JP6982190B2 - 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、被検体の気管および食道を観察するために用いられる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、被検体の気道確保等のための処置として、被検体の気管内に気管内チューブを挿入する気管挿管が知られている。気管挿管が行われている状態において、例えば、気管内チューブから被検体の気管に酸素が供給されることにより、被検体の気道が確保される。また、気管挿管がなされる際には、気管内チューブが被検体の気管ではなく食道に挿入されるいわゆる食道挿管が発生してしまうことがある。食道挿管は、被検体の窒息等を引き起こす要因となるため、気管挿管に際して、食道挿管の有無を素早く確認し、食道挿管が発見された場合には、気管内チューブを食道内から素早く抜去することが必要である。

そこで、近年では、食道挿管の有無を素早く確認する方法として、超音波診断装置を用いて被検体の食道を観察することにより、食道挿管の有無を直接的に確認する方法が注目されている。超音波診断装置は、被検体の内部の画像を得る装置であり、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。

特許文献１には、被検体からの超音波エコーに基づいていわゆるドプラ画像を生成する超音波診断装置が開示されている。特許文献１では、気管内チューブに振動機構を接続し、気管内チューブを被検体内において振動させた状態において超音波プローブが被検体の喉に接触させる。この状態においてドプラ画像が生成され、生成されたドプラ画像において振動する気管内チューブが可視化される。

特表２００７−５３２１５２号公報

ところで、被検体内において食道は、被検体から見て気管の左側に位置していることが多いが、被検体によっては気管の右側に位置していることもある。特許文献１に開示されている超音波診断装置では、気管内チューブの振動を可視化しているだけであり、気管内チューブが気管内に挿入されているか、食道内に挿入されているかを判断することが難しい。特に、食道が気管の右側に位置している場合には、食道挿管を見逃してしまうおそれがあった。

また、熟練度の低いユーザが食道挿管の有無を確認する際には、救急時の焦り等から、食道挿管を見逃してしまうおそれがあった。

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、ユーザの熟練度に関わらずに、食道挿管の有無を確認する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特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、被検体の気管および食道を観察する超音波診断装置であって、超音波プローブと、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うことにより、超音波画像に含まれる気管および食道を検出する観察対象検出部と、観察対象検出部による検出結果に基づいて、食道の観察に適した位置に超音波プローブを位置させるように、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、観察対象検出部により検出された食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別する食道状態判別部とを備えることを特徴とする。

操作案内部は、気管の観察に適した位置、食道の観察に適した位置の順に、超音波プローブを位置させるようにユーザに案内することが好ましい。

この際に、操作案内部は、食道を観察するために被検体から見て気管の左側に超音波プローブを位置させるようにユーザに案内し、気管の左側の位置において観察対象検出部により食道が検出されない場合に、被検体から見て気管の右側に超音波プローブを位置させるようにユーザに案内することが好ましい。

さらに、操作案内部は、被検体から見て気管の右側において観察対象検出部により食道が検出されない場合に、被検体の喉を圧迫しながら気管の左側および気管の右側に超音波プローブを位置させるようにユーザに案内することができる。

また、観察対象検出部は、画像取得部により取得された超音波画像に対して、食道のみを表す第１のテンプレートパターンと、気管内チューブが挿入された食道を表す第２のテンプレートパターンとを用いて画像解析を行うことにより食道を検出し、食道状態判別部は、観察対象検出部により第２のテンプレートパターンに対応する食道が検出された場合に、食道に気管内チューブが挿入されている状態であると判別することができる。

あるいは、食道状態判別部は、観察対象検出部により検出された気管の大きさに対する食道の大きさの比が定められた値よりも大きい場合に、食道に気管内チューブが挿入されている状態であると判別することもできる。

また、食道状態判別部は、食道に気管内チューブが挿入されているか否かを表す判別結果をユーザに報知することが好ましい。

また、表示部を備え、操作案内部は、ユーザに向けた超音波プローブの操作案内を表示部に表示し、食道状態判別部は、食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かの判別結果を表示部に表示することができる。

本発明の超音波診断装置の制御方法は、被検体の気管および食道を観察する超音波診断装置の制御方法であって、超音波プローブから被検体の喉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、被検体の気管の観察に適した位置に超音波プローブを位置させるように、ユーザに超音波プローブの操作を案内し、取得された超音波画像に対して画像解析を行って、超音波画像に含まれる気管を検出し、被検体の食道の観察に適した位置に超音波プローブを位置させるように、ユーザに超音波プローブの操作を案内し、取得された超音波画像に対して画像解析を行って、超音波画像に含まれる食道を検出し、検出された食道に基づいて、食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別することを特徴とする。

