WO2017094397A1 - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
WO2017094397A1
WO2017094397A1 PCT/JP2016/081571 JP2016081571W WO2017094397A1 WO 2017094397 A1 WO2017094397 A1 WO 2017094397A1 JP 2016081571 W JP2016081571 W JP 2016081571W WO 2017094397 A1 WO2017094397 A1 WO 2017094397A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
cartilage
subchondral bone
signal
angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2016/081571
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弥 喜屋武
竜雄 新井
武士 河尻
拓生 嶋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to CN201680080749.9A priority Critical patent/CN108601584B/zh
Priority to JP2017553705A priority patent/JP6496042B2/ja
Publication of WO2017094397A1 publication Critical patent/WO2017094397A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13—Tomography
    • A61B8/14—Echo-tomography

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic analysis apparatus, an ultrasonic analysis method, and an ultrasonic analysis program for transmitting an ultrasonic signal inside a subject and analyzing an echo signal of the ultrasonic signal reflected inside the subject.
  • Patent Literature 1 As an apparatus for analyzing the state of cartilage, for example, there is an ultrasonic analysis apparatus described in Patent Document 1.
  • the ultrasonic analysis apparatus of Patent Literature 1 transmits an ultrasonic signal from an ultrasonic probe that is in contact with the surface of the knee, and receives an echo signal reflected inside the knee with the ultrasonic probe. Then, the state of the cartilage is analyzed from the received echo signal.
  • the echo signal from the inside of the knee varies depending on the contact angle of the ultrasonic probe with respect to the knee, so that the state of the cartilage is not required unless the ultrasonic probe is contacted with the knee at an appropriate angle. There is a problem that it cannot be analyzed accurately.
  • an object of the present invention is to provide an ultrasonic analysis apparatus, an ultrasonic analysis method, and an ultrasonic analysis program that can easily adjust the contact angle of an ultrasonic probe to a subject.
  • the ultrasonic analysis apparatus controls the ultrasonic source to direct a predetermined sound axis from the ultrasonic source toward a plurality of different positions on the cartilage surface or subchondral bone surface inside the subject.
  • a control unit that transmits an ultrasonic signal at the control unit, an echo data input unit that receives echo data of an echo signal obtained by reflecting the ultrasonic signal transmitted from the control unit inside the subject, and the ultrasonic data
  • a position detection unit that detects positions of a plurality of different cartilage surfaces or subchondral bone surfaces different from the acoustic wave source, and the cartilage surface or the cartilage based on information on each position detected by the position detection unit
  • the angle of the ultrasonic probe since the user can grasp the angle of the ultrasonic probe with respect to the cartilage surface or the subchondral bone surface calculated by the angle calculation unit, the angle of the ultrasonic probe can be easily adjusted.
  • the ultrasonic analysis method includes a transmission control step, an echo data input step, a position detection step, a shape detection step, and an angle calculation step.
  • an ultrasonic signal is controlled from the ultrasonic source to a plurality of different positions on the cartilage surface or the subchondral bone surface inside the subject with a predetermined sound axis by controlling the ultrasonic source.
  • the echo data input step receives the input of echo data of an echo signal obtained by reflecting the ultrasonic signal transmitted in the control transmission step inside the subject.
  • the position detecting step detects positions of the plurality of cartilage surfaces or the subchondral bone surfaces different from the ultrasonic source.
  • the shape detection step detects the shape of the cartilage surface or the subchondral bone surface based on the information on each position detected in the position detection step.
  • the angle calculation step calculates an angle formed by a normal direction of the cartilage surface or the subchondral bone surface at the position where the ultrasonic signal is transmitted and the sound axis of the ultrasonic signal.
  • This ultrasonic analysis method is performed by the above ultrasonic analysis apparatus. Therefore, this ultrasonic analysis method has the same effect as the above ultrasonic analysis apparatus.
  • the ultrasonic analysis program controls the ultrasonic source so that the ultrasonic source is directed toward a plurality of different positions on the cartilage surface or subchondral bone surface inside the subject.
