JP6851541B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents

超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に係り、特に、視神経の計測を行う超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法に関する。
従来から、被検体の内部の画像を得るものとして、超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、一般的に、複数の素子が配列された振動子アレイが備えられた超音波プローブを備えている。この超音波プローブを被検体の体表に接触させた状態において、振動子アレイから被検体内に向けて超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを振動子アレイにおいて受信して素子データが取得される。さらに、超音波診断装置は、得られた素子データを電気的に処理して、被検体の当該部位に対する超音波画像を生成する。
このような超音波診断装置を用いて視神経の計測を自動的に行う超音波診断装置が、例えば、特許文献１に開示されている。
米国特許第８６７２８５１号明細書
ところで、視神経の超音波画像を撮像する際に、被検体の眼球の向きが偏っている場合があり、この場合には、湾曲した状態の視神経が撮像されることがある。この際に、例えば、ユーザは、眼球の向きを偏らせないように被検体に指示することにより、被検体に眼球の向きを矯正させることができるが、被検体に意識障害が発生している場合等には、被検体に対する指示により眼球の向きを矯正することができない。特許文献１に開示されている超音波診断装置では、このように、眼球の向きが偏っている場合を考慮していないため、被検体の視神経を適切に計測するための超音波画像を取得することが困難なことがあった。
また、一般的に、視神経の計測を行う場合には、視神経の中心軸に沿った方向に超音波プローブの向きを合わせて超音波画像を取得することが望ましいが、このように、超音波プローブを操作して所望の超音波画像を取得するためにはユーザの熟練が必要である。そのため、超音波診断装置の扱いに不慣れなユーザが超音波プローブの操作を行った場合には、例えば、眼球軸に対して視神経が大きく傾いて見える超音波画像が取得される等、被検体の視神経を適切に計測するための超音波画像を取得することが困難なことがあった。
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、ユーザに関わらず被検体の視神経に対して精度の良い計測を行うことができる超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送信を行って超音波画像を取得する画像取得部と、画像取得部により取得された超音波画像に対して画像解析を行って被検体の視神経を認識する視神経認識部と、視神経認識部により認識された被検体の視神経の形状を評価する視神経評価部と、視神経評価部による評価結果に基づいて、被検体の視神経の計測のための超音波画像を取得するようにユーザに超音波プローブの操作を案内する操作案内部とを備えたことを特徴とする。
視神経評価部は、被検体の視神経の湾曲度が定められた湾曲度よりも大きく湾曲しているか否かを評価することができる。
さらに、操作案内部は、視神経評価部により、被検体の視神経が定められた湾曲度よりも大きく湾曲していると評価された場合に、反対の眼における計測を行うようにユーザに超音波プローブの操作を案内することができる。
さらに、左右の眼のうちの一方のみが定められた湾曲度よりも大きく湾曲している視神経に関する参照データを記憶する参照データメモリを備え、操作案内部は、視神経評価部により、反対の眼における視神経が定められた湾曲度よりも大きく湾曲していると評価された場合に、参照データメモリに記憶されている参照データに基づいて推定された被検体の視神経の計測結果をユーザに提示することができる。
さらに、参照データメモリは、過去の実績データから収集された参照データを記憶することが好ましい。
さらに、操作案内部は、過去の実績データから得られた回帰直線を利用して、被検体の視神経の湾曲度が定められた湾曲度以下であると仮定した場合の計測結果を推定することができる。
もしくは、操作案内部は、画像特徴量を用いた機械学習により被検体の視神経の計測結果を推定することもできる。
また、視神経評価部は、被検体の視神経の湾曲度が定められた湾曲度以下であると評価した場合に、さらに、被検体の視神経の傾きが定められた傾きよりも大きく傾いているか否かを評価することができる。
さらに、操作案内部は、視神経評価部により、被検体の視神経の湾曲度が定められた湾曲度以下であり且つ被検体の視神経が定められた傾きよりも大きく傾いていると評価された場合に、被検体の視神経の傾きが小さくなるようにユーザに超音波プローブの操作を案内することができる。
また、超音波診断装置は、超音波プローブと画像取得部とを有する診断装置本体と、視神経認識部と視神経評価部と操作案内部とを有する外部処理装置とを備え、診断装置本体と外部処理装置とが通信により接続されることができる。
本発明の超音波診断装置の制御方法は、超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送信を行って超音波画像を取得し、取得された超音波画像に対して画像解析を行って被検体の視神経を認識し、認識された被検体の視神経の形状を評価し、評価結果に基づいて、被検体の視神経の計測のための超音波画像を取得するようにユーザに超音波プローブの操作を案内することを特徴とする。
本発明によれば、視神経認識部により認識された被検体の視神経の形状を評価する視神経評価部と、視神経評価部による評価結果に基づいて、被検体の視神経の計測のための超音波画像を取得するようにユーザに超音波プローブの操作を案内する操作案内部とを備えているため、ユーザに関わらず被検体の視神経に対して精度の良い計測を行うことができる。
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ブロック図である。 本発明の実施の形態１における受信部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における画像生成部の内部構成を示すブロック図である。 視神経周辺の解剖学的な構造を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の動作を表すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における案内表示の例を示す図である。 過去の実績データから得られた回帰直線の例を示す図である。 本発明の実施の形態１における案内表示の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