本発明によれば、超音波診断装置は、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、超音波画像に含まれる気管および食道を検出する観察対象検出部と、観察対象検出部に検出結果に基づいて、食道の観察に適した位置に超音波プローブを位置させるように、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、観察対象検出部により検出された食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別する食道状態判別部とを備えているため、ユーザの熟練度に関わらずに、食道挿管の有無を確認することができる。

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。 食道挿管が発生していない場合の気管および食道を模式的に示す図である。 食道挿管が発生している場合の気管および食道を模式的に示す図である。 被検体の喉の断面を模式的に示す図である。 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における操作案内の例を示す図である。 本発明の実施の形態１における操作案内の別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動作を表すフローチャートである。

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、観察対象検出部９が接続され、観察対象検出部９に、食道状態判別部１０が接続されている。また、食道状態判別部１０は、表示制御部６に接続している。また、観察対象検出部９および食道状態判別部１０に、操作案内部１１が接続され、操作案内部１１に、表示制御部６が接続されている。

さらに、表示制御部６、画像取得部８、観察対象検出部９、食道状態判別部１０、操作案内部１１に、装置制御部１２が接続されており、装置制御部１２に、入力部１３および格納部１４が接続されている。ここで、装置制御部１２と格納部１４とは、双方向に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１５に含まれており、表示制御部６、画像取得部８、観察対象検出部９、食道状態判別部１０、操作案内部１１および装置制御部１２により、プロセッサ１６が構成されている。

図１に示す超音波プローブ１５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し、かつ、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１２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１５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１２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１７およびＡＤ（Analog Digital）変換部１８が直列接続された構成を有している。増幅部１７は、振動子アレイ２を構成するそれぞれの振動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１８に送信する。ＡＤ変換部１８は、増幅部１７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１９、ＤＳＣ（Digital Scan Converter：デジタルスキャンコンバータ）２０および画像処理部２１が直列接続された構成を有している。信号処理部１９は、装置制御部１２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１９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モード画像信号を生成する。このように生成されたＢモード画像信号は、ＤＳＣ２０に出力される。

画像生成部５のＤＳＣ２０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データにラスター変換し、超音波画像を生成する。画像生成部５の画像処理部２１は、ＤＳＣ２０において得られた超音波画像に対して、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、超音波画像を表示制御部６および観察対象検出部９に出力する。

プロセッサ１６の観察対象検出部９は、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って、観察対象である気管および食道を検出する。より具体的には、観察対象検出部９は、超音波画像に含まれる気管および食道の横断面を認識することにより、気管および食道を検出する。ここで、気管の横断面とは、気管の中心軸を横断するように気管を切断した際の断面を表し、食道の断面とは、食道の中心軸を横断するように食道を切断した際の断面を表す。観察対象検出部９は、例えば、テンプレート画像等の典型的なパターンデータをテンプレートとして予め記憶しておき、画像内をテンプレートを用いて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気管または食道が存在するとみなすことにより、気管の横断面または食道の横断面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）に記載されている方法、および、いわゆるＡｄａｂｏｏｓｔ等の機械学習手法、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）に記載されている多層のニューラルネットワーク（ディープニューラルネットワーク：Deep Neural Network）によるディープラーニング（深層学習：Deep learning）を用いた一般画像認識手法等を用いることができる。なお、機械学習手法では、例えば、いわゆる特徴量ベクトルを用いて気管および食道等の検出対象を検出し、ディープラーニングを用いた一般画像手法では、例えば、いわゆる人工ニューロンにおける重みを用いて検出対象を検出する。

プロセッサ１６の食道状態判別部１０は、観察対象検出部９により検出された食道に気管内チューブが挿入されている状態であるか否かを判別し、その判別結果をユーザに報知する。ここで、図４に、気管内チューブが挿入されていない食道Ｅの横断面および気管Ｔの横断面を含む超音波画像を模式的に示し、図５に、気管内チューブが挿入されている食道Ｅの横断面および気管Ｔの横断面を含む超音波画像を模式的に示す。ここで、図４および図５は、被検体の喉に正面から超音波プローブ１５を接触させた状態において生成された超音波画像の模式図を表しており、図の上側が被検体の正面側に対応し、図の下側が被検体の背面側に対応している。また、図４および図５は、それぞれ、紙面の手前側が被検体の脚部側に対応し、紙面の奥側が被検体の頭部側に対応している。

食道に気管内チューブが挿入されていない場合には、図４の模式図に示すように、食道Ｅの大きさは、気管Ｔの大きさと比較して十分に小さいが、食道に気管内チューブが挿入されている場合には、図５の模式図に示すように、食道Ｅが気管内チューブにより押し広げられ、食道Ｅの大きさは、図４に示す状態よりも大きくなる。そのため、例えば、観察対象検出部９が、気管内チューブが挿入されていない通常の食道を表す第１のテンプレートパターンと、気管内チューブが挿入された食道を表す第２のテンプレートパターンとを用いて画像解析を行うことにより食道を検出する場合に、食道状態判別部１０は、観察対象検出部９により第２のテンプレートパターンに対応する食道が検出されたときに、食道に気管内チューブが挿入されている状態であると判別することができる。

