JP6663029B2 - 超音波診断装置及び超音波診断装置の制御方法 - Google Patents
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Description
また、この場合において、特許文献1及び2に開示の技術では、診断部位を判別する手段が存在しないため、診断部位が未知の場合には、その診断部位に対して適切な計測方法を選択することが困難であるという問題があった。
実施の形態1
図1に、本発明の実施の形態1に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置1は、振動子アレイ2Aを内蔵する超音波プローブ2を備え、超音波プローブ2に、画像取得部3を介して表示制御部7及び表示部8が順次接続されている。
更に、画像取得部3、表示制御部7、プローブ姿勢角検出部10、部位確率計算部11、計測方法変更部12、画像解析部13、部位判別部14及び画像化条件変更部15に装置制御部16が接続され、装置制御部16に、操作部17及び格納部18がそれぞれ接続されている。なお、装置制御部16と格納部18とは、それぞれ双方向に情報を受け渡し可能に接続される。
送信回路5は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、装置制御部16からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、振動子アレイ2Aの複数の素子から送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数の素子に供給する。
弾性マップ生成部23は、Bモード画像生成部21において生成された音線信号及び受信回路4から出力された受信信号に基づいて、応力分布と歪みデータとから、Bモード画像に含まれる部位の各組織に対する弾性率の分布である弾性マップを生成する。生成された弾性マップは、例えば、弾性率の分布がカラー画素を用いてマッピングされたものであり、マッピングされた各弾性率の情報が対応するBモード画像中の部位の各組織に重畳されるように、Bモード画像に合成される。
音速マップ生成部24は、受信信号に基づいて、Bモード画像に含まれる部位の各組織における局所音速値を算出し、各組織に対する局所音速値の分布である音速マップを生成する。生成された音速マップは、例えば、局所音速値の分布がカラー画素を用いてマッピングされたものであり、マッピングされた各局所音速値の情報が、対応するBモード画像中の部位の各組織に重畳されるように、Bモード画像に合成される。
なお、ドプラ画像信号、弾性マップ信号及び音速マップ信号は、それぞれ、ドプラ画像生成部22、弾性マップ生成部23及び音速マップ生成部24において、Bモード画像信号と同様にラスター変換され、画像信号に諧調処理済等の各種の必要な画像処理を施した後、表示制御部7に出力される。
表示部8は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)等のディスプレイ装置を含んでおり、装置制御部16の制御の下、超音波診断画像を表示する。
姿勢センサ9は、超音波プローブ2の動作又は位置を検出できるものであれば特に制限されないが、以下においては、姿勢センサ9として超音波プローブ2の動作を検出する加速度センサを用いた場合について説明する。この際、姿勢センサ9は、3次元空間内において互いに直交する3つの軸に沿った3成分の加速度を電気信号として検出する。更に、姿勢センサ9が検出した信号は、プローブ姿勢角検出部10に出力される。
プローブ姿勢角検出部10は、姿勢センサ9が検出した超音波プローブ2の動作を示す信号に基づいて、超音波プローブ2の姿勢角を検出する。例えば、姿勢センサ9において得られた3次元空間内の加速度から、周知の計算方法を用いて超音波プローブ2の姿勢角を算出することができる。
部位判別部14は、画像解析部13における超音波画像の解析結果に基づいて、超音波画像に含まれる被検体の部位を判別し、画像化条件変更部15に対して判別した部位の情報を出力する。
操作部17は、オペレータが入力操作を行うためのものであり、キーボード、マウス、トラックボール及びタッチパネル等を備えて構成することができる。
