(57)【要約】【課題】簡単な構成で、骨表面の音速分布を広い範囲で測定できる測定装置を提供する。【解決手段】プローブ２は、３軸方向に自由に移動させることが可能である。測定情報取得部は、皮質骨からの再放射信号に基づいて、皮質骨中の測定部位における音速を取得する。測定位置導出部は、プローブ２の位置に基づいて、測定位置を取得する。測定情報出力部は、測定位置と、当該測定位置に対応した測定情報を出力する。測定位置導出部は、プローブ２を撮像するカメラ４を備え、プローブ２の基準位置における当該プローブ２の基準画像と、プローブ２が前記信号の送受信を行った送受信位置における当該プローブ２の送受信時画像と、を撮像する。そして、測定位置導出部は、基準画像及び送受信時画像に基づいて、プローブ２の基準位置から送受信位置までの移動量を算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブと、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得部と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出部と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力部と、
前記プローブを撮像する撮像部と、
を備え、
前記撮像部は、
基準位置における前記プローブを撮像した第１画像と、
前記信号の送受信を行った送受信位置におけるプローブを撮像した第２画像と、
を撮像し、
前記測定位置導出部は、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置であって、
前記プローブは、特徴点を含むマーカ図形を備え、
前記測定位置導出部は、前記第１画像及び前記第２画像の前記特徴点で特徴量がマッチングする特徴点のペアを求め、当該マッチングした特徴点の座標に基づいて、前記移動量を算出をすることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の測定装置であって、
前記プローブは慣性計測装置を備え、
前記測定位置導出部は、前記撮像部が撮像した画像に基づいて前記移動量を適切に算出できない場合、前記画像に基づいて最後に移動量を算出できたときからの前記プローブの移動量を、前記慣性計測装置の出力に基づいて導出することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記プローブは、少なくとも１軸まわりに回転可能であることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の測定装置であって、
前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記第１画像及び第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出することを特徴とする測定装置。
【請求項６】
被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブと、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得部と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出部と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力部と、
を備え、
前記プローブは、慣性計測装置を備え、
前記測定位置導出部は、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の測定装置であって、
前記プローブは、少なくとも１軸まわりに回転可能であることを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の測定装置であって、
前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出することを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項１から８までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記プローブは、複数の受信部を並べて配置したアレイを有し、
当該測定装置は、前記複数の受信部の少なくとも何れかが受信した信号に基づいて、前記測定情報を取得することを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
請求項１から９までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記測定情報は、前記被測定体の音速であることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
請求項１から９までの何れか一項に記載の測定装置であって、
前記信号は超音波信号であり、
前記測定情報は、前記被測定体の広帯域超音波減衰であることを特徴とする測定装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の測定装置であって、
前記被測定体は、人体内の皮質骨であることを特徴とする測定装置。
【請求項１３】
送信部と受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法であって、
前記送信部から前記被測定体に向けて信号の送信を行う送信工程と、
前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する受信工程と、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得工程と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出工程と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力工程と、