プロセッサ１６の操作案内部１１は、観察対象検出部９による検出結果に基づいて、食道の検出に適した位置に超音波プローブ１５を位置させるように、ユーザに超音波プローブ１５の操作を案内する。ここで、図６に、被検体の気管Ｔおよび食道Ｅを横断する、被検体の喉の断面図を示す。図６は、被検体から見て気管Ｔの左側に食道Ｅが存在する状態を表しており、紙面の手前側が被検体の脚部側に対応し、紙面の奥側が被検体の頭部側に対応している。ここで、被検体から見た気管Ｔの左側とは、例えば、気管Ｔを基準として被検体の左手側のことである。すなわち、ユーザが、被検体の頭部を上、脚部を下にして、被検体を正面から見た場合に、被検体から見た気管Ｔの左側は、ユーザから見た気管Ｔの右側に等しい。また、被検体から見た気管Ｔの右側とは、例えば、気管Ｔを基準として被検体の右手側のことである。

また、食道Ｅは気管Ｔの後方に隠れており、気管Ｔに対する食道Ｅの位置は、統計学的に、およそ８割の被検体において被検体から見て気管Ｔの左側にあり、およそ２割の被検体において被検体から見て気管Ｔの右側に位置している。このように、食道Ｅの位置は、被検体から見て気管Ｔの左側に位置していることが多いため、例えば、操作案内部１１は、まず、気管Ｔの断面を得るために被検体から見て正面の定められた位置Ｐ１に超音波プローブ１５を位置させるように案内し、次に、食道Ｅの断面を得るために被検体から見て位置Ｐ１の左側の定められた位置Ｐ２に超音波プローブ１５を位置させるように案内する。位置Ｐ２において食道Ｅの断面が得られない場合には、操作案内部１１は、被検体から見て位置Ｐ１の右側の定められた位置Ｐ３に超音波プローブ１５を位置させるように、ユーザに案内することができる。

また、この際に、操作案内部１１は、例えば、ユーザへの案内を表すテキストおよび画像等を表示部７に表示させることにより、ユーザに超音波プローブ１５の操作を案内することができる。また、例えば、図示しないが、音声を発する音声発生部を超音波診断装置１に設けることができ、操作案内部１１は、音声発生部を介して、音声によりユーザへの案内を行うこともできる。

プロセッサ１６の装置制御部１２は、格納部１４等に予め記憶されているプログラムおよび入力部１３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１６の表示制御部６は、装置制御部１２の制御の下、画像取得部８の画像生成部５により生成された超音波画像を表示部７に表示させる。

超音波診断装置１の表示部７は、表示制御部６による制御の下、超音波画像等を表示し、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）、有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display）等のディスプレイ装置を含む。

超音波診断装置１の入力部１３は、ユーザが入力操作を行うための装置であり、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１４は、超音波診断装置１の動作プログラム等を格納し、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。

なお、表示制御部６、画像取得部８、観察対象検出部９、食道状態判別部１０、操作案内部１１および装置制御部１２を有するプロセッサ１６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、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：フィードプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタルシグナルプロセッサ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：アプリケーションスペシフィックインテグレイテッドサーキット）、その他のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いて構成されてもよく、もしくはそれらを組み合わせて構成されてもよい。

また、プロセッサ１６の表示制御部６、画像取得部８、観察対象検出部９、食道状態判別部１０、操作案内部１１および装置制御部１２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７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。以下では、被検体の喉に気管内チューブが挿入されている状態において、超音波診断装置１により、被検体の喉に対する超音波診断が行われているとする。

まず、ステップＳ１において、操作案内部１１は、気管Ｔの検出に適した超音波プローブ１５の位置を探す旨を、ユーザに案内する。図示しないが、この際に、操作案内部１１は、例えば、気管Ｔの横断面を探す旨のテキストを表示部７に表示させることができる。このようにして、操作案内部１１により、ユーザに対する案内がなされると、ユーザは、超音波プローブ１５を操作して、例えば、気管Ｔの検出に適した位置として図６に示す位置Ｐ１に超音波プローブ１５を位置させる。

このようにして、位置Ｐ１に位置された超音波プローブ１５の振動子アレイ２から被検体の喉に対して超音波の送受信が行われ、画像取得部８により超音波画像が取得される。

次に、ステップＳ２において、観察対象検出部９は、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、気管Ｔの横断面を検出する処理を行う。