  • a transmission control step for transmitting an ultrasonic signal with a predetermined sound axis from an echo, and an echo that receives an input of echo data of an echo signal obtained by reflecting the ultrasonic signal transmitted by the transmission control step inside the subject
  • the position detection step for detecting the positions of the plurality of different cartilage surfaces or the subchondral bone surfaces different from the ultrasonic source, and information on each position detected in the position detection step
  • a shape detecting step for detecting a shape of the cartilage surface or the subchondral bone surface, and the cartilage surface at the position where the ultrasonic signal is transmitted or Serial and angle calculation step of calculating the angle formed the acoustic axis in the normal direction and the ultrasonic signal subchondral bone surface, to function as a.
  • This ultrasonic analysis program is a program installed in the ultrasonic analysis apparatus. Therefore, this ultrasonic analysis program has the same effect as the ultrasonic analysis apparatus.
  • the contact angle of the ultrasonic probe to the subject can be easily adjusted.
  • the block diagram which shows the structure of the ultrasonic analyzer which concerns on embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic analysis apparatus 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the ultrasonic probe 100 and the subject of the ultrasonic analysis apparatus 10 according to the present embodiment.
  • an ultrasonic analysis apparatus 10 an ultrasonic analysis method, and an ultrasonic analysis program that analyze the inside of a human knee as an example of a subject will be described.
  • the ultrasonic analyzer 10 includes an ultrasonic probe 100.
  • the ultrasonic probe 100 is a single transducer (ultrasonic source) that is mechanically scanned in a two-dimensional manner along the surface of the subject, for example, the knee (x-direction and y-direction scanning directions shown in FIG. 2). )have.
  • the vibrator transmits an ultrasonic signal from the surface of the subject toward the inside of the subject at a predetermined time interval.
  • the transmitted ultrasonic signal is reflected inside the subject, and the transducer receives the reflected echo signal.
  • the ultrasonic probe 100 is not limited to the above-described configuration.
  • the ultrasonic probe 100 includes a plurality of transducers arranged in one direction (for example, the x direction shown in FIG. 2) and scans in a two-dimensional manner. It may be a configuration.
  • the user moves the ultrasonic probe 100 in a direction (y direction) orthogonal to the one direction, and the ultrasonic analysis apparatus 10 receives an ultrasonic signal having a predetermined transmission beam angle of the subject. An echo signal transmitted from the surface and reflected inside the subject is received.
  • the ultrasonic analysis device 10 causes the knee surface (surface of the soft tissue 903) 905 to abut the end surface on the transmission / reception surface side of the ultrasonic probe 100, transmits an ultrasonic signal, and Explore the inside.
  • the soft tissue 903 is a part inside the body including skin and muscles, and is a part that exists on the surface side of the subject with respect to the cartilage 901.
  • the cartilage 901 is attached to the subchondral bone 904, and the subchondral bone 904 is a tissue connected to the bone (cancellous bone) 902.
  • a direction from the knee surface 905 toward the inside of the bone 902 side is referred to as a depth direction, and this direction is referred to as a z direction (a direction orthogonal to the x direction and the y direction).
  • the ultrasonic signal transmitted from the transducer of the ultrasonic probe 100 in the depth direction is reflected inside the subject (for example, soft tissue 903 or bone 902).
  • the transducer of the ultrasonic probe 100 receives the reflected echo signal.
  • the ultrasonic analysis device 10 generates image data of the cartilage 901 and the like based on the echo signal received by the ultrasonic probe 100.
  • the ultrasonic analysis apparatus 10 displays this image data on a monitor (not shown) or the like, and allows the user to determine the state of the cartilage 901 or the like.
  • the sound axis (not shown) of the ultrasonic signal is the surface of the cartilage 901 (hereinafter referred to as the cartilage surface) or the surface of the subchondral bone 904 (hereinafter referred to as the cartilage surface).
  • the contact angle of the ultrasound probe 100 (the angle of the sound axis) is adjusted so that the ultrasound probe 100 is substantially perpendicular (within a predetermined angle range) to the subchondral bone surface). It is preferable to contact 905.