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１の構成を示す。図１に示すように、超音波診断装置１は、振動子アレイ２を備えており、振動子アレイ２に送信部３および受信部４がそれぞれ接続されている。受信部４には、画像生成部５、表示制御部６および表示部７が順次接続されている。ここで、送信部３、受信部４および画像生成部５により、画像取得部８が構成されている。また、画像生成部５に、視神経認識部９が接続され、視神経認識部９に、視神経評価部１０、計測部１１および解剖学的構造メモリ１３が接続されている。また、視神経評価部１０および計測部１１に、それぞれ、操作案内部１２が接続されており、操作案内部１２に、表示制御部６および参照データメモリ１４が接続されている。
さらに、表示制御部６、画像取得部８、視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１および操作案内部１２に、装置制御部１５が接続されており、装置制御部１５に、操作部１６および格納部１７が接続されている。装置制御部１５と格納部１７は、互いに双方向の情報の受け渡しが可能に接続されている。
また、振動子アレイ２は、超音波プローブ１８に含まれており、表示制御部６、画像取得部８、視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２および装置制御部１５により、プロセッサ１９が構成されている。
図１に示す超音波プローブ１８の振動子アレイ２は、１次元または２次元に配列された複数の振動子を有している。これらの振動子は、それぞれ送信部３から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に、被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各振動子は、例えば、ＰＺＴ（Lead Zirconate Titanate：チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミック、ＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子およびＰＭＮ−ＰＴ（Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate：マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成することにより構成される。
画像取得部８の送信部３は、例えば、複数のパルス発生器を含んでおり、装置制御部１５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２の複数の振動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を、遅延量を調節して複数の振動子に供給する。このように、振動子アレイ２の複数の振動子の電極にパルス状または連続波状の電圧が印加されると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状または連続波状の超音波が発生して、それらの超音波の合成波から、超音波ビームが形成される。
送信された超音波ビームは、例えば、被検体の部位等の対象において反射され、超音波プローブ１８の振動子アレイ２に向かって伝搬する。このように振動子アレイ２に向かって伝搬する超音波エコーは、振動子アレイ２を構成するそれぞれの振動子により受信される。この際に、振動子アレイ２を構成するそれぞれの振動子は、伝搬する超音波エコーを受信することにより伸縮して電気信号を発生させ、これらの電気信号を受信部４に出力する。
画像取得部８の受信部４は、装置制御部１５からの制御信号に従って、振動子アレイ２から出力される受信信号の処理を行う。図２に示すように、受信部４は、増幅部２０およびＡＤ（Analog Digital）変換部２１が直列接続された構成を有している。増幅部２０は、振動子アレイ２を構成するそれぞれの素子から入力された受信信号を増幅し、増幅した受信信号をＡＤ変換部２１に送信する。ＡＤ変換部２１は、増幅部２０から送信された受信信号をデジタル化されたデータに変換し、これらのデータを画像取得部８の画像生成部５に送出する。
画像取得部８の画像生成部５は、図３に示すように、信号処理部２２、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）２３および画像処理部２４が直列接続された構成を有している。信号処理部２２は、装置制御部１５からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づき、受信信号の各データにそれぞれの遅延を与えて加算（整相加算）を施す、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が１つの走査ラインに絞り込まれた音線信号が生成される。また、信号処理部２２は、生成された音線信号に対して、超音波が反射した位置の深度に応じて伝搬距離に起因する減衰の補正を施した後、包絡線検波処理を施して、被検体内の組織を表すＢモード画像を生成する。このように生成されたＢモード画像は、ＤＳＣ２３に出力される。
画像生成部５のＤＳＣ２３は、Ｂモード画像信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号にラスター変換する。画像生成部５の画像処理部２４は、ＤＳＣ２３において得られた画像データに対して、明るさ補正、諧調補正、シャープネス補正および色補正等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像を表示制御部６および視神経認識部９に出力する。
超音波診断装置１の解剖学的構造メモリ１３は、視神経Ｎ周辺の解剖学的構造に関わる情報を記憶する。具体的には、解剖学的構造メモリ１３は、図４に示すように、視神経Ｎと、硝子体ＶＢ、レンズ（水晶体）ＣＢ、視神経乳頭Ｈ等の視神経Ｎの周辺の解剖学的構造の形状および位置を記憶する。
また、解剖学的構造メモリ１３としては、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、またはサーバ等を用いることができる。