続くステップＳ３において、操作案内部１１は、ステップＳ２でなされた検出処理の結果を表す情報を観察対象検出部９から受け取ることにより、ステップＳ２で気管Ｔの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ３において、ステップＳ２の検出処理により気管Ｔの横断面が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ１に戻り、操作案内部１１により、気管Ｔの横断面を含む超音波画像を取得するための超音波プローブ１５の位置を探す旨の案内がなされる。この案内に従って、ユーザが超音波プローブ１５を移動させると、ステップＳ２において観察対象検出部９は、取得された超音波画像に対して画像解析を行って、気管Ｔの横断面を検出する処理を行う。続くステップＳ３において、操作案内部１１により、ステップＳ２で気管Ｔの横断面が検出されたか否かが新たに判定される。

このようにして、ステップＳ２で気管Ｔの横断面が検出されるまで、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理が繰り返される。

ステップＳ３において、ステップＳ２の検出処理により気管Ｔの横断面が検出されたと判定された場合には、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、操作案内部１１は、食道Ｅの検出に適した位置として超音波プローブ１５を被検体から見た気管Ｔの左側の位置に移動させて、食道Ｅを探す旨をユーザに対して案内する。ここで、気管Ｔの左側の位置とは、例えば図６に示す位置Ｐ２のように、食道Ｅが被検体から見た気管Ｔの左側に位置している場合において、被検体から見た気管Ｔの左側から気管Ｔの後方に位置している食道Ｅを観察することに適した位置をいう。この際に、操作案内部１１は、例えば、図８に示すように、ユーザへの案内を表すテキストを含むガイドパネルＧ１を表示部７に表示させることにより、ユーザに超音波プローブ１５の操作を案内することができる。ユーザが被検体を正面から見た場合には、被検体から見た気管Ｔの左側は、ユーザから見た気管Ｔの右側に等しいため、図８に示す例では、「気管の右側で食道を探してください」というテキストを含むガイドパネルＧ１が、気管Ｔを含む超音波画像Ｕ１に重畳されている。このようにして、超音波プローブ１５の操作がユーザに対して案内されると、ユーザにより、被検体から見た気管Ｔの左側、例えば、図６に示す位置Ｐ２に超音波プローブ１５が移動される。さらに、超音波プローブ１５が被検体から見た気管Ｔの左側に位置した状態において、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Ｓ５において、観察対象検出部９は、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、食道Ｅの横断面を検出する処理を行う。この際に、観察対象検出部９は、例えば、図４および図５に示すように、食道Ｅに気管内チューブが挿入されていない食道Ｅを表す第１のテンプレートパターンと、食道Ｅに気管内チューブが挿入されている食道Ｅを表す第２のテンプレートパターンとを用いて画像解析を行って、食道Ｅを検出することができる。以下では、説明のために、観察対象検出部９は、第１のテンプレートパターンと第２のテンプレートパターンとを用いて食道Ｅの検出処理を行うとする。

ステップＳ６において、操作案内部１１は、ステップＳ５でなされた検出処理の結果を表す情報を観察対象検出部９から受け取ることにより、ステップＳ５で食道Ｅの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ６において、ステップＳ５の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、操作案内部１１は、食道Ｅの検出に適した位置として超音波プローブ１５を被検体から見た気管Ｔの右側の位置に移動させて、食道Ｅを探す旨をユーザに対して案内する。ここで、気管Ｔの右側の位置とは、例えば図６に示す位置Ｐ３のように、食道Ｅが被検体から見た気管Ｔの右側に位置している場合において、気管Ｔの後方に位置している食道Ｅを観察することに適した位置をいう。この際に、操作案内部１１は、例えば、図９に示すように、ユーザへの案内を表すテキストを含むガイドパネルＧ２を表示部７に表示させることにより、ユーザに超音波プローブ１５の操作を案内することができる。ユーザが被検体を正面から見た場合には、被検体から見た気管Ｔの右側は、ユーザから見た気管Ｔの左側に等しいため、図９に示す例では、「気管の左側で食道を探してください」というテキストを含むガイドパネルＧ２が、気管Ｔを含む超音波画像Ｕ２に重畳されている。このようにして、超音波プローブ１５の操作がユーザに対して案内されると、ユーザにより、被検体から見て気管Ｔの右側、例えば、図６に示す位置Ｐ３に超音波プローブ１５が移動される。さらに、超音波プローブ１５が被検体から見て気管Ｔの右側に位置した状態において、画像取得部８により、超音波画像が取得される。

一般的に、被検体内において、食道Ｅは、被検体から見て気管Ｔの左側に位置していることが多いが、気管Ｔの右側に位置していることもある。実施の形態１の超音波診断装置１においては、被検体から見て気管Ｔの左側において食道Ｅが検出できない場合に、操作案内部１１により、被検体から見た気管Ｔの右側において食道Ｅを探すようにユーザに対する案内がなされるため、熟練度の低いユーザであっても、より確実に食道Ｅを探すことができる。