を含み、
前記測定位置導出工程は、
前記プローブの基準位置における当該プローブの第１画像を撮像する第１撮像工程と、
前記プローブが前記信号の送受信を行った送受信位置における当該プローブの第２画像を撮像する第２撮像工程と、
を含むとともに、
前記第１画像及び前記第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定方法。
【請求項１４】
送信部と受信部と慣性計測装置を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法であって、
前記送信部から前記被測定体に向けて信号の送信を行う送信工程と、
前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する受信工程と、
前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する測定情報取得工程と、
前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する測定位置導出工程と、
前記測定位置及びこれに対応した前記測定情報を出力する測定情報出力工程と、
を含み、
前記測定位置導出工程では、
前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、被測定体の音速分布を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮質骨に対して超音波信号を送信し、当該皮質骨から返ってきた超音波信号を受信することにより、皮質骨の音速を測定する音速測定装置が知られている。皮質骨の音速と、当該骨の健全性と、の間には相関性があることが知られており、皮質骨の音速を測定することにより骨診断に役立てることができる。
【０００３】
皮質骨の音速は測定部位によって大きく異なるため、一箇所の音速測定のみでは骨診断のために十分な情報を得ることができない場合がある。そこで、皮質骨の複数の測定部位で音速を測定して、皮質骨の音速分布を得ることができれば、骨診断に有用な情報として活用できる。
【０００４】
この点、特許文献１は、超音波プローブを上下並びに左右方向に適宜の間隔をおいてスキャンすることにより、骨中の音速の分布を示す速度マップを求める構成を開示している。また、非特許文献１は、超音波信号の送受信器をＣ字型のアームに取りつけ、このＣアームをモータで移動させることにより、骨の各部位での音速を測定する装置を開示している。しかし、特許文献１及び非特許文献１は、超音波の送信器と受信器の間に被測定体を配置して、当該被測定体を透過した超音波に基づいて音速を測定する構成であるため、被測定体の表面の音速を測定できない。つまり、特許文献１及び非特許文献１に記載の測定装置では、皮質骨の音速を測定することはできない。
【０００５】
この点、非特許文献２は、大腿骨の表面の音速分布を求めることができる測定装置を開示している。非特許文献２に記載の測定装置を模式的に図８に示す。図８に示すように、非特許文献２に記載の測定装置では、送信振動子８１と受信振動子８２が、被測定体（大腿骨）８０から見て同じ側に配置されている。送信振動子８１から送信された超音波信号は、被測定体８０の表面を伝播したのち、受信振動子８２に受信されるように構成されている。これにより、受信振動子８２が受信した超音波信号に基づいて、被測定体８０の表面の音速を求めることができる。また、非特許文献２の測定装置は、図８に示すように受信振動子８２をステッピングモータで移動させることができるように構成されている。非特許文献２では、受信振動子８２を所定間隔で移動させて音速の測定を繰り返すことにより、被測定体（大腿骨）８０表面の２次元音速分布（音速マップ）を求めている。
【０００６】
また、特許文献２は、脛骨の皮質骨を測定できる測定装置を開示している。この特許文献２の測定装置は、図９に示すように、複数の超音波振動子８２を並べた振動子アレイ８３を有している。この構成で、送信振動子８１から送信された超音波信号が、被測定体（脛骨の皮質骨）８０の表面を伝播したのち、振動子アレイ８３の各振動子８２に受信される。また、特許文献２は、骨表面ライン上に、各振動子組について導出した音速をマッピングしても良い旨を開示している。つまり、図９に示すように、各振動子組には、それぞれ異なる経路を通って超音波信号が受信されるので、超音波信号を受信する振動子組を切り換えて音速を求めることで、被測定体８０表面の各部の音速を示す音速分布（音速マップ）を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７５３７５６６号明細書
【特許文献２】特開２０１０−２９２４０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】R. Barkmann, S. Dencks, P. Laugier, F. Padilla, K. Brixen, J. Ryg, A. Seekamp, L. Mahlke, A. Bremer, M, Heller, C. C. Gluer. 'Femur ultrasound (FemUS) - first clinical results on hip fracture discrimination and estimation of femoral BMD'. Osteoporos Int (2010) 21. page 969-976.
【非特許文献２】E. Camus, G. Berger, P. Laugier. 'Cortical Bone Velocity Mapping using Leaky Surface Acoustic Waves'. 1998 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM. page 1471-1474.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