  • the ultrasonic analysis apparatus 10 according to the present embodiment has a function that can easily adjust the contact angle of the ultrasonic probe 100. The function will be described in detail below.
  • the ultrasonic analysis apparatus 10 includes an operation unit 11, a control unit 12, a transmission / reception unit 13, and a signal processing unit 14.
  • the operation unit 11 receives a user operation input, and includes, for example, a key, a mouse, a touch panel, and the like. In the present embodiment, the operation unit 11 includes a plurality of operators (not shown).
  • the control unit 12 receives an instruction relating to the start of execution of the cartilage analysis process or the like by an operation on the operation element. Note that the ultrasonic analysis apparatus 10 (control unit 12) may be configured not to include the operation unit 11 and to receive an operation instruction from the outside.
  • the control unit 12 is configured by a processor such as a CPU, for example, and controls the operation of the ultrasonic analysis apparatus 10. For example, when receiving an instruction to start execution of a predetermined process such as a cartilage analysis process from the operation unit 11, the control unit 12 instructs the transmission / reception unit 13 and the signal processing unit 14 to start processing.
  • a processor such as a CPU
  • control unit 12 controls the ultrasonic source (vibrator) of the ultrasonic probe 100 to direct the ultrasonic source toward a plurality of different positions on the surface of the cartilage or the subchondral bone inside the subject.
  • the control unit 12 controls the position of the transducer of the ultrasonic probe 100 with respect to the subject, or controls the transmission angle of the ultrasonic signal with respect to the subject of the ultrasonic source, thereby controlling the inside of the subject.
  • the ultrasonic signal is transmitted to a plurality of different positions on the cartilage surface or subchondral bone surface.
  • the transmission / reception unit 13 When the start of processing is instructed from the control unit 12, the transmission / reception unit 13 generates an ultrasonic wave generation signal obtained by shaping a carrier wave having a frequency in the ultrasonic band into a pulse shape. Then, the transmission / reception unit 13 outputs an ultrasonic wave generation signal to the ultrasonic probe 100. Thereby, an ultrasonic signal is transmitted from the transducer of the ultrasonic probe 100 to the inside of the subject in the depth direction.
  • the transmission / reception unit 13 converts the echo signal from the inside of the subject received by the transducer of the ultrasonic probe 100 into discrete data by sampling at a predetermined time interval.
  • the echo signal converted into discrete data becomes echo data.
  • echo data sampled at predetermined intervals in the depth direction can be obtained.
  • the transmission / reception unit 13 performs envelope amplitude data D (x, z), D (y, z) obtained by performing envelope detection processing and log compression processing on the echo data. Is generated.
  • FIG. 3 is a diagram showing image data generated from the amplitude data D (x, z).
  • the signal processing unit 14 includes a computer including a processor such as a CPU, for example, and includes an echo data input unit 141, a position detection unit 142, a shape detection unit 143, an angle calculation unit 144, and an image data generation / output unit 145. And a notification unit 146 and a determination unit 147.
  • a processor such as a CPU, for example, and includes an echo data input unit 141, a position detection unit 142, a shape detection unit 143, an angle calculation unit 144, and an image data generation / output unit 145.
  • a notification unit 146 and a determination unit 147 includes a notification unit 146 and a determination unit 147.
  • the echo data input unit 141 is composed of an input interface (I / F), for example, and receives echo data such as amplitude data generated by the transmission / reception unit 13.
  • the signal processing unit 14 includes a storage unit (not shown) configured from a memory or the like.
  • the storage unit performs echo analysis generated by the transmission / reception unit 13, each data generated by another processing unit such as the position detection unit 142, and ultrasonic analysis for executing various processes related to the ultrasonic analysis method described later according to the present invention. Stores programs and the like.
  • the position detection unit 142 calculates the distance (ultrasonic propagation time) between the transducer (ultrasonic source) of the ultrasonic probe and the cartilage surface or the subchondral bone surface based on the echo data from the transmission / reception unit 13.
