JP6704760B2 - 超音波診断装置及び生体検査装置 - Google Patents
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Description
図2は、プローブPを被検体との接触面側から見た図である。図3は、図2におけるA−Aの断面を矢印の方向から見た図である。図1〜図3に示す様に、プローブPは、超音波プローブ12と、光プローブ40とを有している。
超音波送信ユニット21は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。トリガ発生回路では、所定のレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)で、送信超音波を形成するためのトリガパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各トリガパルスに与えられる。パルサ回路は、このトリガパルスに基づくタイミングで、プローブ12に駆動パルスを印加する。
図4は、光計測処理ユニット42の構成を説明するためのブロック図である。なお、本実施形態においては、光プローブ40、光計測処理ユニット42、記憶ユニット32に格納された近接評価値に基づくプローブナビゲーション機能を実現するための専用プログラム等によって生体検査装置4を構成するものとする。しかしながら、当該例に拘泥されず、光プローブ40、光計測処理ユニット42の他、例えば図1に示した支援情報生成ユニット44を含めて生体検査装置4を構成するようにしてもよい。また、本実施形態においては、生体検査装置4は超音波診断装置1に組み込まれたものとして説明している。しかしながら、当該例に拘泥されず、生体検査装置4は、超音波診断装置1に対して取り外し可能な形態として、別体で構成するようにしてもよい。
図5は、生体検査装置4の光学計測系の回路構成の一例を示した図である。同図の例では、三種類の異なる波長を用いた光学計測を実現するものである。すなわち、第1光照射部400aには、それぞれ波長λ1, λ2,λ3(同図の例では、λ1=765nm、λ2=809nm、λ3=855nm)の3光源420a1,420a2,420a3のLEDが採用されている。同様に、第2光照射部400bには、波長λ1, λ2,λ3の3光源420b1,420b2,420bのLEDが採用されている。光源420a1は周波数f1で、光源420a2及び420a3は周波数f3で、光源420b1は周波数f2で、光源420b2及び420b3は周波数f4で、それぞれ明滅駆動される。
入力装置13は、装置本体11に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域(ROI)の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体11にとりこむための各種スイッチ、後述する粗検索モードと微調整モードとを切り替えるスイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。また、入力装置13は、後述する穿刺術支援機能において、穿刺針の針先位置を含む穿刺術情報を取り込むタイミングを指示するためのボタン等を有している。
本実施形態に係る生体検査装置4は、手技によりプローブPを移動させながら、複数の計測位置において生体光計測(すなわち、複数の光照射部400による生体内への光照射、及び複数の光検出部401による生体内からの光検出の一連の動作)を実行する。
まず、実験事実に基づく技術的背景について説明する。図7(a)は、波長855nmの光に対する波長765nmの光の規格化光強度比の空間分布を、ファントムの端面を基準として光源位置の距離を横軸に選び、良性腫瘍、悪性腫瘍について示したグラフである。また、図7(b)は、所定の位置において検出された、波長855nmの光強度と波長765nmの光強度そのもの(或いは、それぞれ初期値(リファレンス値)によって規格化したもの)を、良性腫瘍、悪性腫瘍について示したグラフである。
D(n,λ0,L1)=s(n,λ0,L1)/i(n,λ0,L1) (11)
D(n,λ0,L2)=s(n,λ0,L2)/i(n,λ0,L2) (12)
次に、光解析部424は、次の式(21)、(22)に従って、波長λ1の測定値の基準波長λ0の測定値に対する光強度比を求め、初期値の光強度比で規格化した値R(n,L1)、R(n,L2)を算出する(ステップS3)。
R(n,L1)={i(n,λ0,L1)/i(n,λ1,L1)}/
{s(n,λ0,L1)/s(n,λ1,L1)} (21)
R(n,L2)={i(n,λ0,L2)/i(n,λ1,L2)}/
{s(n,λ0,L2)/s(n,λ1,L2)} (22)
次に、光解析部424は、第1光照射部400a(L1)と第1光検出部401an、第2光照射部400b(L2)と第2光検出部401bnのペア(対)毎に、規格化光強度と規格化光強度比にそれぞれの重みを作用させた値M(n,L1)、M(n,L2)を、次の式(41)、(42)に従って計算する(ステップS4)。
M (n,L1) =K (n,L1) ・D (n,L1) G1 ・R (n,L1) G2 (41)
M (n,L2) =K (n,L2) ・D (n,L2) G1 ・R (n,L2) G2 (42)