受信振動子をモータによって移動させる非特許文献２の構成は、装置が大がかりになるという問題がある。また、実際の骨表面は湾曲しているので、骨表面の音速を適切に測定するためには、送信振動子８１と受信振動子８２の位置をともに３次元的にコントロールする必要があると考えられる。しかし、これを実現するには装置が複雑になり、制御も難しくなる。
【００１０】
この点、特許文献２の構成は、振動子を機械的に移動させるわけではないので、測定装置が機械的に複雑になることはない。しかし、特許文献２の構成で、皮質骨の広い範囲の音速分布を得るためには、振動子アレイ８３に並べる振動子８２の数を増やす必要があり、振動子アレイ８３が大型化する。また、実際の骨表面は湾曲しているので、図１０に示すように、振動子８２が受信する超音波信号の到来角度φが大きくなることがある。振動子８２には指向性があるため、到来角度φが大き過ぎると信号を適切に受信できない。このため、特許文献２の構成において、振動子８２の数を増やしたとしても、実際に信号を適切に受信できるのは一部の振動子８２のみであり、音速分布を得ることができる範囲は限られてしまう。
【００１１】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、簡単な構成で、骨表面の音速分布を広い範囲で測定できる測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１３】
本発明の第１の観点によれば、以下の測定装置が提供される。即ち、この測定装置は、プローブと、測定情報取得部と、測定位置導出部と、測定情報出力部と、撮像部と、を備える。前記プローブは、被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能である。前記測定情報取得部は、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出部は、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力部は、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記撮像部は、基準位置における前記プローブを撮像した第１画像と、前記信号の送受信を行った送受信位置における前記プローブを撮像した第２画像と、を撮像する。そして、測定位置導出部は、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出する。
【００１４】
このように、プローブを移動可能に構成することで、例えば被測定体が湾曲している場合であっても、当該プローブを適切な位置に配置して測定を行うことができる。そして、プローブの移動前後の画像に基づいて、当該プローブの移動量を検出することにより、特殊なセンサや複雑な機械的構成などを必要とせずに測定位置を特定できる。そして、測定位置に応じた測定結果を出力することにより、被測定体における測定結果の分布を得ることができる。
【００１５】
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、特徴点を含むマーカ図形を備える。前記測定位置導出部は、前記第１画像及び前記第２画像の前記特徴点で特徴量がマッチングする特徴点のペアを求める。そして、前記測定位置導出部は、前記マッチングした特徴点の座標に基づいて、前記移動量を算出する。
【００１６】
このように、送受信を行ったときのプローブの画像を撮影し、基準位置のプローブの画像とマッチングを行うことにより、当該プローブの基準位置からの移動量を精度良く導出できる。
【００１７】
上記の測定装置は、以下のように構成することもできる。即ち、前記プローブは慣性計測装置を備える。前記測定位置導出部は、前記撮像部が撮像した前記画像に基づいて前記移動量を適切に算出できない場合、前記画像に基づいて最後に移動量を算出できたときからの前記プローブの移動量を、前記慣性計測装置の出力に基づいて導出する。
【００１８】
このように、プローブに慣性計測装置（加速度センサ、角速度センサなど）を内蔵しておけば、プローブの外部にセンサ等を設けなくても、当該プローブの移動量と回転量を検出できる。そして、プローブの移動速度が速い場合など、カメラで撮影した画像がブレて画像の特徴点のマッチングを行えない場合に、慣性計測装置の出力を補間的に用いることにより、プローブの移動速度が速い場合であっても、当該プローブの移動と回転を精度良く検出できる。
【００１９】
上記の測定装置において、前記プローブは、少なくとも１軸まわりに回転可能であることが好ましい。
【００２０】
このように、プローブが回転可能であれば、信号の送受信を行うとときのプローブの姿勢をより自由に設定できるので、例えば被測定体が湾曲している場合であっても、当該プローブを適切な位置及び角度で配置して測定を行うことができる。これにより、測定の精度を向上させることができる。
【００２１】
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記第１画像及び第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出する。
【００２２】
このように、プローブの移動前後の画像に基づいて、当該プローブの移動量及び回転量を検出できる。
【００２３】
本発明の第２の観点によれば、以下の構成の測定装置が提供される。即ち、この測定装置は、プローブと、測定情報取得部と、測定位置導出部と、測定情報出力部と、を備える。前記プローブは、被測定体に向けて信号を送信する送信部、及び前記信号の前記被測定体からの再放射信号を受信する受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能である。前記測定情報取得部は、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出部は、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力部は、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記プローブは、慣性計測装置を備える。前記測定位置導出部は、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出する。
