JP6637611B2 - 超音波診断装置および超音波診断装置の制御方法 - Google Patents
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Description
あるいは、部位判別部は、さらに、移動量算出部により算出された移動方向および移動距離に基づいて、画像解析の対象となる複数の検査部位を絞り込み、画像解析部は、部位判別部により絞り込まれた検査部位について画像解析し、部位判別部は、画像解析部による画像解析の結果を用いて第2の検査部位を判別するように構成することができる。
あるいは、部位判別部は、さらに、移動量算出部により算出された移動方向および移動距離に基づいて、複数の検査部位について画像解析する解析順序を決定し、画像解析部は、部位判別部により決定された解析順序に従って複数の検査部位について順々に画像解析し、部位判別部は、画像解析部による画像解析の結果を用いて第2の検査部位を判別するように構成することができる。
また、部位判別部は、移動量算出部により算出され且つ第2の検査部位が判別されたときに用いられていた移動方向および移動距離と、第2の検査部位が判別されたときに用いられていた移動量基準値との差に応じて複数の移動量基準値を修正し、修正した複数の移動量基準値を第2の検査部位の後に検査対象となる検査部位の判別に用いることが好ましい。
あるいは、超音波プローブが空中放射状態と被検体への接触状態のいずれにあるかを判定するプローブ状態判定部をさらに備え、移動量算出部は、プローブ状態判定部により、超音波プローブが被検体への接触状態から空中放射状態に遷移したと判定されたときから、超音波プローブが空中放射状態から被検体への接触状態に遷移したと判定されたときまでの超音波プローブの移動方向および移動距離を算出しても良い。
動き検出センサは、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサあるいはGPSセンサにより構成されることが好ましい。
生成された超音波画像を用いて画像解析し、超音波プローブの動きを検出して検出信号として出力し、出力された検出信号を用いて、複数の検査部位のうち検査が終了した第1の検査部位から次の検査対象となる第2の検査部位へと超音波プローブが移動する際の超音波プローブの移動方向および移動距離を算出し、画像解析の結果および算出された移動方向および移動距離に基づいて第2の検査部位を判別するものである。
実施の形態1
図1に、この発明の実施の形態1に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、アレイトランスデューサ1Aを内蔵する超音波プローブ1を備え、この超音波プローブ1に送受信部2を介して画像生成部3が接続され、さらに、画像生成部3に表示制御部4を介して表示部5に接続されている。
送受信部2の送受信制御部8、および、画像生成部3の画像処理部9およびDSC10に、画像化条件設定部13が接続されている。
表示制御部4、画像解析部11、部位判別部12、画像化条件設定部13および移動量算出部15に装置制御部16が接続されている。さらに、装置制御部16に、操作部17、格納部18および移動量基準値メモリ19がそれぞれ接続されている。
送受信部2の受信部6は、図2に示されるように、増幅部20とA/D(Analogue / Digital)変換部21が順次直列に接続された構成を有している。受信部6は、アレイトランスデューサ1Aの各超音波トランスデューサから送信される受信信号を増幅部20で増幅し、A/D変換部21でA/D変換してデジタルの受信データを生成する。
送受信制御部8は、装置制御部16から伝送される各種の制御信号に基づき、繰り返し周波数(PRF:Pulse Repetition Frequency)間隔で被検体への超音波パルスの送信と被検体からの超音波エコーの受信が繰返し行われるように、受信部6および送信部7を制御する。
なお、超音波画像として、例えば、Bモード(Brightness mode)画像、Mモード(Motion mode)画像、あるいは、カラードプラ画像等が挙げられる。また、音速の分布を示す音速マップ、あるいは、被検体内の組織の柔らかさ等を表す弾性の分布を示す弾性マップも超音波画像として挙げられる。
表示部5は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部4の制御の下で超音波画像を表示する。
なお、第1の検査部位の検査と第2の検査部位の検査の間で、被検体と超音波プローブ1の隙間を埋めるためのジェルが付与されたり、あるいは、超音波プローブ1が一旦置かれたりすることが想定されるため、移動距離Dは直線距離として算出されることが好ましい。
具体的には、部位判別部12は、移動量基準値メモリ19から複数の移動量基準値を読み出し、読み出した複数の移動量基準値のそれぞれと、移動量算出部15により算出された超音波プローブ1の移動方向および移動距離を比較する。そして、部位判別部12は、この比較結果と、画像解析部11による画像解析の結果を組み合わせ、第2の検査部位を判別する。このような部位判別を実施するには、例えば、SVM(Support Vector Machine)、決定木あるいはその他の公知の判別アルゴリズムを用いることができる。
このように、部位判別部12は、画像解析の結果と超音波プローブ1の移動方向および移動距離を統合して部位判別を実施することができる。
また、装置制御部16は、操作者により操作部17を介して入力された指令に基づいて、表示制御部4、画像解析部11、部位判別部12、画像化条件設定部13および移動量算出部15を制御する。