ここで、K(n,L1)、K(n,L2)は、第1光照射部400a(L1)と第1光検出部401an、第2光照射部400b(L2)と第2光検出部401bのペアに対応して設定される重み係数である。また、G1は規格化基準光強度に対して、G2は規格化光強度比に対して設定される重み指数である。なお、K(n,L1)、K(n,L2)、G1、G2は、外部設定によりそれぞれ好適な値とされる。特に、乳がん検診におけるG1、G2の好適な値については、後で詳しく説明する。
ML1=Σn=1〜4M(n,L1)/Σn=1〜4K(n,L1) (51)
ML2=Σn=1〜4M(n,L2)/Σn=1〜4K(n,L2) (52)
次に、光解析部424は、次の式(61)に従って、二つの光照射部L1、L2について、ML1、ML2の相乗平均を計算し、近接評価値Mを取得する(ステップS6)。
M=(ML1・ML2)1/2 (61)
なお図8では粗検索モードでデータ処理を例示したが、微調整モードでも、他のモードでも同様に行う事ができる。
重み指数G1、G2は、マニュアル操作や複数の推奨値からの選択等により、所望の値に設定することが可能である。しかしながら、重み指数G1、G2の値は、診断対象に応じて適宜設定されることが好ましい。以下、超音波診断装置を用いた乳がん等の検診を例に、重み指数G1、G2の好適な値について説明する。
Claims (21)
- 超音波送受信面から被検体に超音波を送信し、前記超音波送受信面を介して、前記被検体内において伝播された超音波を受信する超音波プローブと、
それぞれが異なる周波数で光強度変調されているピーク波長が異なる光を発生する複数の光源と、それぞれが前記複数の光源と光学的に接続され前記各光源が発生する前記光を前記超音波送受信面の周囲から前記被検体内に照射する複数の照射ユニットと、前記各照射ユニットから照射され前記被検体内で伝播された前記ピーク波長が異なる光の強度を検出する複数の光検出器と、を有し、前記超音波プローブと一体化して設けられた光プローブと、
前記複数の光検出器のうちの一つによって検出され且つ前記複数の光源の前記ピーク波長が異なる光のうちの一つから選択された基準波長を用いて、第一の光の第一の強度を設定し、前記複数の光検出器によって検出され且つ前記基準波長を伴う前記第一の光とは異なる複数の第二の光に対応する、複数の第二の強度を前記第一の強度で規格化し、規格化された前記複数の第二の強度について非線形強調補正をすることで第一の値を計算し、前記第一の光の前記第一の強度について非線形緩和補正をすることで第二の値を計算し、前記第一の値と前記第二の値とに基づいて評価値を算出する算出ユニットと、
前記評価値に基づいて、異常との疑いのある部位に前記超音波プローブと一体化して設けられる前記光プローブの配置位置をナビゲートするための情報を出力する出力ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - それぞれが異なる周波数で光強度変調されているピーク波長が異なる光を発生する複数の光源と、それぞれが前記複数の光源と光学的に接続され前記各光源が発生する前記光を超音波プローブの超音波送受信面の周囲から被検体内に照射するための複数の照射ユニットと、前記各照射ユニットから照射され前記被検体内で伝播された前記ピーク波長が異なる光の強度を検出する複数の光検出器と、を有し、前記超音波プローブと一体化して設けられるための光プローブと、
前記複数の光検出器のうちの一つによって検出され且つ前記複数の光源の前記ピーク波長が異なる光のうちの一つから選択された基準波長を用いて、第一の光の第一の強度を設定し、前記複数の光検出器によって検出され且つ前記基準波長を伴う前記第一の光とは異なる複数の第二の光に対応する、複数の第二の強度を前記第一の強度で規格化し、規格化された前記複数の第二の強度について非線形強調補正をすることで第一の値を計算し、前記第一の光の前記第一の強度について非線形緩和補正をすることで第二の値を計算し、前記第一の値と前記第二の値とに基づいて評価値を算出する算出ユニットと、
前記評価値に基づいて、異常との疑いのある部位に前記超音波プローブと一体化して設けられる前記光プローブの配置位置をナビゲートするための情報を出力する出力ユニットと、
を具備することを特徴とする生体検査装置。 - 前記算出ユニットは、前記複数の光検出器で検出された前記第一の値と前記第二の値とを積算することで、
前記評価値を計算することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。 - 前記算出ユニットは、べき関数を用いて前記非線形強調補正と前記非線形緩和補正とを実行することを特徴とする請求項1又は3に記載の超音波診断装置。
- 前記べき関数は、M(n,Lm)=K(n,Lm)・D(n,Lm) G1・R(n,Lm) G2に従うものであり、ここで、nは前記複数の光検出器の第一の番号であり、mは前記複数の照射ユニットの第二の番号であり、M(n,Lm)は近接評価値であり、K(n,Lm)は重み係数であり、G1は規格化された光強度変化D(n,Lm)についての第一のべき指数であり、G2は規格化された光強度比R(n,Lm)についての第二のべき指数であること、
を特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。 - 前記算出ユニットは、異常との疑いのある部位の第一の評価値を、健常部位の第二の評価値で規格化することを特徴とする請求項1、3乃至5のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
- 前記算出ユニットは、前記第一のべき指数を0<G1≦1と設定し、前記第二のべき指数を1<G2≦4と設定することを特徴とする請求項5記載の超音波診断装置。