【００２４】
即ち、慣性計測装置単独でプローブの移動量を十分な精度で測定できる場合には、上記のように、撮像部によってプローブを撮影する構成を省略できる。
【００２５】
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、少なくとも１軸まわりに回転可能である。前記測定位置導出部は、前記移動量に加えて、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの回転量を算出する。
【００２６】
このように、慣性計測装置の出力に基づいて、プローブの移動量と回転量を算出できる。
【００２７】
上記の測定装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記プローブは、複数の受信部を並べて配置したアレイを有する。当該測定装置は、前記複数の受信部の少なくとも何れかが受信した信号に基づいて、前記測定情報を取得する。
【００２８】
即ち、被測定体からの信号の到来角度によっては受信部で適切な受信を行えない場合があるので、例えば受信部が１つだけの場合は測定できる対象が限られてしまう。そこで、複数の受信部を並べて設けることにより、何れかの受信部で信号を適切に受信できる可能性が高まるので、測定装置によって測定できる対象を広げることができる。
【００２９】
上記の測定装置において、前記信号は超音波信号とすることができる。この場合、前記測定情報取得部は、例えば前記被測定体の音速を取得する。また、測定情報取得部は、被測定体の広帯域超音波減衰係数を取得しても良い。
【００３０】
この測定装置によれば、被測定体における音速の分布や広帯域超音波減衰係数の分布を求めることができる。
【００３１】
上記の測定装置において、前記被測定体は、人体内の皮質骨とすることができる。
【００３２】
この測定装置によれば、人体内の皮質骨における音速の分布や広帯域超音波減衰係数の分布を求めることができる。
【００３３】
本発明の第３の観点によれば、送信部と受信部を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法が提供される。即ち、この測定方法は、送信工程と、受信工程と、測定情報取得工程と、測定位置導出工程と、測定情報出力工程と、を含む。前記送信工程では、前記送信部から被測定体に向けて信号の送信を行う。前記受信工程では、前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する。前記測定情報取得工程では、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出工程では、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力工程では、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記測定位置導出工程は、前記プローブの基準位置における当該プローブの第１画像を撮像する第１撮像工程と、前記プローブが前記信号の送受信を行った送受信位置における前記プローブの第２画像を撮像する第２撮像工程と、を含む。そして、前記測定位置導出工程では、前記第１画像及び前記第２画像に基づいて、前記プローブの前記基準位置から前記送受信位置までの移動量を算出する。
【００３４】
本発明の第４の観点によれば、送信部と受信部と慣性計測装置を有し、少なくとも１軸方向に移動可能なプローブを備えた測定装置によって被測定体を測定する測定方法が提供される。即ち、この測定方法は、送信工程と、受信工程と、測定情報取得工程と、測定位置導出工程と、測定情報出力工程と、を含む。前記送信工程では、前記送信部から被測定体に向けて信号の送信を行う。前記受信工程では、前記信号の前記被測定体からの再放射信号を前記受信部で受信する。前記測定情報取得工程では、前記再放射信号に基づいて、前記被測定体中の測定部位における当該被測定体の測定情報を取得する。前記測定位置導出工程では、前記プローブの位置に基づいて、前記測定部位の位置である測定位置を取得する。前記測定情報出力工程では、前記測定位置と、当該測定位置に対応した前記測定情報を出力する。前記測定位置導出工程では、前記慣性計測装置の出力に基づいて、前記プローブの基準位置から、前記信号の送受信を行った送受信位置までの移動量を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波診断装置ブロック図。
【図２】本実施形態に係る測定方法のフローチャート。
【図３】プローブによって超音波の送受信を行う様子を示す斜視図。
【図４】プローブによって超音波の送受信を行う様子を示す模式的な断面図。
【図５】本実施形態の測定装置で得られる音速分布の例を示す図。
【図６】本実施形態の変形例を示す斜視図。
【図７】別の変形例を示す斜視図。
【図８】非特許文献２を説明する模式図。
【図９】特許文献２を説明する模式図。
【図１０】特許文献２において指向性の問題を指摘する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
次に、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る測定装置としての超音波診断装置１のブロック図である。
【００３７】
本実施形態の超音波診断装置１は、人体内の脛骨の皮質骨１０を被測定体としている。本実施形態の超音波診断装置１は、脛骨の皮質骨１０に向けて超音波信号を送信し、当該皮質骨１０から返ってきた超音波信号に基づいて、皮質骨１０の音速を測定するように構成されている。
【００３８】