格納部18は、超音波診断装置1の動作プログラム等を格納するもので、HDD(Hard Disc Drive:ハードディスクドライブ)、SSD(Solid State Drive:ソリッドステートドライブ)、FD(Flexible Disc:フレキシブルディスク)、MOディスク(Magneto-Optical disc:光磁気ディスク)、MT(Magnetic Tape:磁気テープ)、RAM(Random Access Memory:ランダムアクセスメモリ)、CD(Compact Disc:コンパクトディスク)、DVD(Digital Versatile Disc:デジタルバーサタイルディスク)、SDカード(Secure Digital card:セキュアデジタルカード)、USBメモリ(Universal Serial Bus memory:ユニバーサルシリアルバスメモリ)等の記録メディア、又はサーバ等を用いることができる。
まず、ステップS1において、装置制御部16は、画像取得部3において超音波画像を取得する際の計測方法を第1の計測方法に初期化すると共に、画像取得部3において超音波画像を取得するための画像化条件を第1の画像化条件に初期化する。第1の計測方法は、超音波診断に用いられる計測方法であれば特に限定されるものではないが、以下においては、第1の計測方法は、各診断部位に対して汎用に用いられる場合が多いBモード計測であるとして説明する。また、第1の画像化条件は、例えば、複数の診断部位に対して汎用な設定がなされた画像化条件である。このような、複数の診断部位に対して汎用な画像化条件は、例えば、eFAST検査等の連続診断において、複数の部位を迅速に診断できるように設定されることが多い。
ステップS3において、画像生成部6のBモード処理部20は、第1の画像化条件において設定されている、超音波画像取得の際のフレームレートに基づいて受信回路4から入力された受信信号を用いて、順次Bモード画像を生成する。
また、ステップS4において、プローブ姿勢角検出部10は、姿勢センサ9から入力された超音波プローブ2の動作を表す電気信号に基づいて、ステップS2において行われた超音波ビームの送受信又は走査の際の超音波プローブ2の姿勢角を検出する。例えば、姿勢センサ9により検出された、3次元空間内において互いに直交する3つの軸に沿った3成分の加速度から、公知の計算方法を用いて超音波プローブ2の姿勢角を算出することができる。超音波プローブ2の姿勢角は、超音波診断を行う被検体の各部位に応じて異なる。例えば、eFAST検査においては、診断部位として心臓、肺、右腹部、左腹部及び膀胱があり、これらの部位に対して適切な検査を行うために、それぞれの部位に応じて超音波プローブ2を、異なる姿勢角において使用することが知られている。また、複数の部位の超音波診断において、例えば腹部の診断において、オペレータは、超音波プローブ2を動かしながら診断を行うことが多い。このように、超音波診断中にオペレータにより超音波プローブ2が動かされる場合には、プローブ姿勢角検出部10は、例えば、一定時間内の超音波プローブ2の姿勢角の平均値を、超音波プローブ2の姿勢角として検出することができる。
なお、この閾値は、例えば、過去の診断又は予備試験等における超音波プローブ2の姿勢角に対して統計値を算出する等により決定されることができる。
なお、Nは1以上の自然数であって、超音波診断装置1のプログラム等において予め設定できるが、オペレータが超音波診断装置1を用いた超音波画像の生成に失敗した場合など、超音波画像を取得し直すことが好ましい場合があるため、2以上の数であることが好ましい。
更に、ステップS9においては、画像取得部3の画像生成部6は、第2の計測方法に従って取得された超音波の受信信号を用いて超音波画像を生成する。例えば、第2の計測方法としてドプラ計測を行った場合には、画像生成部6のドプラ画像生成部22は、カラードプラ画像を生成することができる。このカラードプラ画像においては、流速が変化する部分がカラー画素となる。
続くステップS13において、画像取得部3の受信回路4及び送信回路5は、第2の画像化条件の下、第2の計測方法に従って、部位判別部14により判別された部位に対して超音波ビームの送受信及び走査を行う。
更に、ステップS14において、画像取得部3の画像生成部6は、第2の画像化条件の下、受信回路4及び送信回路5により取得された受信信号から第2の計測方法に基づいた画像信号を生成する。また、図示しないが、ステップS14において、第2の計測方法に限定されずに、所望の計測方法に基づいた画像信号を生成することもできる。例えば、ステップS1〜ステップS3おいて用いた計測方法であるBモード計測に基づいて、ステップS14においてBモード画像を生成することができる。