プロセッサ１９の視神経認識部９は、解剖学的構造メモリ１３に記憶された情報を用い、画像取得部８により取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、被検体の視神経Ｎと、硝子体ＶＢ等の視神経周辺の解剖学的構造を認識する。この際に、視神経認識部９は、例えば、解剖学的構造メモリ１３に記憶された視神経Ｎとその周辺の構造をテンプレートとして用い、画像内をテンプレートでサーチしながらパターンデータに対する類似度を算出し、類似度が閾値以上かつ最大となった場所に認識の対象とする部位が存在するとみなすことにより、視神経およびその周辺の構造を認識することができる。類似度の算出には、単純なテンプレートマッチングの他に、例えば、Csurka et al.: Visual Categorization with Bags of Keypoints, Proc. of ECCV Workshop on Statistical Learning in Computer Vision, pp.59-74 （2004）に記載されている機械学習手法、あるいは、Krizhevsk et al.: ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks, Advances in Neural Information Processing Systems 25, pp.1106-1114 （2012）に記載されている深層学習を用いた一般画像認識手法等を用いることができる。
プロセッサ１９の視神経評価部１０は、視神経認識部９により認識された被検体の視神経の形状および位置等を評価する。この際に、視神経評価部１０は、被検体の視神経Ｎの形状および位置等に関する評価値を算出し、算出した評価値を予め記憶している閾値と比較することにより、視神経の形状および位置等を評価する。例えば、視神経評価部１０は、被検体の視神経Ｎの形状に関する評価値として視神経Ｎの湾曲度Ｃを算出し、算出した湾曲度Ｃを、予め記憶している湾曲度閾値Ｃｔｈと比較することにより、視神経Ｎの形状を評価することができる。
ここで、湾曲度Ｃとは、視神経Ｎがどの程度湾曲しているかを表す指標であり、例えば、視神経評価部１０は、解剖学的構造メモリ１３に記憶されている情報を用いて超音波画像に対して画像解析を施すことにより、解剖学的構造メモリ１３に記憶されている一般的な視神経の形状を基準として、超音波画像に含まれる視神経Ｎの長さ方向に沿った中心線がどの程度湾曲しているかを表す視神経Ｎの湾曲度Ｃを算出することができる。また、例えば、視神経評価部１０は、超音波画像に対して画像解析を施すことにより、視神経Ｎの長さに沿った中心線の曲率等を計算することにより、視神経Ｎの湾曲度Ｃを算出することもできる。また、例えば、視神経評価部１０は、視神経Ｎの湾曲度Ｃとして、画像解析を用いて視神経Ｎの長さ方向に沿った中心線の湾曲度を算出することができる。また、例えば、視神経評価部１０は、超音波プローブ１８の向きに対して視神経Ｎの中心軸ＮＡのなす角を視神経Ｎの傾きＳとして算出し、算出した傾きＳを、予め記憶している傾き閾値Ｓｔｈと比較することにより、視神経の位置および形状等を評価することができる。
プロセッサ１９の計測部１１は、視神経認識部９による認識結果に基づいて、超音波画像から、被検体の視神経Ｎおよびその周辺の構造等に対する計測を行う。例えば、計測部１１は、図４に示すように、視神経鞘ＮＳの径を超音波画像から計測することができる。ここで、超音波画像から計測される長さ等の計測値は、医師等により被検体の診断に用いられることが多く、定められた基準に基づいて計測された結果として、得られたものであることが望ましい。そのため、このような計測に関して、計測位置および計測方法等の基準を定めたガイドラインが一般的に知られている。例えば、視神経鞘ＮＳの径を計測する場合には、図４に示すように、網膜Ｒと視神経鞘ＮＳの交点から視神経Ｎに沿って３ｍｍの距離Ｌだけ離れた位置を計測位置として、視神経鞘ＮＳの径を計測することがガイドラインに定められている。計測部１１は、例えば、このようなガイドラインに従って、視神経鞘ＮＳの径を計測する。
超音波診断装置１の参照データメモリ１４は、左右の眼のうち一方の視神経Ｎのみが定められた湾曲度よりも大きく湾曲し且つ他方の視神経Ｎの湾曲度が定められた湾曲度よりも小さい場合の視神経Ｎに関する参照データを記憶する。例えば、参照データメモリ１４は、参照データとして、超音波診断装置１または外部の装置における過去の検査結果等の実績データから収集された計測値を記憶することができる。また、参照データメモリ１４としては、解剖学的構造メモリ１３と同様に、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
プロセッサ１９の操作案内部１２は、視神経評価部１０による評価結果に基づいて、被検体の視神経Ｎを計測するための超音波画像を取得するように、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する。また、操作案内部１２は、被検体の左右の視神経Ｎの湾曲度が双方ともに定められた湾曲度よりも大きい場合に、参照データメモリ１４が記憶する参照データに基づいて、視神経Ｎの計測値を推定することもできる。本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置１は、この操作案内部１２により、被検体の視神経Ｎを計測するための超音波画像をユーザに関わらず容易に取得することができるが、詳細については後に説明する。
プロセッサ１９の装置制御部１５は、格納部１７等に予め記憶されているプログラムおよび操作部１６を介したユーザの操作に基づいて、超音波診断装置１の各部の制御を行う。
プロセッサ１９の表示制御部６は、装置制御部１５の制御の下、画像取得部８の画像生成部５により生成されたＢモード画像等に所定の処理を施して、表示部７にＢモード画像等を表示させる。
超音波診断装置１の表示部７は、表示制御部６の制御の下、画像等を表示するものであり、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む。
超音波診断装置１の操作部１６は、ユーザ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、タッチパッドおよ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１７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、超音波診断装置１の解剖学的構造メモリ１３および参照データメモリ１４と同様に、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＦＤ、ＭＯディスク、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