図１に示すように、超音波診断装置１は、プローブ（超音波送受波器）２と、装置本体３と、カメラ４と、から構成されている。
【００３９】
プローブ２は、超音波の送波及び受波を行うものである。このプローブ２は、測定部位の軟組織１１の表面（皮膚）に当接する当接面２ａと、振動子アレイ２２を備えている。振動子アレイ２２は、当接面２ａに沿って、等間隔で１列に並んで配列された複数の振動子２４からなっている。
【００４０】
なお、以下の説明で、振動子アレイ２２において振動子２４が並んでいる方向をｘprobe軸方向と呼び、当接面２ａに直交する方向をｙprobe軸方向と呼ぶ。また、ｘprobe軸とｙprobe軸で定義される座標系を、プローブ座標系と呼ぶ。なお、各振動子２４のプローブ座標系における位置は既知である。
【００４１】
振動子２４は、電気信号を与えられるとその表面が振動して超音波を発生させるとともに、その表面に超音波を受波すると電気信号を生成して出力する。即ち、各振動子２４は、超音波信号の送信を行う送信部と、超音波信号の受信を行う受信部と、としての機能を兼ねている。プローブ２はケーブルによって装置本体３と接続されており、装置本体３との間で信号の送受信ができるように構成されている。
【００４２】
本実施形態の超音波診断装置１が備えるプローブ２は、測定者が手で持って自由に移動させることができるように構成されている。つまり、プローブ２は、手で持って移動させることができる程度の大きさ及び重さとなっている。また、プローブ２は、ケーブルによって装置本体３と接続されているが、その他の機械的な拘束は受けていない。以上により、プローブ２は、３軸の自由度で移動させることが可能であり、かつ、３軸まわりに回転させることが可能に構成されている。測定者は、プローブ２をフリーハンドで所望の位置まで移動させて、超音波の送受信を行わせることができる。
【００４３】
カメラ４は、例えばＣＣＤカメラなどのデジタル方式のカメラであり、画像を撮影して、当該画像のデータを装置本体３に出力するように構成されている。なお、カメラ４としては、市販のウェブカメラなどを利用することができる。カメラ４は、図３に示すようにプローブ２を撮像するために設けられている。また、図３の配置ではカメラ４とプローブ２との距離が比較的近いため、本実施形態のカメラ４は、マクロ撮影用のレンズ１７を装着している。
【００４４】
装置本体３は、送信回路３１と、受信回路３３と、送受信分離部３４と、演算部３５と、を備えている。
【００４５】
送信回路３１は、振動子アレイ２２の各振動子２４を振動させて超音波を発生させるための電気パルス信号を生成するとともに、この電気パルス信号を各振動子２４に印加できるように構成されている。電気パルス信号の中心周波数は、例えば１〜１０ＭＨｚ程度である。
【００４６】
電気パルスが印加された振動子２４は、当該電気パルス信号に応じて振動して超音波を発生させる。送信回路３１は、振動子アレイ２２の複数の振動子２４それぞれに対して任意のタイミングの電気パルス信号を印加できるように構成されている。これにより、複数の振動子２４から、一斉に、あるいは個別のタイミングで超音波を送波するように制御できる。
【００４７】
受信回路３３は、振動子アレイ２２を構成する各振動子２４が超音波を受波することにより出力する電気信号を受信し、当該電気信号に対して、増幅処理や、フィルタ処理、デジタル変換処理などを施したデジタルの受信信号を生成して演算部３５に送信するように構成されている。
【００４８】
送受信分離部３４は、振動子アレイ２２と、前記送信回路３１及び前記受信回路３３と、の間に接続されている。この送受信分離部３４は、送信回路３１から振動子アレイ２２に送られる電気信号（電気パルス信号）が受信回路３３に直接流れるのを防止するとともに、振動子アレイ２２から受信回路３３に送られる電気信号が送信回路３１側に流れるのを防止するためのものである。
【００４９】
演算部３５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウェアと、当該ハードウェアで実行されるコンピュータプログラムとから成っており、各振動子２４が受信した信号、及びカメラ４が撮影した画像に基づいて、皮質骨１０の音速分布を導出するように構成されている。なお、演算部３５で行われる処理の詳細については後述する。
【００５０】
演算部３５によって導出された音速分布は、例えば表示部３２にグラフィカルに表示される。以上のように構成された超音波診断装置１により、脛骨の皮質骨１０の音速分布を測定できる。
【００５１】
また、本実施形態の超音波診断装置１で測定を行う際には、図３に示す装具５を利用する。この装具５は、診断対象である患者の脛１５に対してベルト１６などによって固定できるように構成されている。装具５には、前記カメラ４が固定されている。装具５には、プローブ２を挿入可能な枠部７が形成されている。枠部７は、その内部にプローブ２を挿入させることにより、当該プローブ２の当接面２ａを、脛骨近傍の軟組織１１の表面（皮膚表面）に当接させることができるように形成されている。
【００５２】
枠部７は、プローブ２の形状よりも若干大きく形成されている。従って、測定者は、プローブ２を枠部７に挿入した状態で、当該プローブ２をある程度自由に移動及び回転させることができる。この枠部７は、皮質骨１０及びカメラ４に対するプローブ２の移動範囲を制限するためのものである。即ち、本実施形態のプローブ２は、測定者が手で持って自由に移動させることができるように構成されているので、測定者がプローブ２を大きく移動させた場合、当該プローブ２が皮質骨１０に対して不適切な位置となったり、カメラ４の撮影範囲から外れたりし得る。測定者は、枠部７の範囲内でプローブ２を移動させることで、皮質骨１０及びカメラ４に対するプローブ２の位置を適切に保つことができる。
【００５３】
続いて、本実施形態の超音波診断装置１の特徴的な構成について説明する。
【００５４】