例えば、姿勢センサ9として超音波プローブ2に取り付けられたジャイロセンサを用い、ジャイロセンサから得られる超音波プローブ2の角速度に基づいて、周知の計算方法から超音波プローブ2の姿勢角を検出しても良い。また、例えば、姿勢センサ9として磁気センサを用い、磁気センサにより検出された超音波プローブ2の位置情報に基づいて超音波プローブ2の姿勢角を検出しても良い。更に、例えば、姿勢センサ9としてGPSセンサを用い、GPSセンサから得られた超音波プローブ2の位置情報に基づいて超音波プローブ2の姿勢角を検出しても良い。
画像解析部13は、画像解析の手段としてパターン認識を行う場合には、各部位に対する類似度等をスコアとして算出することができる。その場合には、部位判別部14は、算出されたスコアが一定値以上か否かを判定することにより、超音波画像に含まれる部位が心臓であるか右腹部であるかを判別することができる。
また、例えば、肺と膀胱とを区別するために、第2の計測方法として音速計測が行われた場合にも、画像解析部13は、カラー画素の面積を算出することができる。肺は、空気を多く含み、膀胱は、臓器としての構造及び尿を含むため、肺及び膀胱においては、それぞれ音速が異なる。そのため、例えば、部位判別部14は、画像解析部13において算出されたカラー画像の面積が一定値以上であるか否かを判定することにより、超音波画像に含まれる部位が肺であるか膀胱であるかを判別することができる。
また、超音波プローブ2は、被検体に向けて超音波ビームを送受信できるものであれば特に限定されず、セクタ型、コンベックス型、リニア型及びラジアル型等の形態であっても良い。
図5に実施の形態2の超音波診断装置26を示す。この超音波診断装置26は、図1に示した実施の形態1の超音波診断装置1において、姿勢センサ及びプローブ姿勢角検出部を有さず、部位確率計算部11の代わりに部位確率計算部27を有し、更に、画像解析部13が部位確率計算部27に接続するものである。その他の構成は、図1に示す超音波診断装置1と同一の構成要素を有する。そのため、図5において、図1と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、それらの構成要素の詳細な説明は省略する。
実施の形態1における部位確率計算部11は、超音波プローブ2の姿勢角に基づいて、超音波画像に含まれる被検体の部位が特定の各部位である確率を計算したが、この実施の形態2における部位確率計算部27は、画像解析の結果に基づいて、超音波画像に含まれる被検体の部位が特定の各部位である確率を計算する。
このような構成の下、以下において、図6に示すフローチャートを用いて実施の形態2の超音波診断装置26の動作を説明する。
ステップS18において、第1の画像化条件を用いた超音波画像の取得がステップS1における初期化から数えて1回目であった場合には、ステップS19に進む。ステップS19において、画像解析部13は、画像取得部3の画像生成部6から出力された単フレームの超音波画像に対して画像解析を行う。ステップS19において行われる単フレームの超音波画像に対する画像解析は、超音波画像に含まれる被検体の部位の候補を、例えば、eFAST検査において定められている複数の診断部位から絞り込むために行われる。そのような、単フレームの超音波画像に対する画像解析として、例えば、画像解析部13は、単フレームの超音波画像に含まれるエッジ構造を検出し、特定の方向、例えば斜め方向を向いたエッジ構造の画素の面積(エッジ画素面積)を求めることができる。
ステップS6において、部位確率計算部27が計算した複数の部位確率のうち少なくとも1つの部位確率が閾値以上であると判定された場合には、ステップS7に進む。ステップS7〜ステップS15は、図4に示す実施の形態1のステップS7〜ステップS15と同一であり、部位確率に基づいて第1の計測方法を第2の計測方法に変更した後、更に取得した超音波画像を画像解析することにより、超音波画像に含まれる被検体の部位が判別される。その後、第1の画像化条件が、判別された部位に対して好適な第2の画像化条件に変更され、第2の画像化条件を用いて超音波画像が更に取得される。そして、診断部位が変更されるまで超音波画像が更に取得され、診断部位が変更された際には、ステップS1に戻る。
ステップS23において、複数フレームの超音波画像に対する画像解析の結果に基づいて計算された複数の部位確率の全てが閾値未満であると判定された場合には、ステップS16に進む。
ステップS16においては、図4に示す実施の形態1のステップS16と同様に、ステップS23において複数の部位確率が全て閾値未満であると判定された数がN回であるか否かが判定される。その際、ステップS23において複数の部位確率が全て閾値未満であると判定された数がN回未満であった場合には、ステップS2に戻る。その後、ステップS23において複数の部位確率が全て閾値未満であると判定された数がN回となった場合には、ステップS17において、表示部8がエラー表示をして超音波診断装置26の動作が終了する。