  • the position of the cartilage surface or subchondral bone surface is detected (in other words, the time position of the cartilage surface or subchondral bone surface is calculated, and the cartilage surface or subchondral bone surface is calculated based on the assumed sound speed. Is detected).
  • the position detection unit 142 includes a subchondral bone surface position detection unit 142A and a cartilage surface position detection unit 142B.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A uses the amplitude data D (x, z) and D (y, z) generated by the transmission / reception unit 13, and the surface position of the subchondral bone 904 in the z direction with respect to the x direction, And the surface position of the subchondral bone 904 in the z direction with respect to the y direction is detected.
  • the surface position of the subchondral bone 904 is a boundary position between the cartilage 901 and the subchondral bone 904.
  • a method for detecting the surface position of the subchondral bone 904 in the z direction with respect to the x direction will be described.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A takes a moving average of the amplitude data D (x, z) and generates smooth amplitude data Dm (x, z). In this case, even if the continuity of the amplitude data in the scanning direction and the depth direction is poor, the surface position of the subchondral bone 904 can be easily detected by smoothing.
  • FIG. 4 is a diagram showing image data generated from the amplitude data Dm (x, z) after the moving average processing.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A performs a compressor process for suppressing the signal intensity exceeding a predetermined value level to a predetermined value level or less from the amplitude data Dm (x, z), and the amplitude data Dcomp (x, z) Generate. Thereby, unnecessary high echo amplitude such as noise can be suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram showing image data generated from the amplitude data Dcomp (x, z) after the compressor processing.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A may thin the number of data from the amplitude data Dm (x, z) after the moving average process in order to shorten the subsequent calculation processing time. Further, the subchondral bone surface position detection unit 142A causes the storage unit to store the generated amplitude data as needed.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A uses the amplitude data Dcomp (x, z) to create a cost map by the method described below, and detects the surface position of the subchondral bone 904 in the depth direction. As shown in FIG. 5, the subchondral bone surface position detection unit 142A sets two regions Nfw and Nbw adjacent along the depth direction. The region Nbw is located on the skin side in the depth direction, and the region Nbw is a region located on the inner side (bone side) than the region Nbw. Further, the sizes of the areas Nfw and Nbw to be set can be changed as appropriate.
  • Each of the regions Nfw and Nbw includes a plurality of amplitude data Dcomp (x, z).
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A calculates the average value of the amplitude levels from the amplitude data Dcomp (x, z) in the regions Nfw and Nbw. Then, the average value of the amplitude level in the region Nbw is subtracted from the average value of the amplitude level in the region Nfw.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A stores the calculation result in the storage unit as a cost map.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A may detect the position of the subchondral bone 904 by the Dijkstra method (minimum cost path search). For example, position detection is performed in the order of a plurality of different positions x1, x2, x3 in the x direction. For example, when position detection is performed at the position x2, from the surface position of the subchondral bone 904 detected at the immediately preceding x1, A predetermined range is set in the depth direction, and the surface position of the subchondral bone 904 is detected in the range. Thereby, the search time can be shortened and erroneous detection can be suppressed.
  • Dijkstra method minimum cost path search
  • the ultrasound signal When an ultrasound signal is transmitted to the subject knee, the ultrasound signal is not reflected inside the cartilage 901, and the echo signal is reflected by the subchondral bone 904, whereas the echo signal is minute or no echo (signal).
  • the echo signal has a high amplitude. Therefore, for example, when one of the regions Nfw and Nbw is located in the cartilage 901, the difference between the average values of the amplitude levels is large. On the other hand, the difference between the average values of the amplitude levels when the regions Nfw and Nbw are not located in the cartilage 901 is small.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A detects a position with a large difference from the cost map stored in the storage unit as the surface position of the subchondral bone 904 in the depth direction.