前述のように、皮質骨１０の音速は、測定部位によって大きく異なる。また、脛骨の皮質骨１０の表面は湾曲しているため、プローブ２の位置を調整しなければ超音波信号の送受信を適切に行えない場合がある。そこで、皮質骨１０の各部の音速を適切に測定するためには、例えば図４に示すように、湾曲した皮質骨１０の形状にあわせてプローブ２の位置と角度を適宜変更すれば好適である。本実施形態の超音波診断装置１では、測定者がプローブ２を手で持って自由に移動させることができるので、図４のように皮質骨１０にあわせてプローブを移動させることが容易である。
【００５５】
ところが、従来の超音波診断装置では、手で持って移動させることができるプローブ２の位置や角度を検出する手段を有していなかった。このため従来の超音波診断装置では、プローブ２を所定位置に固定してから音速測定を行っており、プローブ２を自由に移動させることができるという利点を活かすことができていなかった。
【００５６】
そこで、本実施形態の超音波診断装置１は、カメラ４でプローブ２の画像を撮影し、当該画像の特徴点を検出することで、装具５に対するプローブ２の位置と角度を画像認識によって検出するように構成されている。プローブ２の位置と角度の検出に画像認識を利用することにより、フリーハンドで移動させたプローブ２の位置及び角度を、特別なセンサ等を用いることなく検出できる。そして、このように、プローブ２の位置及び角度を検出可能とすることにより、プローブ２を自由に移動させることができるという利点を活かして皮質骨１０の各部の測定を行うことができる。
【００５７】
次に、本実施形態の超音波診断装置１を用いた測定方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
まず、測定者は、超音波診断装置１による音速測定を行うのに先立って、診断対象である患者の脛１５に装具５を固定する（ステップＳ１０１、装具設定工程）。これにより、装具５が、被測定体である脛骨の皮質骨１０に対して固定されたことになる。また、装具５にはカメラ４が固定されているので、カメラ４も皮質骨１０に対して固定されたことになる。なお、装具５の固定位置は予め決められており、患者の性別や年齢にかかわらず脛１５の特定の部位に固定する。これにより、患者ごとの測定部位のバラつきを抑え、信憑性のある測定結果を得ることができる。
【００５９】
以下の説明で、カメラ４の撮影方向（カメラ４が向く方向）をｚ軸方向と呼び、カメラで撮影される画像の横軸に平行な方向をｘ軸方向、画像の縦軸に平行な方向をｙ軸と方向呼ぶ。前述のように、カメラ４は装具５に固定されているので、ｘ軸、y軸、及びｚ軸で定義される直交座標系を、装具座標系と呼ぶ。
【００６０】
続いて、測定者は、プローブ２を装具５の枠部７の内側に挿入するとともに、当該プローブ２を、装具５に対して所定の位置及び所定の角度となるように配置する。このときのプローブ２の位置及び角度を、当該プローブ２の基準位置とする。この状態で、測定者は、所定の操作を行うことにより、プローブ２の画像をカメラ４で撮影する（ステップＳ１０２、第１撮像工程）。このとき撮影されたプローブ２の画像を、基準画像（第１画像）と呼ぶ。なお、基準位置のプローブ２は、装具５に対して所定の位置及び所定の角度となるように配置されるので、基準位置のプローブ２の装具座標系での位置及び角度は既知である。
【００６１】
続いて、測定者は、プローブ２を手で持って、適宜の位置に移動させ（ステップＳ１０３、プローブ移動工程）、プローブ２の当接面２ａを軟組織１１の表面（皮膚表面）に当接させて超音波の送受信を行う（ステップＳ１０４）。
【００６２】
超音波の送受信について具体的に説明すると、以下のとおりである。まず、送信回路３１が複数の振動子２４に所定の位相差を与えて信号を印加することにより、図４に示すように、振動子アレイ２２から皮質骨１０に向けて斜め方向の超音波ビームを送信する（送信工程）。図４に示すように、超音波ビームが皮質骨１０の表面に臨界角に近い角度で入射すると、当該皮質骨１０の表面近傍を超音波信号が伝播して、再び振動子アレイ２２側に向けて軟組織１１中に放射される。このように、皮質骨１０を伝播した後、再び軟組織１１中に放射された超音波信号を、再放射信号と呼ぶ。
【００６３】
皮質骨１０からの再放射信号は、多数並んで設けられている振動子２４のうち、少なくとも何れかに受信される（受信工程）。なお、皮質骨１０の形状や、当該皮質骨１０に対するプローブ２の姿勢によっては、再放射信号を振動子２４で適切に受信できない場合も有り得る。しかし、本実施形態の超音波診断装置１では、多数の振動子２４を並べて有しているので、受信工程において、何れかの振動子２４で再放射信号を適切に受信できる可能性は高い。このため、プローブ移動工程（ステップＳ１０３）でプローブ２をどのように移動させたとしても、ほぼ確実に超音波の送受信を行うことができる。もっとも、仮に再放射信号を適切に受信できなかったとしても、その場合には、プローブ２を別の場所に移動させて、送信工程と受信工程をやり直せば良い。そして、受信された超音波信号（再放射信号）は、受信回路３３を介して、演算部３５に送られる。
【００６４】
また、ステップＳ１０４において超音波信号の送受信を行ったとき、演算部３５は、プローブ２の画像をカメラ４によって撮影する（第２撮像工程）。このとき撮影した画像を、送受信時画像（第２画像）と呼ぶ。また、このときのプローブ２の位置及び角度を、送受信位置と呼ぶ。
【００６５】
続いて、演算部３５は、ステップＳ１０４で振動子２４が受信した再放射信号に基づいて、皮質骨１０に関する測定情報を取得する（ステップＳ１０６、測定情報取得工程）。このように、演算部３５は、測定情報取得部３６としての機能を有している。本実施形態の測定情報取得部３６は、前記測定情報として、皮質骨１０の音速を取得するように構成されている。なお、皮質骨１０からの再放射信号に基づいて当該皮質骨１０の音速を算出する方法は、例えば特許文献２に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【００６６】
前述のように、皮質骨１０の音速は、測定する部位によって大きく異なる。ところが、超音波信号の送受信を１回行っただけでは、皮質骨１０の一部についての音速しか得ることができない。つまり、ステップＳ１０６で取得される音速は、皮質骨１０の一部の部位について測定した音速であると言える。ステップＳ１０６で音速が取得された皮質骨１０の部位を「測定部位」と呼び、当該測定部位の位置を「測定位置」と呼ぶ。