なお、表示制御部６、画像取得部８、視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２および装置制御部１５を有するプロセッサ１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、デジタル回路を用いて構成されてもよい。また、これらの表示制御部６、画像取得部８、視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２および装置制御部１５を部分的にあるいは全体的に１つのＣＰＵに統合させて構成することもできる。
次に、図５に示すフローチャートを用いて、実施の形態１における超音波診断装置１の動作を詳細に説明する。
まず、ステップＳ１において、画像取得部８は、被検体の視神経Ｎを含む超音波画像を取得する。この際に、ユーザは、例えば、被検体が目を閉じた状態で、超音波プローブ１８を被検体の左右の目蓋のうち一方の目蓋に接触させる。この状態で、画像取得部８は、超音波プローブ１８の振動子アレイ２を介して、被検体の視神経Ｎに向けて超音波を送信し、被検体の視神経Ｎとその周辺の構造から反射された超音波エコーを受信することにより、超音波画像を取得する。
続くステップＳ２において、視神経認識部９は、解剖学的構造メモリ１３に記憶された情報を用い、ステップＳ１で取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造を認識する。
ステップＳ３において、視神経評価部１０は、視神経認識部９により認識された被検体の視神経Ｎとその周辺の構造に基づいて、被検体の視神経Ｎの形状および位置等に対する評価値を算出する。この際に、視神経評価部１０は、視神経Ｎの評価値として、被検体の視神経Ｎの湾曲度Ｃ、および、超音波プローブ１８の向きに対する視神経Ｎの中心軸ＮＡのなす角を視神経Ｎの傾きＳとして算出する。
ステップＳ４において、視神経評価部１０は、ステップＳ３で算出された視神経Ｎの湾曲度Ｃが、湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ３において算出された視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下の場合には、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５において、視神経評価部１０は、ステップＳ３で算出された視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ３において算出された視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈ以下の場合には、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、計測部１１は、ステップＳ１で取得された超音波画像から視神経Ｎに関する計測を行う。例えば、計測部１１は、ガイドライン等に定められた基準に従って、超音波画像から視神経鞘ＮＳの径を計測することができる。
続くステップＳ７において、操作案内部１２は、計測部１１による計測結果を、表示制御部６を介して表示部７に表示する。
また、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出された視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きいと視神経評価部１０により判定された場合には、ステップＳ８に進む。ステップＳ８において操作案内部１２は、ステップＳ１において超音波画像を取得した眼とは反対の眼を計測するようにユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する。例えば、図６に示すように、操作案内部１２は、ユーザに向けた案内として、視神経Ｎが大きく湾曲している旨および反対の眼で計測する旨を案内する案内表示Ｇ１を超音波画像Ｕと共に表示部７に表示することができる。
続くステップＳ９では、ステップＳ１と同様の処理により、ステップＳ４において計測を案内された眼の視神経Ｎを含む超音波画像を取得する。
ステップＳ１０において、視神経認識部９は、ステップＳ２の処理と同様に、解剖学的構造メモリ１３に記憶された情報を用いて、ステップＳ９で取得された超音波画像に対して画像解析を行うことにより、被検体の視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造を認識する。
続くステップＳ１１において、視神経評価部１０は、ステップＳ３の処理と同様に、視神経認識部９による認識結果に基づいて、視神経Ｎの評価値として、湾曲度Ｃを算出する。
ステップＳ１２において、視神経評価部１０は、ステップＳ４の処理と同様に、ステップＳ１１で算出された湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きいか否かの判定を行う。ここで、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合には、ステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３では、ステップＳ６の処理と同様に、計測部１１により視神経Ｎの計測が行われる。続くステップＳ１４において、操作案内部１２は、ステップＳ１３で得られた視神経Ｎの計測結果を表示部７に表示する。
また、ステップＳ１２において、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きいと視神経評価部１０により判定された場合には、ステップＳ１５に進む。
ステップＳ１５において、計測部１１は、ステップＳ１で取得された超音波画像またはステップＳ９で取得された超音波画像を用いて被検体の左右の視神経Ｎに関する計測を行う。
続くステップＳ１６において、操作案内部１２は、計測部１１により得られた被検体の左右の視神経Ｎに関する計測値と、参照データメモリ１４に記憶された参照データに基づいて、被検体の視神経が大きく湾曲していない場合、すなわち視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下であると仮定した場合の計測値を推定し、推定した計測結果を表示部７に表示する。