なお、画像化条件のうち、送受信部2に対する超音波ビーム走査条件としては、超音波ビームの送信周波数、焦点位置、表示深さ等が挙げられ、画像生成部3に対する超音波画像生成条件としては、音速、検波条件、ゲイン、ダイナミックレンジ、階調カーブ、スペックル抑制強度、エッジ強調度等を挙げることができる。
格納部18は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、MO(Magneto-Optical Disk)、MT(Magnetic Tape)、RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、SDカード(Secure Digital Card)、CFカード(Compact Flash Card)、USBメモリ(Universal Serial Bus Memory)またはサーバー等の記録メディアを用いて構成することができる。
第1の検査部位は、部位判別部12により、画像解析の結果が用いられて判別される。すなわち、画像解析部11により、DSC10からの超音波画像信号が画像解析され、画像解析の結果が部位判別部12に出力される。そして、部位判別部12により、画像解析により検出された輝度あるいはエッジ等の超音波画像の特徴が用いられ、第1の検査部位が判別される。
あるいは、第1の検査部位は、操作者が操作部17を介して第1の検査部位がどの検査部位であるかという情報を入力することで、判別されても良い。
まず、ステップS1で、画像生成処理と動き検出処理が実施される。具体的には、図6のフローチャートに従って、超音波画像が生成され、さらに、超音波プローブ1の動きが検出される。ステップS21で、送受信部2により超音波プローブ1のアレイトランスデューサ1Aの複数の超音波トランスデューサを用いた超音波ビームの送受信および走査が行われ、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサから受信信号が受信部6に出力され、受信部6で増幅およびA/D変換されて受信データが生成される。
ステップS2において、検出された加速度がしきい値Th以上であると判断された場合は、第1の検査部位の検査が終了して超音波プローブ1が第1の検査部位から次の検査対象となる第2の検査部位へと移動を開始したとみなされ、ステップS3に進む。
ステップS5において、検出された加速度がしきい値Th未満であると判断された場合、超音波プローブ1が移動を完了して体表Sに接触し、第2の検査部位が撮像されているとみなされ、ステップS6に進む。
ステップS6で、移動量算出部15により超音波プローブ1の移動量の算出が終了され、超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果が部位判別部12に出力される。
ステップS8で、部位判別部12により、現在撮像されている第2の検査部位が判別される。部位判別部12は、移動量基準値メモリ19から複数の移動量基準値を読み出し、読み出した移動量基準値のそれぞれと、移動量算出部15による算出結果を比較する。そして、部位判別部12は、これらの比較結果と、画像解析部11により出力された画像解析の結果を統合し、複数の検査部位から第2の検査部位を判別し、部位判別の結果を装置制御部16に出力する。
続くステップS10で、図6のフローチャートに従って、画像化条件設定部13により設定された画像化条件に基づき超音波画像が生成され、さらに、超音波プローブ1の動き、すなわち加速度が検出される。
移動量算出部15により、移動距離Dが35cm、さらに角度Aが15°であるという超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果が得られたとする。超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果と、表1に記載のそれぞれ移動量基準値を比較すると、この算出結果は、膀胱−左肺間および膀胱−心臓間の移動量基準値と近しい値を有している。これに対し、この算出結果は、膀胱−右肺間、膀胱−左腹部間および膀胱−右腹部間の移動量基準値と大きく異なる値を有している。これにより、左肺および心臓のいずれか一方が第2の検査部位であると判断する。しかし、これらの比較結果だけでは、左肺と心臓のいずれが第2の検査部位であるかを判断することができない。
このように、画像解析の結果、あるいは、超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果だけでは部位判別することが困難な場合であっても、超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果と、画像解析の結果を統合することで、正確に第2の検査部位を判別することができる。
実施の形態1では、画像解析の結果と超音波プローブ1の移動方向および移動距離を統合して第2の検査部位を判別していたが、実施の形態2では、超音波プローブ1の移動方向および移動距離に基づいて画像解析の対象となる複数の検査部位を絞り込む。
図5のフローチャートのステップS1〜S6を経て、超音波画像が生成されると共に移動量算出部15により、第1の検査部位から次の検査の対象となる第2の検査部位へと超音波プローブ1が移動する際の超音波プローブ1の移動方向および移動距離が算出される。
このように、超音波プローブ1の移動方向および移動距離に基づいて画像解析の対象となる複数の検査部位を絞り込むことで、一般的に処理負荷が高いとされる画像解析処理の回数を減らし、画像解析処理による処理負荷を効果的に軽減することができる。
移動量算出部15により、移動距離Dが35cm、さらに角度Aが15°であるという超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果が得られたとする。表1に示された複数の移動量基準値に対し、移動距離Dについて乖離許容度を±10cmと設定すると共に、角度Aについて乖離許容度を±20°と設定する。なお、この乖離許容度を設定する際には、検査部位毎に異なる値を設定しても良い。