【００６７】
図４に示すように、皮質骨１０に入射した超音波信号は、皮質骨１０の一部を伝播した後、プローブ２に向けて再放射される。この再放射信号に基づいて皮質骨１０の音速を取得した場合、当該皮質骨１０中を超音波信号が伝播した部位が「測定部位」となる。演算部３５は、プローブ２が送受信した超音波信号に基づいて、測定部位の位置（測定位置）を導出する（ステップＳ１０５）。このように、演算部３５は、測定位置導出部３０としての機能を有している。なお、測定位置の導出は、例えば特許文献２に記載されている技術を利用して、プローブ２で送受信した超音波信号の伝播ルートを算出し、皮質骨１０中を超音波信号が伝播した部位（測定部位）の位置（測定位置）を求めることにより行うことができる。
【００６８】
ステップＳ１０５では、プローブ２で送受信した超音波信号に基づいて測定位置を導出するので、プローブ２を基準とした座標系（プローブ座標系（ｘprobe，ｙprobe））で表現された測定位置が取得される。
【００６９】
ところで、本実施形態のプローブ２は、自由に移動又は回転させることが可能に構成されている。図４に示すように、プローブ２を移動又は回転させると、プローブ座標系も移動又は回転してしまう。従って、測定位置がプローブ座標系で表現されていると、プローブ２を移動させながら複数の測定部位の音速を測定したときに、複数の測定位置を同一の座標系で比較することが困難となる。このため、プローブ２の移動又は回転とは独立した座標系によって音速の測定位置を表現できることが好ましい。
【００７０】
そこで、本実施形態の測定位置導出部３０は、プローブ座標系で表現された測定位置を、装具座標系に座標変換するように構成されている（ステップＳ１０７〜Ｓ１１１、測定位置導出工程）。このために、測定位置導出部３０は、カメラ４で撮影した画像に基づいて、装具５に対するプローブ２の位置を画像認識によって検出するように構成されている。
【００７１】
具体的には以下の通りである。測定位置導出部３０は、ステップＳ１０２で撮影した基準画像の特徴点と、ステップＳ１０４で撮影した送受信時画像の特徴点と、をそれぞれ検出するとともに、各特徴点の特徴量を求める（ステップＳ１０７、特徴点検出工程）。このように、測定位置導出部３０は、特徴点検出部３７としての機能を有している。特徴点及び特徴量の検出方法としては、画像認識の分野で良く知られたＳＵＲＦ法などを利用できる。
【００７２】
本実施形態では、図３に示すように、コントラスト及び形状が明瞭なマーカ図形１８を、プローブ２のカメラ４を向く側の面に貼り付けている。従って、カメラ４が撮像した画像には、上記マーカ図形１８の少なくとも一部が含まれる。マーカ図形１８はコントラスト及び形状が明瞭であるため、特徴点検出部３７は、カメラ４が撮像した基準画像及び送受信時画像に含まれるマーカ図形１８の特徴点を容易に検出できる。これにより、特徴点及び特徴量の検出精度を向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態のカメラ４はマクロ撮影用のレンズ１７を装着しているため、撮影した画像の歪み（ラジアルディストーション）が比較的大きい。後述の特徴点マッチング処理を正確に行うために、この歪みを校正することが好ましい。そこで測定位置導出部３０は、ステップＳ１０６で検出された特徴点の位置を補正して、ラジアルディストーションの影響を除去する（ステップＳ１０８、カメラ補正工程）。
【００７４】
続いて、測定位置導出部３０は、ステップＳ１０７で求めた各特徴点の特徴量に基づいて、基準画像と送受信時画像で特徴量が一致する特徴点の組み合わせ（特徴点ペア）を求める（ステップＳ１０９、マッチング処理工程）。このように、測定位置導出部３０は、マッチング処理部３８としての機能を有している。
【００７５】
なお、上記のようにして得られた特徴点ペアは、正しくない組み合わせを含んでいる場合がある。そこで、マッチング処理部３８は、正しくない特徴点ペアを除く処理を行う。正しくない特徴点ペアを検出する方法としては、例えばＲＡＮＳＡＣ法、Ｍ−ｅｓｔｉｍａｔｏｒ法などのアルゴリズムを利用しても良い。しかし、これらのアルゴリズムは、収束しない場合がある。そこで、本実施形態では、これらのアルゴリズムを利用せずに、簡単な閾値を使って正しくない特徴点ペアを削除する。
【００７６】
具体的には以下のとおりである。本実施形態では、画像認識によってプローブ２の位置と角度を検出することを目指しているので、プローブ２についての特徴点の組み合わせとして有り得ない特徴点ペアは削除しても構わない。この点、本実施形態では、プローブ２を装具５の枠部７の内部で移動させるようにしているので、プローブ２が移動する範囲は限られており、画像上での特徴点の移動量も限られている。そこで、マッチング処理部３８は、ある特徴点ペアにおいて、特徴点同士の距離が所定の閾値よりも離れている場合には、プローブ２についての特徴点の組み合わせとして有り得ないと判断し、このような特徴点ペアを削除する。
【００７７】
次に測定位置導出部３０は、上記のようにして求めた特徴点ペアに基づいて、基準位置から送受信位置までのプローブの幾何学変換（移動量及び回転量）を導出する（ステップＳ１１０、幾何学変換導出工程）。このように、測定位置導出部３０は、幾何学変換導出部３９としての機能を有している。求めるべき幾何学変換のパラメータとしては、装具座標系で、ｘ軸方向の移動量Δｘ、ｙ軸方向の移動量Δｙ、ｚ軸方向の移動量Δｚ、ｘ軸回りの回転量θx、ｙ軸回りの回転量θy、及びｚ軸回りの回転量θzの６つのパラメータが考えられる。
【００７８】
