表面位置検出部
１４３…形状検出部
１４４…角度算出部
１４５…画像データ生成・出力部
１４６…通知部
１４７…判定部
９０１…軟骨
９０２…骨
９０３…軟組織
９０４…軟骨下骨
９０５…膝表面

Claims (9)

1. 超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる制御部と、
   前記制御部により送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受けるエコーデータ入力部と、
   前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部で検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する形状検出部と、
   前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する角度算出部と、
   を備える超音波解析装置。
2. 請求項１に記載の超音波解析装置であって、
   前記制御部は、前記超音波源の前記被検体に対する位置を制御することにより、又は、前記超音波源の前記被検体に対する前記超音波信号の送信角を制御することにより、前記被検体の内部にある前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に前記超音波信号を送信させる超音波解析装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の超音波解析装置であって、
   前記角度算出部による検出結果を通知する通知部をさらに備える超音波解析装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波解析装置であって、
   前記角度算出部が検出した角度が所定角度範囲内であるか否かを判定する判定部、をさらに備える超音波解析装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波解析装置であって、
   前記形状検出部は、
   前記超音波源から前記被検体の内部に向かう深度方向及び前記深度方向に直交する直交方向の複数サンプルのエコー信号からなる第１領域での信号レベル、及び、前記深度方向において前記第１領域に隣接する第２領域での前記エコー信号の信号レベルの差から、前記軟骨表面、又は前記軟骨下骨表面を探索し、
   前記角度算出部は、
   前記形状検出部による探索結果を用いて、角度を検出する、
   超音波解析装置。
6. 請求項５に記載の超音波解析装置であって、
   前記形状検出部は、
   前記深度方向における，想定される測定部位の軟骨の最大厚さに応じて、前記深度方向の探索範囲を決定する、
   超音波解析装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波解析装置であって、
   前記位置検出部は、
   所定値を超えるエコー信号の信号レベルを前記所定値以下に抑制し、
   前記角度算出部は、
   前記位置検出部による抑制後のエコー信号のエコーデータを用いて、前記角度を検出する、
   超音波解析装置。
8. 超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる送信制御ステップと、
   前記送信制御ステップにより送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受けるエコーデータ入力ステップと、
   前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出ステップと、
   前記位置検出ステップで検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する形状検出ステップと、
   前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する角度算出ステップと、
   を備える超音波解析方法。
9. コンピュータを、
   超音波源を制御して、被検体の内部にある軟骨表面又は軟骨下骨表面の互いに異なる複数の位置に向けて、前記超音波源から所定の音軸で超音波信号を送信させる送信制御ステップと、
   前記送信制御ステップにより送信された前記超音波信号が前記被検体の内部で反射されてなるエコー信号のエコーデータの入力を受けるエコーデータ入力ステップと、
   前記超音波源と前記互いに異なる複数の前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出ステップと、
   前記位置検出ステップで検出された前記各位置の情報に基づいて、前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の形状を検出する形状検出ステップと、
   前記超音波信号が送信された前記位置における前記軟骨表面又は前記軟骨下骨表面の法線方向と該超音波信号の音軸とがなす角度を算出する角度算出ステップと、
   として機能させる超音波解析プログラム。