- 前記算出ユニットは、異常との疑いのある部位の前記近接評価値M(n,Lm)を、他の健常部位の別の前記近接評価値M(n,Lm)で規格化することを特徴とする請求項5記載の超音波診断装置。
- 前記光強度変化D(n,Lm)は、前記基準波長について、D(n,Lm)=s(n,Lm)/i(n,Lm)に従うものであり、ここで、s(n,Lm)は初期光強度であり、i(n,Lm)は検出された光強度であること、
を特徴とする請求項5,7及び8のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。 - 前記光強度比R(n,Lm)は、検出された光強度の比を用いて、初期光強度の比で規格化したものであること、
を特徴とする請求項5,7乃至9のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。 - 前記光強度比R(n,Lm)は、R(n,Lm)={i(n,λ0,Lm)/i(n,λ1,Lm)}/{s(n,λ0,Lm)/s(n,λ1,Lm)}に従うものであり、ここで、λ0は前記基準波長であり、λ1は前記基準波長とは異なる波長であり、i(n,λ0,Lm)はλ0について検出された光強度であり、i(n,λ1,Lm)はλ1について検出された光強度であり、s(n,λ0,Lm)はλ0についての初期光強度であり、s(n,λ1,Lm)はλ1についての初期光強度であること、
を特徴とする請求項5,7乃至10のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。 - 前記算出ユニットは、前記複数の光検出器で検出された前記第一の値と前記第二の値とを積算することで、
前記評価値を計算することを特徴とする請求項2記載の生体検査装置。 - 前記算出ユニットは、べき関数を用いて前記非線形強調補正と前記非線形緩和補正とを実行することを特徴とする請求項2又は12に記載の生体検査装置。
- 前記べき関数は、M(n,Lm)=K(n,Lm)・D(n,Lm) G1・R(n,Lm) G2に従うものであり、ここで、nは前記複数の光検出器の第一の番号であり、mは前記複数の照射ユニットの第二の番号であり、M(n,Lm)は近接評価値であり、K(n,Lm)は重み係数であり、G1は規格化された光強度変化D(n,Lm)についての第一のべき指数であり、G2は規格化された光強度比R(n,Lm)についての第二のべき指数であること、
を特徴とする請求項13記載の生体検査装置。 - 前記算出ユニットは、異常との疑いのある部位の第一の評価値を、健常部位の第二の評価値で規格化することを特徴とする請求項2、12乃至14のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
- 前記算出ユニットは、前記第一のべき指数を0<G1≦1と設定し、前記第二のべき指数を1<G2≦4と設定することを特徴とする請求項14記載の生体検査装置。
- 前記算出ユニットは、異常との疑いのある部位の前記近接評価値M(n,Lm)を、他の健常部位の別の前記近接評価値M(n,Lm)で規格化することを特徴とする請求項14記載の生体検査装置。
- 前記光強度変化D(n,Lm)は、前記基準波長について、D(n,Lm)=s(n,Lm)/i(n,Lm)に従うものであり、ここで、s(n,Lm)は初期光強度であり、i(n,Lm)は検出された光強度であること、
を特徴とする請求項14,16及び17のうちいずれか一項記載の生体検査装置。 - 前記光強度比R(n,Lm)は、検出された光強度の比を用いて、初期光強度の比で規格化したものであること、
を特徴とする請求項14,16乃至18のうちいずれか一項記載の生体検査装置。 - 前記光強度比R(n,Lm)は、R(n,Lm)={i(n,λ0,Lm)/i(n,λ1,Lm)}/{s(n,λ0,Lm)/s(n,λ1,Lm)}に従うものであり、ここで、λ0は前記基準波長であり、λ1は前記基準波長とは異なる波長であり、i(n,λ0,Lm)はλ0について検出された光強度であり、i(n,λ1,Lm)はλ1について検出された光強度であり、s(n,λ0,Lm)はλ0についての初期光強度であり、s(n,λ1,Lm)はλ1についての初期光強度であること、
を特徴とする請求項14,16乃至19のうちいずれか一項記載の生体検査装置。 - 超音波プローブと共に用いられる生体検査装置であって、
それぞれが異なる周波数で光強度変調されているピーク波長が異なる光を発生する複数の光源と、それぞれが前記複数の光源と光学的に接続され前記各光源が発生する前記光を被検体内に照射する複数の照射ユニットと、前記各照射ユニットから照射され前記被検体内で伝播された前記ピーク波長が異なる光の強度を検出する複数の光検出器と、を有する光プローブと、
前記複数の光検出器のうちの一つによって検出され且つ前記複数の光源の前記ピーク波長が異なる光のうちの一つから選択された基準波長を用いて、第一の光の第一の強度を設定し、前記複数の光検出器によって検出され且つ前記基準波長を伴う前記第一の光とは異なる複数の第二の光に対応する、複数の第二の強度を前記第一の強度で規格化し、規格化された前記複数の第二の強度について非線形強調補正をすることで第一の値を計算し、前記第一の光の前記第一の強度について非線形緩和補正をすることで第二の値を計算し、前記第一の値と前記第二の値とに基づいて評価値を算出する算出ユニットと、
前記評価値に基づいて、異常との疑いのある部位に前記光プローブの配置位置をナビゲートするための情報を出力する出力ユニットと、
を具備することを特徴とする生体検査装置。
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