例えば、被検体の左右の眼のうちの一方において視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きく、他方において視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合に、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きい視神経Ｎの視神経鞘ＮＳの径と、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である視神経Ｎの視神経鞘ＮＳの径の間には、互いに相関関係があることが知られている。このため、操作案内部１２は、このような相関関係を用いて視神経鞘ＮＳの径に関する計測値を推定することができる。例えば、具体的には、参照データメモリ１４が参照データとして図７に示すような回帰直線ＲＬを記憶しており、被検体の視神経鞘ＮＳの径が計測される場合に、操作案内部１２は、ステップＳ１またはステップＳ９で取得された超音波画像を用いて計測部１１により算出された視神経鞘ＮＳの径と、参照データメモリ１４が記憶する回帰直線ＲＬにより、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定することができる。
ここで、参照データメモリ１４は、回帰直線ＲＬの代わりに、湾曲視神経の視神経鞘径と非湾曲視神経の視神経鞘径の相関関係を表す式または湾曲視神経の視神経鞘径と非湾曲視神経の視神経鞘径の計測値に関する表を記憶していてもよい。
なお、操作案内部１２は、回帰直線ＲＬに基づいて計測値を推定する際に、ステップＳ１およびステップＳ９で取得された超音波画像を用いて計測部１１により計測された視神経鞘ＮＳの径の平均値を用いてもよい。
ここで、図７に示すグラフは、過去に行われた複数の診断において、左右の眼のうち一方の視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きく且つ他方の視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合に、計測された左右の視神経鞘ＮＳの径を、それぞれ、湾曲視神経の視神経鞘径および非湾曲視神経の視神経鞘径としてプロットしたものである。これらの多数のプロットに基づいて、湾曲視神経の視神経鞘径と非湾曲視神経の視神経鞘径との相関関係を表す回帰直線ＲＬが得られる。
また、ステップＳ５において、視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈよりも大きいと視神経評価部１０により判定された場合には、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、操作案内部１２は、被検体の視神経Ｎの傾きＳが小さくなるように、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する。例えば、図８に示すように、操作案内部１２は、ユーザに向けた案内として、視神経Ｎが大きく傾いている旨、傾きＳが小さくなるように超音波プローブ１８を動かす旨を案内する案内表示Ｇ２を、超音波画像Ｕと共に表示部７に表示することができる。
ステップＳ１７において操作案内部１２によりユーザに向けた案内がなされると、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１において、操作案内部１２による案内に従って、ユーザにより視神経Ｎの傾きＳが小さくなるように超音波プローブ１８が操作され、この状態で、画像取得部８により超音波画像が取得される。続くステップＳ２およびステップＳ３において、視神経Ｎの認識および視神経Ｎの評価値の算出がなされる。続くステップＳ４において視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下であると判定された場合に、ステップＳ５に進み、さらに、視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈよりも大きいと判定された場合に、ステップＳ１７に進む。このようにして、視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈ以下であると視神経評価部１０により判定されるまで、ステップＳ１〜ステップＳ５およびステップＳ１７の処理が繰り返される。
ステップＳ４において視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ８〜ステップＳ１２の処理がなされた後、ステップＳ１３およびステップＳ１４の処理またはステップＳ１５およびステップＳ１６の処理がなされて、超音波診断装置１の動作が終了する。また、ステップＳ５において視神経Ｎの傾きＳが傾き閾値Ｓｔｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ６およびステップＳ７の処理がなされて、超音波診断装置１の動作が終了する。
以上のように、本発明の実施の形態１に係る超音波診断装置１によれば、視神経評価部１０による評価結果に基づいて、被検体の視神経Ｎを計測するための超音波画像を取得するように、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内するため、ユーザの熟練度に依らず、視神経Ｎを計測するために適切な超音波画像を取得することができ、精度の良い計測を行うことができる。また、例えば、左右の視神経Ｎが大きく湾曲し、視神経Ｎを計測するために適切な超音波画像を取得することが困難な場合であっても、視神経Ｎの湾曲度Ｃが小さい場合の計測値を推定するため、ユーザによらず、精度の良い計測結果を得ることができる。
なお、実施の形態１における送信部３および受信部４は、プロセッサ１９の画像取得部８に含まれているが、超音波プローブ１８に含まれていてもよい。この場合には、超音波プローブ１８に含まれる送信部３および受信部４と、プロセッサ１９に含まれる画像生成部５により、画像取得部８が構成される。
また、実施の形態１における解剖学的構造メモリ１３は、視神経認識部９および視神経評価部１０に含まれていてもよい。この場合にも、視神経認識部９は、実施の形態１において説明されている態様と同様に、被検体の視神経Ｎ周辺の解剖学的構造に関わる情報を用いて、視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造を認識することができる。また、視神経評価部１０も、実施の形態１において説明されている態様と同様に、被検体の視神経Ｎ周辺の解剖学的構造に関わる情報を用いて、視神経Ｎの形状および位置等に関する評価を行うことができる。
ここで、ユーザにより操作される超音波プローブ１８の位置および向きによっては、超音波画像上において、網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続しているように見えない場合がある。例えば、視神経鞘ＮＳの径を計測する際に、超音波画像上で網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続していない超音波画像は、ガイドラインに定められているような適切な計測位置が特定されないため、視神経鞘ＮＳの径を計測する超音波画像としては不適切である。そこで、視神経Ｎの計測のための適切な超音波画像が取得できるように、視神経評価部１０は、超音波画像上において網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続しているか否かを評価することもできる。