  • the cartilage surface position detection unit 142B detects the surface position of the cartilage 901 in the depth direction, more specifically, the boundary position between the cartilage 901 and the soft tissue 903. Similarly to the subchondral bone surface position detection unit 142A, the cartilage surface position detection unit 142B detects the surface position of the cartilage 901 in each of the x and y directions. A method for detecting the surface position 901 will be described.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method for detecting the surface position of the cartilage 901.
  • FIG. 6 shows a part of the image shown in FIG.
  • the cartilage surface position detection unit 142B extracts the amplitude data Dcomp (x, z) included in the predetermined region from the storage unit.
  • the predetermined region is a region having a thickness Th on the soft tissue 903 side in the depth direction from the surface position of the subchondral bone 904 detected by the subchondral bone position detection unit 142A.
  • the thickness Th is a maximum value of the thickness of a human measurement site (cartilage) that is generally assumed. Then, the cartilage surface position detection unit 142B determines the search range in the depth direction according to the assumed maximum value of the cartilage thickness.
  • the cartilage surface position detection unit 142B sets two regions Cfw and Cbw from the extracted amplitude data Dcomp (x, z) in the same manner as described in FIG. Then, the cartilage surface position detection unit 142B calculates the difference between the average values of the amplitude levels in the regions Cfw and Cbw, and stores the calculation result in the storage unit as cost map data.
  • the ultrasonic signal is not reflected at the cartilage 901 portion, and becomes an echo-free signal.
  • the cartilage surface position detection unit 142B determines the position where the difference is large from the cost map data stored in the storage unit. The surface position of the cartilage 901 in the direction is detected.
  • FIG. 7 is a diagram showing image data generated based on the cost map.
  • the cartilage surface position detection unit 142B detects the surface position of the cartilage 901 in each of the x and y directions, and obtains information Z (x, y) of the three-dimensional coordinates of the surface position of the cartilage 901.
  • the shape detection unit 143 detects the shape of the cartilage surface or the subchondral bone surface based on the information on each position detected by the position detection unit 142.
  • the shape detection unit 143 calculates the plane of the cartilage surface or the subchondral bone surface (detects the shape) by performing surface fitting on the three-dimensional information Z (x, y) obtained by the position detection unit 142. For this surface fitting, for example, a least square method is used.
  • the angle calculation unit 144 calculates the angle formed by the normal direction of the cartilage surface or subchondral bone surface at the position where the ultrasonic signal is transmitted and the sound axis of the ultrasonic signal. That is, the angle calculation unit 144 detects a normal vector corresponding to the position where the calculated ultrasonic signal of the plane is transmitted. As described above, it is preferable that the ultrasonic probe 100 is brought into contact with the surface of the knee so that the sound axis of the ultrasonic signal is substantially perpendicular to the surface of the cartilage 901. For this reason, it is preferable that the detected normal vector is parallel to the depth direction. Therefore, the angle calculation unit 144 calculates the angles ⁇ x and ⁇ y of the normal vector with respect to the depth direction.
  • the angle ⁇ x is a moment in the x direction
  • the angle ⁇ y is a moment in the y direction.
  • the image data generation / output unit 145 generates image data for displaying the angles ⁇ x and ⁇ y calculated by the angle calculation unit 144 on a monitor (not shown), and outputs the image data to the monitor.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the display of the contact angle guide. On the screen, the ⁇ x axis, the ⁇ y axis, the allowable range 101, and the angle pointer 102 are displayed. The angle pointer 102 indicates the current angle of the ultrasonic probe 100. Based on whether or not the angle pointer 102 is within the allowable range 101, the user can grasp whether or not the angle of the ultrasonic probe 100 with respect to the knee surface is appropriate. The user can transmit an ultrasonic signal substantially perpendicular to the surface of the cartilage 901 by adjusting the angle of the ultrasonic probe 100 so that the angle pointer 102 falls within the allowable range 101. .
  • the numerical range of the allowable range 101 can be appropriately changed within a range in which cartilage analysis using an ultrasonic signal is normally performed.
  • an image in which the amplitude of the echo signal is displayed as the brightness (luminance) of the point may be displayed on the monitor.