続くステップＳ８において、観察対象検出部９は、ステップＳ５と同様に、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、食道Ｅの横断面を検出する処理を行う。

ステップＳ９において、操作案内部１１は、ステップＳ８でなされた検出処理の結果を表す情報を観察対象検出部９から受け取ることにより、ステップＳ８で食道Ｅの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ９において、ステップＳ８の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ１０に進み、エラーが発生した旨が表示部７に表示され、超音波診断装置１の動作が終了する。

ここで、ステップＳ６において、ステップＳ５の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されたと判定された場合、または、ステップＳ９において、ステップＳ８の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されたと判定された場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、食道状態判別部１０は、ステップＳ８で検出された食道Ｅが気管内チューブを挿入されている状態か否かを判別する。この際に、例えば、食道状態判別部１０は、観察対象検出部９により、食道Ｅの横断面が第１のテンプレートパターンを用いて検出された場合に、食道Ｅに気管内チューブが挿入されていないと判別し、第２のテンプレートパターンを用いて検出された場合に、食道Ｅに気管内チューブが挿入されていると判別する。これにより、熟練度の低いユーザであっても、食道挿管の有無を容易に確認することができる。

続くステップＳ１２において、食道状態判別部１０は、ステップＳ５またはステップＳ８で検出された食道Ｅに気管内チューブが挿入されている、いわゆる食道挿管の有無を判定する。ステップＳ１２において食道挿管が無いと判定された場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、食道状態判別部１０は、食道挿管が無いことを表す判別結果として、被検体の喉に挿入されている気管内チューブを動かして、気管内チューブが気管に挿入されているかを確認する旨を、ユーザに案内する。このようにしてステップＳ１３の案内が完了すると、超音波診断装置１の動作が終了する。

また、ステップＳ１２において食道挿管があると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、食道状態判別部１０は、食道挿管があることを表す判別結果として、食道挿管の疑いがある旨をユーザに案内する。このようにしてステップＳ１４の案内が完了すると、超音波診断装置１の動作が終了する。

以上から、実施の形態１の超音波診断装置１によれば、操作案内部１１により、被検体から見た気管Ｔの左側および右側において食道Ｅを探す旨の案内がユーザに対してなされ、観察対象検出部９により食道Ｅが検出された場合に、食道状態判別部１０により食道挿管の有無が判別され、その判別結果として、食道状態判別部１０によりユーザへの案内がなされるため、ユーザの熟練度に関わらずに、より確実に食道挿管の有無を確認することができる。

なお、実施の形態１において、食道状態判別部１０は、観察対象検出部９により、第１のテンプレートパターンおよび第２のテンプレートパターンのどちらを用いて食道Ｅが検出されたかに基づいて、検出された食道Ｅに気管内チューブが挿入されているか否かを判別しているが、食道Ｅに気管内チューブが挿入されているか否かを判別する方法は、特に限定されない。

例えば、観察対象検出部９は、第１の連プレートパターンおよび第２のテンプレートパターンを用いて食道Ｅの横断面を検出する代わりに、超音波画像に対してエッジ検出等の画像処理を行うことにより、食道挿管の有無に関係無く食道Ｅの横断面を検出することができる。この際に、食道状態判別部１０は、例えば、観察対象検出部９により検出された食道Ｅに対していわゆるニューラルネットワークを用いて、食道挿管の有無を区別することができる。

また、図４および図５に示すように、食道挿管がある場合の食道Ｅの横断面は、食道挿管が無い場合の食道Ｅの横断面よりも大きいため、例えば、食道状態判別部１０は、超音波画像に含まれる食道Ｅの面積を算出し、算出された面積が典型的な食道Ｅの面積よりも大きい場合に食道挿管があると判別し、典型的な面積よりも小さい場合に食道挿管が無いと判別することができる。また、食道状態判別部１０は、食道Ｅの横断面の内径を算出し、算出された内径が典型的な食道Ｅの内径よりも大きい場合に食道挿管があると判別し、典型的な内径よりも小さい場合に食道挿管が無いと判別することもできる。

ここで、典型的な食道Ｅの面積および内径は、定められた閾値として、例えば、予め食道状態判別部１０に記憶されていることができる。

また、例えば、食道状態判別部１０は、超音波画像に含まれる気管Ｔの大きさに対する食道Ｅの大きさの比が定められた閾値よりも大きい場合に食道挿管があると判別し、定められた閾値よりも小さい場合に、食道挿管がないと判別することもできる。ここで、気管Ｔの大きさおよび食道Ｅの大きさとして、例えば、超音波画像に含まれる気管Ｔの横断面の面積および食道Ｅの横断面の面積、超音波画像に含まれる気管Ｔの横断面の内径および食道Ｅの横断面の内径等を用いることができる。