この際に、例えば、視神経評価部１０は、ステップＳ２により視神経Ｎの認識がなされた直後に、超音波画像上において網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続しているか否かを判定することができる。ここで、超音波画像上において網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続していると視神経評価部１０により判定された場合には、ステップＳ３に進んで視神経Ｎの評価値を算出し、以降のステップを実行することができる。また、例えば、超音波画像上において網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続していないと視神経評価部１０により判定された場合には、操作案内部１２は、網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続した超音波画像を取得するように、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内することができる。このように、視神経Ｎの湾曲度Ｃおよび傾きＳだけでなく、網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続しているか否かに基づいて、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内するため、視神経Ｎを計測するためにより適切な超音波画像を取得することができ、計測の精度を向上することができる。
また、操作案内部１２は、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する際に、視神経評価部１０により算出された評価値を表示部７に表示してもよい。例えば、操作案内部１２は、視神経Ｎの湾曲度Ｃ、傾きＳ、超音波画像上で網膜Ｒと視神経Ｎが互いに接続しているか否か等を表示部７に表示することができる。これにより、ユーザは、具体的な評価値を参考にしながら、超音波プローブ１８の操作を行うことができる。
また、操作案内部１２は、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する際に、現在取得されている超音波画像に基づく視神経Ｎの計測結果を表示部７に表示することもできる。この場合に、例えば、ステップＳ２において視神経Ｎとその周辺の構造が認識されてからステップＳ４において視神経Ｎの湾曲度Ｃが評価されるまでの間に、ステップＳ２で認識された視神経鞘ＮＳの径が計測部１１により計測され、操作案内部１２は、その計測結果を表示部７に表示する。ここで、視神経Ｎの計測結果には、例えば、計測値、計測に用いた計測線およびキャリパ等が含まれることができる。このように、ユーザに向けた案内がなされる際に視神経Ｎの計測結果が表示部７に表示されることにより、ユーザに対して、現在取得されている超音波画像では適切な計測が行われていないことを認識させ、超音波プローブ１８の操作を促すことができる。
また、操作案内部１２は、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内する際に、現在取得されている超音波画像における視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造を超音波画像上に示すことができる。例えば、図示しないが、操作案内部１２は、ステップＳ２で認識された視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造の輪郭および視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造に色付けしたもの等を超音波画像に重畳して表示部７に表示することができる。これにより、例えば、超音波診断に不慣れなユーザ等の、超音波画像を目視することにより視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造を判断することが難しいユーザであっても、超音波画像上における視神経Ｎが湾曲していること、視神経Ｎが傾いていること等を容易に認識することができる。
また、ステップＳ１７において、操作案内部１２は、視神経Ｎの傾きＳが小さくなるように、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内しているが、視神経Ｎの傾きＳが小さくなるような超音波プローブ１８の具体的な移動量および回転量等をユーザに案内することもできる。
例えば、図示しないが、視神経認識部９による画像解析の結果と、解剖学的構造メモリ１３に記憶されている視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造に基づいて、視神経Ｎの傾きＳが小さくなるような超音波プローブ１８の移動量およびヨー角等の回転量等を算出するプローブ操作量算出部を超音波診断装置１に設けることにより、操作案内部１２は、プローブ操作量算出部により算出された超音波プローブ１８の具体的な移動量および回転量等を表示部７に表示することができる。
より具体的には、例えば、プローブ操作量算出部は、視神経評価部１０による評価が行われた超音波画像を時系列に含むように複数フレームの超音波画像を画像取得部８に取得させ、これらの複数フレームの超音波画像に対する視神経認識部９の認識結果と解剖学的構造メモリ１３に記憶されている視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造に基づいて超音波プローブ１８の移動量および回転量等を算出することができる。これにより、ユーザは、超音波プローブ１８の具体的な移動量および回転量を参照しながら超音波プローブ１８の操作を行うことができるため、視神経Ｎの計測のために適切な超音波画像をより容易に取得することができる。
また、例えば、図示しないが、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）等のセンサを含んで構成される姿勢角検出センサを超音波プローブ１８に設けることができる。この場合に、操作案内部１２は、プローブ操作量算出部により算出された超音波プローブ１８の具体的な移動量および回転量等を表示部７に表示することができる。