一方、ステップS23において、複数フレームの超音波画像に対する画像解析の結果に基づいて計算された複数の部位確率のうち少なくとも1つが閾値以上であると判定された場合には、ステップS7に進む。
例えば、単フレームの超音波画像を用いた画像解析として高輝度画素の検出が行われる場合には、ステップS19において、画像解析部13は、超音波画像に含まれる一定以上の輝度を有する画素の面積(高輝度画素面積)を算出することができる。続くステップS20において、部位確率計算部27は、例えば、各診断部位に対する目標の高輝度画素面積(目標高輝度画素面積)とステップS19において算出された実際の高輝度画素面積との差の逆数を、部位確率として計算することができる。
また、例えば、単フレームの超音波画像を用いた画像解析としてテンプレートマッチング等のパターン認識が行われる場合には、ステップS19において、画像解析部13は、各診断部位のテンプレートと実際の超音波画像に含まれる部位との類似度をスコアとして算出することができる。続くステップS20において、部位確率計算部27は、例えば、各診断部位に対する目標の類似度のスコア(目標スコア)とステップS19において算出された実際のスコアとの差の逆数を、部位確率として計算することができる。
図7に実施の形態3の超音波診断装置28を示す。この超音波診断装置28は、図1に示す実施の形態1の超音波診断装置1の部位確率計算部11を部位確率計算部29に置換して、部位確率計算部29を画像解析部13に接続したことを除いて、図1に示す超音波診断装置1と同一の構成要素を有する。そのため、図7において、図1と同一の構成要素には同一の参照番号を付し、それら構成要素については、詳細な説明を省略する。
ところで、図1に示した実施の形態1の部位確率計算部11は、超音波プローブ2の姿勢角のみに基づいて部位確率を計算し、また、図5に示した実施の形態2の部位確率計算部27は、画像解析の結果のみに基づいて部位確率を計算した。これらに対して、実施の形態3の部位確率計算部29は、超音波プローブ2の姿勢角及び画像解析の結果を統合して部位確率を計算する。
このような構成の下、以下において、図8に示すフローチャートを用いて実施の形態3の超音波診断装置28の動作を説明する。
また、ステップS3及びステップS4に続くステップS18は、図5に示す実施の形態2のステップS18と同一であり、装置制御部16が、第1の計測方法を用いた超音波画像の取得がステップS1における初期化から1回目であるか否かを判定する。
ステップS6において、計算された複数の部位確率うち少なくとも1つが閾値以上であった場合には、ステップS7に進む。ステップS7〜ステップS15は、図4に示す実施の形態1のステップS7〜ステップS15と同一であり、詳細な説明は省略する。
ステップS6において、計算された複数の部位確率が全て閾値未満であった場合には、ステップS2に戻る。2回目のステップS2及びステップS3において、第1の計測方法を用いた超音波画像の取得が行われると、続くステップS18において、第1の計測方法を用いた超音波画像の取得が1回目ではないと判定されて、ステップS26へと進む。
ステップS23において、計算された複数の部位確率が全て閾値未満である場合には、ステップS16に進む。
ステップS16においては、図4に示す実施の形態1のステップS16と同様に、ステップS23において、装置制御部16は、複数の部位確率が全て閾値未満であると判定された回数がN回であるか否かを判定する。ステップS16において、複数の部位確率が全て閾値未満であると判定された回数がN回未満であると判定された場合には、ステップS2に戻る。その後、ステップS16において、数の部位確率が全て閾値未満であると判定された回数がN回となった場合には、ステップS17において、表示部8にエラー表示をさせて、超音波診断装置28の動作が終了する。
ステップS23において、計算された複数の部位確率のうち少なくとも1つが閾値以上である場合には、ステップS7に進む。
例えば、部位確率計算部29は、超音波プローブ2の姿勢角に基づいて計算された部位確率及び画像解析の結果に基づいて計算された部位確率の少なくとも一方に重み付けを行った上で、両者の平均値を計算することができる。このように、部位確率に重み付けを行うことにより、各部位に対する好適な部位確率の計算方法に対して優先順位を付与することができるため、各部位に対する部位確率の精度を向上させることができる。