また、図８に示す例では、被検体から見て気管Ｔの左側に超音波プローブ１５を位置させるための案内として、「気管の右側で食道を探してください」というテキストを含むガイドパネルＧ１が表示部７に表示され、図９に示す例では、被検体から見て気管Ｔの右側に超音波プローブ１５を位置させるための案内として、「気管の左側で食道を探してください」というテキストを含むガイドパネルＧ２が表示部７に表示されているが、特にこれに限定されない。例えば、被検体の喉を検査する際のユーザの立ち位置、被検体の姿勢等の検査プロトコルが定められている場合に、操作案内部１１によりなされる案内の内容は、定められたプロトコルに従って適宜変更されることができる。例えば、定められたプロトコルによっては、被検体から見て気管Ｔの左側に超音波プローブ１５を位置させるための案内として、「気管の左側で食道を探してください」というテキストを表示部７に表示させてもよい。なお、操作案内部１１によりなされる案内の内容は、例えば、入力部１３を介してユーザにより変更されることができる。

実施の形態２

実施の形態１では、被検体から見て気管Ｔの左側において食道Ｅが検出できない場合に、操作案内部１１により、被検体から見て気管Ｔの右側に超音波プローブ１５を位置させるように、ユーザに対する案内がなされているが、被検体によっては、例えば、気管Ｔの裏側に食道Ｅが位置していることがあるため、食道Ｅを検出することが難しいことがある。このような場合には、例えば、被検体の喉を圧迫することにより、食道Ｅの位置をずらしながら被検体の喉を観察する方法が有効である。

図１０に、実施の形態２における超音波診断装置１の動作を表すフローチャートを示す。このフローチャートは、図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ９に続くステップＳ１５およびステップＳ１６が追加されている。

まず、ステップＳ１において、操作案内部１１は、気管Ｔの横断面を含む超音波画像が取得されるような位置に、超音波プローブ１５を位置させる旨の案内をユーザに対して行う。これにより、ユーザは、ステップＳ１の案内に従って、例えば、図６に示す位置Ｐ１に超音波プローブ１５を位置させる。さらに、画像取得部８は、位置Ｐ１に超音波プローブ１５が位置している状態において、超音波画像を取得する。

ステップＳ２において、観察対象検出部９は、超音波画像に含まれる気管Ｔの横断面を検出する処理を行う。

続くステップＳ３において、操作案内部１１は、ステップＳ２で気管Ｔの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ３において、ステップＳ２の検出処理により、気管Ｔの横断面が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理が再度なされる。ステップＳ３において、ステップＳ２の検出処理により、気管Ｔの横断面が検出されたと判定された場合には、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、操作案内部１１は、被検体から見て気管Ｔの左側に超音波プローブ１５を移動させて食道Ｅを探す旨の案内をユーザに対して行う。これにより、ユーザは、ステップＳ４の案内に従って、被検体から見て気管Ｔの左側、例えば、図６に示す位置Ｐ２に超音波プローブ１５を位置させる。さらに、画像取得部８は、位置Ｐ２に超音波プローブ１５が位置している状態において、超音波画像を取得する。

ステップＳ５において、観察対象検出部９は、画像取得部８により取得された超音波画像に含まれる食道Ｅの横断面を検出する処理を行う。

続くステップＳ６において、操作案内部１１は、ステップＳ５で食道Ｅの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ６において、ステップＳ５の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されていないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、操作案内部１１は、被検体から見て気管Ｔの右側に超音波プローブ１５を位置させて食道Ｅを探す旨の案内をユーザに対して行う。これにより、ユーザは、ステップＳ７の案内に従って、被検体から見て気管Ｔの右側、例えば、図６に示す位置Ｐ３に超音波プローブ１５を位置させる。さらに、画像取得部８は、位置Ｐ３に超音波プローブ１５が位置している状態において、超音波画像を取得する。

ステップＳ８において、観察対象検出部９は、画像取得部８により取得された超音波画像に含まれる食道Ｅの横断面を検出する処理を行う。

続くステップＳ９において、操作案内部１１は、ステップＳ８で食道Ｅの横断面が検出されたか否かを判定する。ステップＳ９において、ステップＳ８の検出処理により食道Ｅの横断面が検出されていないと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、操作案内部１１は、被検体の喉を圧迫する旨の案内が既になされたか否かを判定する。ステップＳ１〜ステップＳ９では、被検体の喉を圧迫する旨の案内がなされていないため、まず、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、操作案内部１１は、被検体の喉を圧迫する旨の案内をユーザに対して行う。図示しないが、この際に操作案内部１１は、例えば、被検体の喉を圧迫する旨のテキストを含むガイドパネルを表示部７に表示させることにより、ユーザへの案内を行うことができる。