また、実施の形態１において、参照データメモリ１４が湾曲視神経の視神経鞘径と非湾曲視神経の視神経鞘径との相関関係を表す回帰直線ＲＬを記憶することを説明しているが、参照データメモリ１４は、湾曲視神経の計測値と非湾曲視神経の計測値との相関関係を表すものであれば、回帰直線ＲＬを記憶することに限定されない。例えば、図７に示した多数のプロットから回帰曲線が得られる場合には、参照データメモリ１４は、この回帰曲線を参照データとして記憶することができる。この際に、操作案内部１２は、この回帰曲線に基づいて、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きい湾曲視神経の視神経鞘径から、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定することができる。
また、ステップＳ１６において操作案内部１２は、参照データメモリ１４に記憶された回帰直線ＲＬを用いて、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定しているが、画像特徴量を用いた機械学習により視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定することもできる。例えば、深層学習の方法により、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きい湾曲視神経の視神経鞘径が入力されると、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下の非湾曲視神経の視神経鞘径を出力するように学習した学習モデルが参照データメモリ１４に記憶されている場合に、操作案内部１２は、この学習モデルを用いて、湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈよりも大きい湾曲視神経の視神経鞘径から、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定することができる。
また、ステップＳ１６において操作案内部１２は、視神経Ｎの湾曲度Ｃが湾曲度閾値Ｃｔｈ以下である場合の計測値を推定する代わりに、エラー表示を表示部７に表示させて、超音波診断装置１の動作を終了させることもできる。この場合には、超音波診断装置１は、参照データメモリ１４を備えていなくてもよい。また、この際に、操作案内部１２は、計測部１１による計測結果を表示部７に表示させてもよい。
また、実施の形態１において操作案内部１２は、表示部７への表示により、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内しているが、音声を用いてユーザに超音波プローブ１８の操作を案内することもできる。例えば、図示しないが、超音波診断装置１に、スピーカ等を含んで構成される音声発生部を設けることにより、操作案内部１２は、音声発生部を介して、音声により、ユーザに超音波プローブ１８の操作を案内することができる。
また、実施の形態１において、計測部１１は、視神経Ｎの計測値を自動的に算出しているが、操作部１６を介したユーザによるマニュアル操作に基づいて計測値を算出することもできる。例えば、ユーザが操作部１６を介して超音波画像上に計測線および長さを計測するための一対のキャリパ等を配置した場合に、計測部１１は、配置された計測線の長さおよび一対のキャリパ間の長さ等を計測することができる。
実施の形態２
図９に、本発明の実施の形態２に係る超音波診断装置の構成を示す。この実施の形態２に係る超音波診断装置は、互いに通信により双方向に接続された診断装置本体１Ａと外部処理装置１Ｂとを備えている。
診断装置本体１Ａは、超音波プローブ１８の振動子アレイ２を備えており、振動子アレイ２に送信部３および受信部４がそれぞれ接続されている。受信部４には、画像生成部５、表示制御部６および表示部７が順次接続されている。ここで、送信部３、受信部４および画像生成部５により、画像取得部８が構成されている。
さらに、表示制御部６および画像取得部８に、装置制御部１５が接続されており、装置制御部１５に、操作部１６および格納部１７が接続されている。装置制御部１５と格納部１７は、互いに双方向の情報の受け渡しが可能に接続されている。
また、装置制御部１５に通信制御部３１が接続され、画像生成部５と通信制御部３１に通信部３２が接続されている。
表示制御部６、画像取得部８、装置制御部１５および通信制御部３１により、プロセッサ３３が構成されている。
一方、外部処理装置１Ｂは、通信部３４を有し、この通信部３４に、視神経認識部９が接続され、視神経認識部９に、視神経評価部１０、計測部１１および解剖学的構造メモリ１３が接続されている。また、視神経評価部１０および計測部１１に、それぞれ、操作案内部１２が接続されており、操作案内部１２に、通信部３４および参照データメモリ１４が接続されている。
視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１および操作案内部１２に、外部処理装置制御部３５が接続されており、外部処理装置制御部３５に、通信制御部３６を介して通信部３４が接続されている。
また、視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２、外部処理装置制御部３５および通信制御部３６により、プロセッサ３７が構成されている。
診断装置本体１Ａの表示制御部６、画像取得部８、装置制御部１５、操作部１６、格納部１７および超音波プローブ１８と、外部処理装置１Ｂの視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２、解剖学的構造メモリ１３および参照データメモリ１４は、それぞれ、実施の形態１の超音波診断装置１において用いられたものと同一である。
診断装置本体１Ａの通信制御部３１は、画像取得部８の画像生成部５により生成された超音波画像の送信および外部処理装置１Ｂから送信された計測結果と操作案内の受信が行われるように通信部３２を制御する。
外部処理装置１Ｂの外部処理装置制御部３５は、外部処理装置１Ｂの各部の制御を行う。
また、外部処理装置１Ｂの通信制御部３６は、診断装置本体１Ａから送信された超音波画像の受信および計測部１１による計測結果と操作案内部１２による操作案内の送信が行われるように通信部３４を制御する。
すなわち、実施の形態２に係る超音波診断装置は、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、超音波画像を取得して表示するための超音波プローブ１８、画像取得部８、表示制御部６、表示部７を含む診断装置本体１Ａと、超音波画像に基づいて視神経の計測を行い且つ操作案内を行うための視神経認識部９、視神経評価部１０、計測部１１、操作案内部１２、解剖学的構造メモリ１３および参照データメモリ１４を含む外部処理装置１Ｂとを、通信部３２および３４間の通信により接続したものである。