また、例えば、部位確率計算部29は、超音波プローブ2の姿勢角に基づいて計算された部位確率及び画像解析の結果に基づいて計算された部位確率のうち、大きい部位確率を採用することもできる。この場合には、超音波プローブ2の姿勢角に基づいて計算された部位確率及び画像解析の結果に基づいて計算された部位確率のうち、各部位に対して、より好適な計算方法を用いて計算された部位確率を用いることができる。
Claims (10)
- 超音波プローブと、
複数の計測方法のうちの1つの計測方法に従って、前記超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送受信を行って超音波画像を取得する画像取得部と、
第1の計測方法に従って前記画像取得部で取得された超音波画像に対して、前記超音波プローブの姿勢角及び前記超音波画像の解析結果の少なくとも一方から、前記超音波画像に含まれる被検体の部位が特定の部位である確率を計算する部位確率計算部と、
前記部位確率計算部において計算された前記確率が定められた閾値以上である場合に、前記第1の計測方法を、前記確率を計算した部位を判別するための第2の計測方法に変更する計測方法変更部と、を有し、
前記画像取得部は、前記第2の計測方法を用いて超音波画像を更に取得することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記画像取得部は、Bモード計測、Mモード計測、弾性計測、音速計測及びドプラ計測のうちの2つ以上の計測方法を用いて超音波画像を取得する請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記超音波プローブの動作又は位置を検出する姿勢センサと、
前記姿勢センサの信号に基づいて前記姿勢角を検出するプローブ姿勢角検出部と、を更に有し、
前記部位確率計算部は、前記姿勢角に基づいて前記確率を計算する請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 - 前記画像取得部において更に取得された超音波画像を解析する画像解析部を更に有する請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記画像取得部において取得された超音波画像を解析する画像解析部を更に有し、
前記部位確率計算部は、前記画像解析部における前記解析結果に基づいて前記確率を計算する請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 - 前記画像取得部において取得された超音波画像を解析する画像解析部と、
前記超音波プローブの動作又は位置を検出する姿勢センサと、
前記姿勢センサの信号に基づいて前記姿勢角を検出するプローブ姿勢角検出部と、を更に有し、
前記部位確率計算部は、前記姿勢角及び前記画像解析部における超音波画像の解析結果に基づいて前記確率を計算する請求項1又は2に記載の超音波診断装置。 - 前記部位確率計算部は、前記画像解析部における単フレームの超音波画像に対する画像解析の結果に基づいて前記確率を計算する請求項5又は6に記載の超音波診断装置。
- 前記部位確率計算部は、前記画像解析部における複数フレームの超音波画像に共通して含まれる特定のパターンの動きに対する解析結果に基づいて前記確率を計算する請求項5又は6に記載の超音波診断装置。
- 前記画像取得部において更に取得された超音波画像に対する前記画像解析部の解析結果に基づいて前記確率が計算された被検体の部位を判別する部位判別部を更に有する請求項4〜8のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 複数の計測方法のうちの1つの計測方法に従って、超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送受信を行って超音波画像を取得し、
第1の計測方法に従って取得された超音波画像に対して、前記超音波プローブの姿勢角及び前記超音波画像の解析結果の少なくとも一方から、前記超音波画像に含まれる被検体の部位が特定の部位である確率を計算し、
計算された前記確率が定められた閾値以上である場合に、前記第1の計測方法を、前記確率を計算した部位を判別するための第2の計測方法に変更し、
前記第2の計測方法を用いて超音波画像を更に取得することを特徴とする超音波診断装置の制御方法。
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