  • the notification unit 146 indicates the detection result (for example, whether or not the angle of the ultrasonic probe 100 is included in the predetermined angle range or information on the angle of the ultrasonic probe 100) by sound or light. A notification signal to be notified is generated. Based on a notification signal from the notification unit 146, a notification device (not shown) such as a speaker or LED notifies the user of the notification signal. Thereby, the user can further easily adjust the angle of the ultrasonic probe.
  • the determination unit 147 determines whether or not the angle detected by the angle calculation unit 144 is within a predetermined angle range. The determination unit 147 compares the position of the angle pointer 102 with the position of the allowable range 101. If the position of the angle pointer 102 is in the position of the allowable range 101, the angle detected by the angle calculation unit 144 is the predetermined angle range. Is determined to be within.
  • FIG. 9 is a flowchart of the contact angle calculation process executed by the ultrasonic analysis apparatus 10, and is a flowchart of the ultrasonic analysis method.
  • the ultrasonic analysis apparatus 10 starts the predetermined process shown in FIG.
  • the transmission / reception unit 13 transmits an ultrasonic signal from the transducer (ultrasonic source) of the ultrasonic probe 100 (transmission control step), and an echo signal of the ultrasonic signal received by the ultrasonic probe 100.
  • Echo data (for example, amplitude data) is generated from the data and stored in the storage unit (S1).
  • the echo data input unit 141 receives the amplitude data (S2: echo data input step).
  • the position detector 142 (subchondral bone surface position detector 142A and cartilage surface position detector 142B) detects the surface positions of the subchondral bone 904 and cartilage 901 (S3 and S4: Position detection step).
  • FIG. 10 is a flowchart of the surface position detection process of the subchondral bone 904.
  • the cartilage surface position detection unit 142B takes a moving average of the amplitude data (S11). Next, the subchondral bone surface position detection unit 142B thins out the number of amplitude data after moving average, and performs noise level detection (S12).
  • Noise level detection refers to, for example, amplitude data corresponding to no-echo (or micro-echo) data in a region deviated from a position such as cartilage 901 in the depth direction generally assumed from amplitude data corresponding to echo data. delete. Thereby, shortening of processing time etc. can be aimed at.
  • the cartilage surface position detection unit 142B performs a compressor process for suppressing the signal intensity of echo data exceeding a predetermined value level to a predetermined value level or less (S13). Thereafter, the cartilage surface position detection unit 142B generates a cost map using the amplitude data after the compressor processing (S14). The method for generating the cost map is as described above.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142B stores the generated cost map data in the storage unit.
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A detects the surface position of the subchondral bone 904 from the generated cost map by the Dijkstra method (S15).
  • the subchondral bone surface position detection unit 142A stores the detected surface position of the subchondral bone 904 in the storage unit.
  • FIG. 11 is a flowchart of the surface position detection process of the cartilage 901.
  • the cartilage surface position detection unit 142B obtains amplitude data (echo data) included in a predetermined region based on the surface position of the subchondral bone 904 detected by the subchondral bone surface position detection unit 142A in the process shown in FIG. Then, it is extracted from the storage unit (S21).
  • the amplitude data extracted here is amplitude data generated by the transmission / reception unit 13 and stored in the storage unit.
  • the predetermined region is a region having a thickness Th on the soft tissue 903 side in the depth direction from the surface position of the subchondral bone 904 detected by the subchondral bone surface position detection unit 142B. is there.
  • the cartilage surface position detection unit 142B takes a moving average of the extracted amplitude data (S22) and thins out the number of data (S23). Note that the cartilage surface position detection unit 142B may perform noise level detection after the thinning-out process, similarly to the subchondral bone surface position detection unit 142A. Then, the cartilage surface position detection unit 142B performs a compressor process for suppressing the signal intensity exceeding the predetermined value level to be equal to or lower than the predetermined value level (S24). Thereafter, the cartilage surface position detection unit 142B generates a cost map (S25). Then, the cartilage surface position detection unit 142B detects the surface position of the cartilage 901 from the generated cost map by the Dijkstra method (S26).