このようにしてステップＳ１６の案内がなされると、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４において、操作案内部１１は、被検体から見て気管Ｔの左側に超音波プローブ１５を位置させて食道Ｅを探す旨をユーザに案内する。これにより、ユーザは、被検体の喉を圧迫しながら被検体から見て気管Ｔの左側、例えば、図６に示す位置Ｐ２に超音波プローブ１５を位置させる。この際に、画像取得部８は、被検体の喉が圧迫されて気管Ｔの位置がずれ、且つ、位置Ｐ２に超音波プローブ１５が位置している状態において超音波画像を取得する。

続くステップＳ５において、観察対象検出部９により、超音波画像に含まれる食道Ｅを検出する処理がなされる。

さらに、ステップＳ６において、操作案内部１１により、ステップＳ５で食道Ｅが検出されたか否かが判定される。ステップＳ６で、ステップＳ５の検出処理により食道Ｅが検出されていないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、操作案内部１１は、被検体から見て気管Ｔの右側に超音波プローブ１５を位置させて食道Ｅを探す旨をユーザに案内する。これにより、ユーザは、被検体の喉を圧迫しながら被検体から見て気管Ｔの右側、例えば、図６に示す位置Ｐ３に超音波プローブ１５を位置させる。この際に、画像取得部８は、被検体の喉が圧迫されて気管Ｔの位置がずれ、且つ、位置Ｐ３に超音波プローブ１５が位置している状態において超音波画像を取得する。

続くステップＳ８において、観察対象検出部９により、超音波画像に含まれる食道Ｅを検出する処理がなされる。

さらに、ステップＳ９において、操作案内部１１により、ステップＳ８で食道Ｅが検出されたか否かが判定される。ステップＳ９で、ステップＳ８の検出処理により食道Ｅが検出されていないと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、操作案内部１１により、被検体の喉を圧迫する旨の案内が既になされたか否かが判定されるが、ステップＳ１６において、被検体の喉を圧迫する旨の案内が既になされているため、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０において、操作案内部１１は、エラーが発生した旨を表示部７に表示させる。このようにして、ステップＳ１０の処理が完了すると、実施の形態２における超音波診断装置１の動作が終了する。

ここで、ステップＳ６において、ステップＳ５の検出処理により食道Ｅが検出されたと判定された場合、または、ステップＳ９において、ステップＳ８の検出処理により食道Ｅが検出された場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、食道状態判別部１０は、ステップＳ５またはステップＳ８で検出された食道Ｅに気管内チューブが挿入されているか否かを判別する。

続くステップＳ１２において、食道状態判別部１０は、ステップＳ１１の判別結果に基づいて、食道挿管の有無を判定する。ステップＳ１２で食道挿管が無いと判定された場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、食道状態判別部１０は、気管内チューブを動かして気管Ｔに気管内チューブが挿入されているか否かを確認する旨をユーザに案内する。このようにして、ステップＳ１３の案内が完了すると、実施の形態２における超音波診断装置１の動作が終了する。

ステップＳ１２で食道挿管があると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、食道状態判別部１０は、食道挿管の疑いがある旨をユーザに案内する。このようにして、ステップＳ１４の案内が完了すると、実施の形態２における超音波診断装置１の動作が終了する。

以上から、実施の形態２の超音波診断装置１によれば、被検体から見て気管Ｔの左側と右側で食道が検出できない場合に、操作案内部１１により、被検体の喉を圧迫する旨の案内がなされ、新たに、被検体から見て気管Ｔの左側と右側で食道を探す旨の案内がなされるため、より確実に食道挿管の有無を確認することができる。

上記記載から、以下の付記項１〜８に記載の超音波診断装置を把握することができる。

［付記項１］

被検体の気管および食道を観察する超音波診断装置であって、

超音波プローブと、

プロセッサと、を備え、

前記プロセッサは、

前記超音波プローブから前記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、

取得された前記超音波画像に対して画像解析を行うことにより、前記超音波画像に含まれる前記気管および前記食道を検出し、

検出結果に基づいて、前記食道の観察に適した位置に前記超音波プローブを位置させるように、ユーザに前記超音波プローブの操作を案内し、

検出された前記食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別する超音波診断装置。

［付記項２］

前記プロセッサは、前記気管の観察に適した位置、前記食道の観察に適した位置の順に、前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する付記項１に記載の超音波診断装置。

［付記項３］

前記プロセッサは、前記食道を観察するために前記被検体から見て前記気管の左側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内し、前記気管の左側の位置において前記食道が検出されない場合に、前記被検体から見て前記気管の右側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する付記項２に記載の超音波診断装置。

［付記項４］

前記プロセッサは、前記被検体から見て前記気管の右側において前記食道が検出されない場合に、前記被検体の喉を圧迫しながら前記気管の左側および前記気管の右側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する付記項３に記載の超音波診断装置。