なお、診断装置本体１Ａのプロセッサ３３および外部処理装置１Ｂのプロセッサ３７は、それぞれ、ＣＰＵ、および、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための制御プログラムから構成されるが、デジタル回路を用いて構成されてもよい。
実施の形態２に係る超音波診断装置においては、診断装置本体１Ａの画像取得部８により取得された超音波画像が、表示制御部６を介して表示部７に表示され、また、超音波画像が、通信部３２を介して外部処理装置１Ｂの通信部３４に通信により伝送される。外部処理装置１Ｂの通信部３４で受信された超音波画像は、視神経認識部９に送られ、視神経認識部９により画像解析されて視神経Ｎとその周辺の解剖学的構造が認識され、さらに、視神経評価部１０により視神経Ｎの形状および位置等に対する評価値が算出され、また、計測部１１により視神経Ｎに関する計測が行われる。計測部１１による計測結果は、操作案内部１２を介して通信部３４に送られ、通信部３４から診断装置本体１Ａへ送信される。診断装置本体１Ａの通信部３２により受信された計測結果は、表示制御部６を介して表示部７に表示される。
また、外部処理装置１Ｂの視神経評価部１０により算出された評価値に応じて操作案内部１２によりなされる操作案内も、通信部３４から診断装置本体１Ａへ送信され、診断装置本体１Ａの通信部３２により受信された操作案内が、表示制御部６を介して表示部７に表示される。
このようにして、実施の形態２に係る超音波診断装置においては、診断装置本体１Ａと外部処理装置１Ｂの間で通信を行いつつ、図５のフローチャートに示した実施の形態１の動作と同一の動作を実行することが可能となる。
診断装置本体１Ａと外部処理装置１Ｂとが通信により接続されることにより、超音波画像を取得する診断装置本体１Ａとして処理能力が小さいものを使用しても、診断装置本体１Ａで取得された超音波画像の情報を外部処理装置１Ｂに送信することにより、視神経Ｎの評価および計測を外部処理装置１Ｂで行うことができる。このため、実施の形態２に係る超音波診断装置は、例えば遠隔地医療等に有効なものである。
なお、診断装置本体１Ａと外部処理装置１Ｂとの間の通信形態としては、ネットワークを用いた通信、無線通信等、各種の形態を採用することができる。
１ 超音波診断装置、１Ａ 診断装置本体、１Ｂ 外部処理装置、２ 振動子アレイ、３ 送信部、４ 受信部、５ 画像生成部、６ 表示制御部、７ 表示部、８ 画像取得部、９ 視神経認識部、１０ 視神経評価部、１１ 計測部、１２ 操作案内部、１３ 解剖学的構造メモリ、１４ 参照データメモリ、１５ 装置制御部、１６ 操作部、１７ 格納部、１８ 超音波プローブ、１９，３３，３７ プロセッサ、２０ 増幅部、２１ ＡＤ変換部、２２ 信号処理部、２３ ＤＳＣ、２４ 画像処理部、３１，３６ 通信制御部、３２，３４ 通信部、３５ 外部処理装置制御部、ＣＢ レンズ、ＥＡ 眼球軸、Ｇ１，Ｇ２ 案内表示、Ｈ 視神経乳頭、Ｌ 距離、Ｎ 視神経、ＮＡ 中心軸、ＮＳ 視神経鞘、Ｒ 網膜、ＲＬ 回帰直線、Ｓ 傾き、Ｕ 超音波画像、ＶＢ 硝子体。

Claims (11)

  1. 超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送信を行って超音波画像を取得する画像取得部と、
    前記画像取得部により取得された超音波画像に対して画像解析を行って前記被検体の視神経を認識する視神経認識部と、
    前記視神経認識部により認識された前記被検体の視神経の形状を評価する視神経評価部と、
    前記視神経評価部による評価結果に基づいて、前記被検体の視神経の計測のための超音波画像を取得するようにユーザに前記超音波プローブの操作を案内する操作案内部と
    を備えた超音波診断装置。
  2. 前記視神経評価部は、前記被検体の視神経の湾曲度が定められた湾曲度よりも大きく湾曲しているか否かを評価する請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記操作案内部は、前記視神経評価部により、前記被検体の視神経が前記定められた湾曲度よりも大きく湾曲していると評価された場合に、反対の眼における計測を行うように前記ユーザに前記超音波プローブの操作を案内する請求項２に記載の超音波診断装置。
  4. 左右の眼のうちの一方のみが前記定められた湾曲度よりも大きく湾曲している視神経に関する参照データを記憶する参照データメモリを備え、
    前記操作案内部は、前記視神経評価部により、前記反対の眼における視神経が前記定められた湾曲度よりも大きく湾曲していると評価された場合に、前記参照データメモリに記憶されている前記参照データに基づいて推定された前記被検体の視神経の計測結果を前記ユーザに提示する請求項３に記載の超音波診断装置。
  5. 前記参照データメモリは、過去の実績データから収集された前記参照データを記憶する請求項４に記載の超音波診断装置。
  6. 前記操作案内部は、前記過去の実績データから得られた回帰直線を利用して、前記被検体の視神経の湾曲度が前記定められた湾曲度以下であると仮定した場合の計測結果を推定する請求項５に記載の超音波診断装置。
  7. 前記操作案内部は、画像特徴量を用いた機械学習により前記被検体の視神経の計測結果を推定する請求項４に記載の超音波診断装置。
  8. 前記視神経評価部は、前記被検体の視神経の湾曲度が前記定められた湾曲度以下であると評価した場合に、さらに、前記被検体の視神経の傾きが定められた傾きよりも大きく傾いているか否かを評価する請求項２〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  9. 前記操作案内部は、前記視神経評価部により、前記被検体の視神経の湾曲度が前記定められた湾曲度以下であり且つ前記被検体の視神経が前記定められた傾きよりも大きく傾いていると評価された場合に、前記被検体の視神経の傾きが小さくなるように前記ユーザに前記超音波プローブの操作を案内する請求項８に記載の超音波診断装置。
  10. 前記超音波プローブと前記画像取得部とを有する診断装置本体と、
    前記視神経認識部と前記視神経評価部と前記操作案内部とを有する外部処理装置とを備え、
    前記診断装置本体と前記外部処理装置とが通信により接続されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
  11. 超音波プローブから被検体に向けて超音波ビームの送信を行って超音波画像を取得し、
    取得された超音波画像に対して画像解析を行って前記被検体の視神経を認識し、
    認識された前記被検体の視神経の形状を評価し、
    評価結果に基づいて、前記被検体の視神経の計測のための超音波画像を取得するようにユーザに前記超音波プローブの操作を案内する超音波診断装置の制御方法。
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