また、検査部位を絞り込む際には、誤って検査部位が見落とされることを防止するため、乖離許容度がある程度大きい値に設定され、検査部位を十分に絞り込めないことがある。しかし、検査部位を十分に絞り込めなくても、画像解析の結果と超音波プローブ1の移動方向および移動距離を統合することで、正確に第2の検査部位を判別することができる。
実施の形態1および2では、複数の検査部位について画像解析する解析順序は定められていなかったが、実施の形態3では、超音波プローブ1の移動方向および移動距離に基づいて、この解析順序を決定する。
図5のフローチャートのステップS1〜S6を経て、超音波画像が生成されると共に、移動量算出部15により、第1の検査部位から次の検査の対象となる第2の検査部位へと超音波プローブ1が移動する際の超音波プローブ1の移動方向および移動距離が算出される。
移動量算出部15により、移動距離Dが35cm、さらに角度Aが15°であるという超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果が得られたとする。超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果と、表1に示された複数の移動量基準値のそれぞれを比較すると、この算出結果は、膀胱−左肺間、膀胱−心臓間、膀胱−右肺間、膀胱−左腹部間および膀胱−右腹部間の移動量基準値の順に、近しい値を有している。これらの比較結果により、左肺、心臓、右肺、左腹部および右腹部の順に画像解析の対象とする解析順序を決定する。
このように複数の検査部位について画像解析する解析順序を決定することで、短時間で第2の検査部位を判別することができるため、実施の形態3に係る超音波診断装置の応答性能を向上することができる。
実施の形態1〜3では、被検体の体型に関わらず、平均的な体型を有する被検体に係る移動量基準値を部位判別に用いていたが、被検体毎の体型の差異により検査部位の間の距離にバラツキが生じると考えられる。そこで、実施の形態4では、被検体の体型に応じて移動量基準値を修正し、修正した移動量基準値を部位判別に用いる。
部位判別部12は、第2の検査部位が判別されたときに用いていた、移動量算出部15による超音波プローブ1の移動方向および移動距離の算出結果と、移動量基準値との差に応じて、複数の移動量基準値を修正する。そして、修正した複数の移動量基準値を、第2の検査部位の後に検査対象となる検査部位の判別に用いる。
このように、被検体の体型に応じて移動量基準値を修正し、第2の検査部位の後に検査の対象となる検査部位の判別に用いることで、判別精度を向上させることができる。
実施の形態1〜4では、被検体に関わらず一律に移動量基準値を部位判別に用いていたが、実施の形態5では、被検体毎の超音波プローブ1の移動方向および移動距離に関する被検体別基準値を部位判別に用いる。
図9は、実施の形態5に係る超音波診断装置の構成を示している。実施の形態5に係る超音波診断装置は、図1に示した実施の形態1に係る超音波診断装置の構成において、さらに被検体別基準値メモリ31を備え、被検体別基準値メモリ31は、装置制御部16に接続されている。
なお、入力された被検体の情報に対応する被検体別基準値が被検体別基準値メモリ31に保存されていない場合は、身長、体重および性別等が共通する他の被検体の被検体別基準値を用いても良い。あるいは、移動量基準値メモリ19に保存された移動量基準値を用いても良い。
実施の形態1〜5では、動き検出センサ14により検出された加速度を用いて超音波プローブ1の移動量の算出の開始と終了を判断していたが、実施の形態6では、超音波プローブ1が空中放射状態と被検体への接触状態のいずれにあるかの判定結果に基づいて、超音波プローブ1の移動量の算出の開始と終了を判断する。
図10は、実施の形態6に係る超音波診断装置の構成を示している。実施の形態6に係る超音波診断装置は、図1に示した実施の形態1に係る超音波診断装置の構成において、さらに、プローブ状態判定部41を備え、プローブ状態判定部41は画像生成部3のDSC10に接続されると共に移動量算出部15に接続されている。
このように、超音波プローブ1が空中放射状態と被検体への接触状態のいずれにあるかを判定し、超音波プローブ1が検査部位間の移動中であるか否かを判断することで、加速度センサ以外のセンサが超音波プローブ1に取り付けられている場合であっても、超音波プローブ1の移動量の算出の開始と終了を判断することができる。
Claims (12)
- 被検体の複数の検査部位を順次検査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超音波ビームの送受信を行い且つ前記超音波プローブから出力される受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像化部と、
前記画像化部により生成された前記超音波画像を用いて画像解析する画像解析部と、
前記超音波プローブに取り付けられ且つ前記超音波プローブの動きを検出して検出信号として出力する動き検出センサと、
前記動き検出センサにより出力された前記検出信号を用いて、前記複数の検査部位のうち検査が終了した第1の検査部位から次の検査対象となる第2の検査部位へと前記超音波プローブが移動する際の前記超音波プローブの移動方向および移動距離を算出する移動量算出部と、
前記画像解析部による画像解析の結果および前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離に基づいて前記第2の検査部位を判別する部位判別部と