  • the shape detection unit 143 calculates a plane (detects a shape) by performing surface fitting to the three-dimensional information Z (x, y) obtained by the cartilage surface position detection unit 142B (S5: shape detection step). ).
  • the angle calculation unit 144 detects the normal vector of the calculated plane (shape), and the angle of the normal vector with respect to the depth direction (the surface of the cartilage surface or the subchondral bone surface at the position irradiated with the ultrasonic signal). Angles ⁇ x and ⁇ y formed between the normal direction and the sound axis of the ultrasonic signal are calculated (S6: angle calculation step). Then, the image data generation / output unit 145 generates image data for displaying the calculated angles ⁇ x, ⁇ y, etc. on the monitor (S7: angle display step). Thereby, the image shown in FIG. 8 is displayed on the monitor.
  • the ultrasonic analysis device 10 detects the surface position of the cartilage 901 and detects the angle of the sound axis of the ultrasonic signal with respect to the surface position. The angle of the sound axis of the ultrasonic signal may be detected. In the present embodiment, the ultrasonic analysis device 10 displays the angles ⁇ x and ⁇ y as images and notifies the user, but may notify the user by sound or light via the notification unit 146.
  • the ultrasonic analysis apparatus 10 may be configured to generate and output image data only when the determination unit 147 determines that the angle detected by the angle calculation unit 144 is within a predetermined angle range. With this configuration, image data such as cartilage with higher accuracy can be obtained, and the user can more accurately analyze the state of cartilage.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

【課題】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。 【解決手段】超音波解析装置１０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、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と、制御部により送信された超音波信号が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１４１と、超音波源と互いに異なる複数の軟骨表面又は軟骨下骨表面の位置を検出する位置検出部１４２と、位置検出部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と、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角度算出部１４４と、を備える。

Description

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
　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。
PCT/JP2016/081571 2015-12-04 2016-10-25 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 Ceased WO2017094397A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680080749.9A CN108601584B (zh) 2015-12-04 2016-10-25 超声波解析装置、超声波解析方法及存储介质
JP2017553705A JP6496042B2 (ja) 2015-12-04 2016-10-25 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

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015237340 2015-12-04
JP2015-237340 2015-12-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017094397A1 true WO2017094397A1 (ja) 2017-06-08

Family

ID=58797043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/081571 Ceased WO2017094397A1 (ja) 2015-12-04 2016-10-25 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

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6496042B2 (ja)
CN (1) CN108601584B (ja)
WO (1) WO2017094397A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019208971A (ja) * 2018-06-07 2019-12-12 古野電気株式会社 超音波解析装置、超音波解析方法および超音波解析プログラム
US12521093B2 (en) 2021-04-30 2026-01-13 Fujifilm Corporation Ultrasound diagnostic apparatus and control method of ultrasound diagnostic apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014045925A1 (ja) * 2012-09-19 2014-03-27 古野電気株式会社 超音波解析装置、超音波解析方法及びプログラム
WO2014103512A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 古野電気株式会社 軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置、および軟組織軟骨境界面検出プログラム