［付記項５］

前記プロセッサは、

取得された前記超音波画像に対して、前記食道のみを表す第１のテンプレートパターンと、前記気管内チューブが挿入された前記食道を表す第２のテンプレートパターンとを用いて画像解析を行うことにより前記食道を検出し、

前記第２のテンプレートパターンに対応する前記食道が検出された場合に、前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態であると判別する付記項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

［付記項６］

前記プロセッサは、検出された前記気管の大きさに対する前記食道の大きさの比が定められた値よりも大きい場合に、前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態であると判別する付記項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

［付記項７］

前記プロセッサは、前記食道に前記気管内チューブが挿入されているか否かを表す判別結果を前記ユーザに報知する付記項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

［付記項８］

ディスプレイ装置を備え、

前記プロセッサは、

前記ユーザに向けた前記超音波プローブの操作案内を前記ディスプレイ装置に表示し、

前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態か否かの前記判別結果を前記ディスプレイ装置に表示する付記項７に記載の超音波診断装置。

１ 超音波診断装置、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 観察対象検出部、１０ 食道状態判別部、１１ 操作案内部、１２ 装置制御部、１３ 入力部、１４ 格納部、１５ 超音波プローブ、１６ プロセッサ、１７ 増幅部、１８ ＡＤ変換部、１９ 信号処理部、２０ ＤＳＣ、２１ 画像処理部、Ｅ 食道、Ｇ１，Ｇ２ ガイドパネル、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 位置、Ｔ 気管、Ｕ１，Ｕ２ 超音波画像。

Claims (9)


  1. 被検体の気管および食道を観察する超音波診断装置であって、

    超音波プローブと、

    前記超音波プローブから前記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前記超音波画像に対して画像解析を行うことにより、前記超音波画像に含まれる前記気管および前記食道を検出する観察対象検出部と、

    前記観察対象検出部による検出結果に基づいて、前記食道の観察に適した位置に前記超音波プローブを位置させるように、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、

    前記観察対象検出部により検出された前記食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別する食道状態判別部と

    を備えた超音波診断装置。

  2. 前記操作案内部は、前記気管の観察に適した位置、前記食道の観察に適した位置の順に、前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する請求項１に記載の超音波診断装置。

  3. 前記操作案内部は、前記食道を観察するために前記被検体から見て前記気管の左側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内し、前記気管の左側の位置において前記観察対象検出部により前記食道が検出されない場合に、前記被検体から見て前記気管の右側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する請求項２に記載の超音波診断装置。

  4. 前記操作案内部は、前記被検体から見て前記気管の右側において前記観察対象検出部により前記食道が検出されない場合に、前記被検体の喉を圧迫しながら前記気管の左側および前記気管の右側に前記超音波プローブを位置させるようにユーザに案内する請求項３に記載の超音波診断装置。

  5. 前記観察対象検出部は、前記画像取得部により取得された前記超音波画像に対して、前記食道のみを表す第１のテンプレートパターンと、前記気管内チューブが挿入された前記食道を表す第２のテンプレートパターンとを用いて画像解析を行うことにより前記食道を検出し、

    前記食道状態判別部は、前記観察対象検出部により前記第２のテンプレートパターンに対応する前記食道が検出された場合に、前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態であると判別する請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

  6. 前記食道状態判別部は、前記観察対象検出部により検出された前記気管の大きさに対する前記食道の大きさの比が定められた値よりも大きい場合に、前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態であると判別する請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

  7. 前記食道状態判別部は、前記食道に前記気管内チューブが挿入されているか否かを表す判別結果を前記ユーザに報知する請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

  8. 表示部を備え、

    前記操作案内部は、前記ユーザに向けた前記超音波プローブの操作案内を前記表示部に表示し、

    前記食道状態判別部は、前記食道に前記気管内チューブが挿入されている状態か否かの前記判別結果を前記表示部に表示する請求項７に記載の超音波診断装置。

  9. 被検体の気管および食道を観察する超音波診断装置の制御方法であって、

    超音波プローブから前記被検体の喉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、

    前記被検体の前記気管の観察に適した位置に前記超音波プローブを位置させるように、

    ユーザに前記超音波プローブの操作を案内し、

    取得された超音波画像に対して画像解析を行って、前記超音波画像に含まれる前記気管

    を検出し、

    前記被検体の前記食道の観察に適した位置に前記超音波プローブを位置させるように、

    ユーザに前記超音波プローブの操作を案内し、

    取得された超音波画像に対して画像解析を行って、前記超音波画像に含まれる前記食道

    を検出し、

    検出された前記食道に基づいて、前記食道に気管内チューブが挿入されている状態か否かを判別する超音波診断装置の制御方法。
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