を備える超音波診断装置。 - 前記部位判別部は、前記画像解析部による画像解析の結果および前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離を統合して前記第2の検査部位を判別する請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記部位判別部は、さらに、前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離に基づいて、画像解析の対象となる前記複数の検査部位を絞り込み、
前記画像解析部は、前記部位判別部により絞り込まれた検査部位について画像解析し、
前記部位判別部は、前記画像解析部による画像解析の結果を用いて前記第2の検査部位を判別する請求項1に記載の超音波診断装置。 - 前記部位判別部は、さらに、前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離に基づいて、前記複数の検査部位について画像解析する解析順序を決定し、
前記画像解析部は、前記部位判別部により決定された解析順序に従って前記複数の検査部位について順々に画像解析し、
前記部位判別部は、前記画像解析部による画像解析の結果を用いて前記第2の検査部位を判別する請求項1または3に記載の超音波診断装置。 - 前記複数の検査部位の間を前記超音波プローブが移動する際の前記超音波プローブの前記移動方向および前記移動距離に関する複数の移動量基準値が予め保存された移動量基準値メモリをさらに備え、
前記部位判別部は、前記移動量基準値メモリから前記複数の移動量基準値を読み出し、読み出した前記複数の移動量基準値のそれぞれと、前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離とを比較し、比較した結果および前記画像解析部による画像解析の結果に基づいて前記第2の検査部位を判別する請求項1〜4のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記部位判別部は、前記移動量算出部により算出され且つ前記第2の検査部位が判別されたときに用いられていた前記移動方向および前記移動距離と、前記第2の検査部位が判別されたときに用いられていた移動量基準値との差に応じて前記複数の移動量基準値を修正し、修正した複数の移動量基準値を前記第2の検査部位の後に検査対象となる検査部位の判別に用いる請求項5に記載の超音波診断装置。
- 被検体毎の前記複数の検査部位の間を前記超音波プローブが移動する際の前記移動方向および移動距離に関する複数の被検体別基準値が予め保存された被検体別基準値メモリをさらに備え、
前記部位判別部は、前記被検体別基準値メモリから被検体に対応する前記被検体別基準値を読み出し、読み出した前記被検体別基準値と、前記移動量算出部により算出された前記移動方向および前記移動距離とを比較し、比較した結果および前記画像解析部による画像解析の結果に基づいて前記第2の検査部位を判別する請求項1〜6のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記移動量算出部は、前記動き検出センサにより出力された前記検出信号を用いて前記超音波プローブの加速度を検出し、検出した加速度が予め定められたしきい値以上となったときから、前記加速度が前記しきい値未満となったときまでの前記超音波プローブの前記移動方向および前記移動距離を算出する請求項1〜7のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記超音波プローブが空中放射状態と前記被検体への接触状態のいずれにあるかを判定するプローブ状態判定部をさらに備え、
前記移動量算出部は、前記プローブ状態判定部により、前記超音波プローブが前記被検体への接触状態から空中放射状態に遷移したと判定されたときから、前記超音波プローブが空中放射状態から前記被検体への接触状態に遷移したと判定されたときまでの前記超音波プローブの前記移動方向および前記移動距離を算出する請求項1〜7のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記部位判別部により判別された前記第2の検査部位に対応する画像化条件を設定する画像化条件設定部をさらに備え、
前記画像化部は、前記画像化条件設定部により設定された前記画像化条件に従って前記超音波画像を生成する請求項1〜9のいずれか一項に記載の超音波診断装置。 - 前記動き検出センサは、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサあるいはGPSセンサにより構成される請求項1〜10のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 被検体の複数の検査部位を順次検査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に超音波ビームの送受信を行い且つ前記超音波プローブから出力される受信信号に基づいて超音波画像を生成し、
生成された前記超音波画像を用いて画像解析し、
前記超音波プローブの動きを検出して検出信号として出力し、
出力された前記検出信号を用いて、前記複数の検査部位のうち検査が終了した第1の検査部位から次の検査対象となる第2の検査部位へと前記超音波プローブが移動する際の前記超音波プローブの移動方向および移動距離を算出し、
画像解析の結果および算出された前記移動方向および前記移動距離に基づいて前記第2の検査部位を判別する超音波診断装置の制御方法。
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