JP2014136133A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Yamaguchi Univ 超音波診断装置
WO2015053007A1 (ja) * 2013-10-07 2015-04-16 古野電気株式会社 超音波診断装置、超音波診断方法、及び超音波診断プログラム
WO2015137131A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 古野電気株式会社 超音波診断装置、及び超音波診断方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996018342A1 (en) * 1994-12-14 1996-06-20 Sekisui Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisya Osteoporosis diagnosing apparatus and method
JP2001231788A (ja) * 2000-02-22 2001-08-28 Hitachi Ltd 骨の治療・治癒診断方法及び治療・治癒診断装置
CN100401986C (zh) * 2001-11-30 2008-07-16 彼得罗·莫伊拉宁 用于骨骼非侵害性评价的方法和装置
JP5235103B2 (ja) * 2008-06-18 2013-07-10 日立アロカメディカル株式会社 超音波診断装置
JP5280927B2 (ja) * 2009-04-14 2013-09-04 古野電気株式会社 音速測定装置及び音速測定方法
JP5406077B2 (ja) * 2010-03-04 2014-02-05 国立大学法人 東京大学 超音波診断装置
JP5467987B2 (ja) * 2010-11-18 2014-04-09 古野電気株式会社 超音波軟骨解析装置、超音波軟骨解析方法及びプログラム
JP5840780B2 (ja) * 2012-07-17 2016-01-06 古野電気株式会社 超音波測定器具および超音波測定装置
JP6190374B2 (ja) * 2012-09-19 2017-08-30 古野電気株式会社 軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置、および軟組織軟骨境界面検出プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014045925A1 (ja) * 2012-09-19 2014-03-27 古野電気株式会社 超音波解析装置、超音波解析方法及びプログラム
WO2014103512A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 古野電気株式会社 軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置、および軟組織軟骨境界面検出プログラム
JP2014136133A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Yamaguchi Univ 超音波診断装置
WO2015053007A1 (ja) * 2013-10-07 2015-04-16 古野電気株式会社 超音波診断装置、超音波診断方法、及び超音波診断プログラム
WO2015137131A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 古野電気株式会社 超音波診断装置、及び超音波診断方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019208971A (ja) * 2018-06-07 2019-12-12 古野電気株式会社 超音波解析装置、超音波解析方法および超音波解析プログラム
CN110575197A (zh) * 2018-06-07 2019-12-17 古野电气株式会社 超声波解析装置、超声波解析方法及存储介质
JP7107522B2 (ja) 2018-06-07 2022-07-27 古野電気株式会社 超音波解析装置、超音波解析方法および超音波解析プログラム
US12521093B2 (en) 2021-04-30 2026-01-13 Fujifilm Corporation Ultrasound diagnostic apparatus and control method of ultrasound diagnostic apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
CN108601584A (zh) 2018-09-28
JP6496042B2 (ja) 2019-04-03
JPWO2017094397A1 (ja) 2018-09-20
CN108601584B (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10722215B2 (en) Ultrasound diagnostic device and ultrasound diagnostic device control method
EP3603527A1 (en) Ultrasonic diagnostic device and operating method thereof
JP6006769B2 (ja) 超音波診断装置
JP5767002B2 (ja) 超音波送受信装置、および魚量検出方法
US20200337679A1 (en) Ultrasonic signal processing apparatus, ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic signal processing method, and ultrasonic signal processing program
JP6134323B2 (ja) 厚み測定装置及び厚み測定方法
JP6496042B2 (ja) 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
JP6038338B2 (ja) 超音波診断装置、超音波診断方法、及び超音波診断プログラム
JP5936734B1 (ja) 超音波診断装置
CN112043307B (zh) 超声波诊断装置及其控制方法、计算机可读取的记录介质
KR20160125934A (ko) 초음파 화상 표시 장치 및 그 제어 프로그램
JP6496045B2 (ja) 超音波解析装置、超音波解析方法、および超音波解析プログラム
CN113925528B (zh) 多普勒成像方法和超声设备
WO2014196288A1 (ja) 超音波診断装置、超音波診断方法およびプログラム
JP2019208971A (ja) 超音波解析装置、超音波解析方法および超音波解析プログラム
WO2014045925A1 (ja) 超音波解析装置、超音波解析方法及びプログラム
JP4761999B2 (ja) 超音波診断装置およびその画像処理方法、その画像処理プログラム
JP4796777B2 (ja) 水中探知装置
JP5023206B2 (ja) 水中探知装置
JP6463653B2 (ja) 超音波探傷装置および超音波プローブ移動距離検知方法
JP2014226497A (ja) 厚み測定方法、及び厚み測定装置
JPWO2019187647A1 (ja) 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法
JP6224572B2 (ja) 超音波診断装置及びプログラム
JP2016022249A (ja) 超音波診断装置及びプログラム
JP2006014979A (ja) 骨強度測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16870337

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017553705

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16870337

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1