ところで、本実施形態の超音波診断装置１は、カメラ４で撮影した画像に基づいてプローブ２の移動量及び回転量を検出する構成であるため、ｘ−ｙ平面内での移動及び回転は比較的精度良く検出できるが、当該ｘ−ｙ平面に直交する方向の移動及び回転は検出精度が劣ると考えられる。そこで本実施形態の幾何学変換導出部３９は、プローブ２がｘ−ｙ平面内でのみ動くとものと仮定して、上記幾何学変換のパラメータのうち、ｘ軸方向の移動量Δｘ、ｙ軸方向の移動量Δｙ、及びｚ軸回りの回転量θzの３つのパラメータのみを求める。ある特徴点ペアにおいて、基準画像上での特徴点の座標を（x，ｙ）、送受信時画像上での特徴点の座標を（ｘ’，ｙ’）とすれば、プローブ２の幾何学変換は以下の式で表すことができる。
【００７９】
【数１】
2014050589.tif 000003
【００８０】
上記のパラメータΔｘ、Δｙ、及びθzは、各特徴点ペアについて求めることができる。幾何学変換導出部３９は、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法などのフィッティング法を用いて、上記数式１を最適化するパラメータΔｘ、Δｙ、及びθzの組み合わせを求める。
【００８１】
なお、上記のようにフィッティング法を用いてパラメータを求める際に、正しくない特徴点ペアが残っていると、パラメータを正確に導出できない。そこで、幾何学変換導出部３９は、上記のようにしてフィッティングで得られた３つのパラメータΔｘ、Δｙ及びθzと、基準画像上での各特徴点の座標（x，ｙ）と、を数式１に代入して、送受信時画像上での特徴点の座標（ｘ’，ｙ’）を算出する。そして、上記のようにして算出した座標と、送受信時画像上での対応するの特徴点の実際の座標（ｘ’，ｙ’）と、の誤差を求める。そして演算部３５は、誤差が大きい特徴点ペアは削除して、パラメータΔｘ、Δｙ、及びθzを求め直す。これを繰り返すことにより、幾何学変換導出部３９は、Δｘ、Δｙ、及びθzを精度良く求めることができる。
【００８２】
以上のようにして、プローブ２の基準位置から送受信位置までの移動量Δｘ、Δｙ、及び回転量θzを求めることができる。ところで前述のように、基準位置におけるプローブ２の装具座標系での位置及び角度は、既知である。そこで、測定位置導出部３０は、基準位置におけるプローブ２の装具座標系での位置及び角度に対して、移動量Δｘ、Δｙ、及び回転量θzを適用することにより、送受信位置におけるプローブ２の装具座標系での位置及び角度を求める。以上により、ステップＳ１０４において超音波信号を送受信したときのプローブ２の位置及び角度（送受信位置のプローブ２の位置及び角度）を、装具座標系で求めることができる。
【００８３】
さて、ステップＳ１０４で超音波信号を送受信したときのプローブ２の位置及び角度が装具座標系で分かれば、当該超音波信号を送受信したときのプローブ座標系を装具座標系に座標変換することができる。測定位置導出部３０は、ステップＳ１０５において取得したプローブ座標系での測定位置（ｘprobe，ｙprobe）を、装具座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に座標変換する（ステップＳ１１１）。以上により、皮質骨１０の音速の測定位置を、装具座標系（ｘ，ｙ，ｚ）で求めることができる。
【００８４】
なお、装具５は皮質骨１０に対して固定されているので、装具座標系は皮質骨１０に対して固定されている。このことから、装具座標系は、皮質骨１０を基準とした座標系であるということもできる。従って、上記の測定位置導出工程により、皮質骨１０を基準として測定位置を求めることができたといえる。
【００８５】
そして演算部３５は、ステップＳ１０６で取得した音速の値と、ステップＳ１１１で求めた装具座標系での測定位置と、を対応付けて記憶する（ステップＳ１１２）。
【００８６】
測定者は、必要に応じてプローブ２を適宜移動させ（ステップＳ１０３）、超音波の送受信を行うとともにプローブ２の画像を撮影する（ステップＳ１０４）ことにより、音速の測定を行う（ステップＳ１０６）。プローブ２は位置と角度を自由に変更させることができるので、当該プローブ２の位置を調整することにより、皮質骨１０の各部についての音速を適宜測定できる。そして、ステップＳ１０７からステップＳ１１１の処理によって、装具座標系での測定位置を求める。
【００８７】
ステップＳ１０３からステップＳ１１２までの処理を繰り返すことにより、装具座標系での測定位置と、当該測定位置における音速の測定値と、の関係を求めていくことができる。演算部３５は、音速の測定値と、当該音速の装具座標系での測定位置と、の関係を、必要に応じて表示部３２に出力する（ステップＳ１１３、測定情報出力工程）。このように、演算部３５は、測定情報出力部４１としての機能を有している。
【００８８】
表示部３２は、測定情報出力部４１から入力された音速と測定位置の関係を、グラフにプロットして適宜表示するように構成されている。表示部３２に表示されるグラフの例を、図５に示す。なお、装具座標系は３次元の直交座標系なので、本実施形態の測定装置で測定された音速は、３次元空間（ｘ，ｙ，ｚ）にプロットすることが可能である。ただし、図示の都合上、図５では、ｘ軸方向についてのみ音速をプロットしたグラフを示している。
【００８９】
装具座標系はプローブ２の移動及び回転から独立しているので、プローブ２を適宜移動及び回転させて音速を測定し、当該音速の測定結果と、装具座標系での測定位置と、の関係を図５に示すようにプロットしていくことができる。このように、プローブ２を適宜移動させながら皮質骨１０の各部についての音速を測定していくことで、当該皮質骨１０中の音速の分布を得ることができる。
【００９０】
また、前述のように、装具５は、患者の年齢や性別にかかわらず、予め決まった位置に固定される。従って、図５に示すように、年齢や性別が異なる患者の皮質骨について測定した音速を、同じ装具座標系にプロットして比較検討することができる。例えば図５では、年齢や性別が異なる３人の患者それぞれの皮質骨について音速を測定した結果を、１つのグラフにプロットした例を示している。これにより、年齢や性別による違いを考慮して、患者の骨診断をより的確に行うことができる。
【００９１】
以上で説明したように、本実施形態の超音波診断装置１は、プローブ２と、測定情報取得部３６と、測定位置導出部３０と、測定情報出力部４１と、カメラ４と、を備えている。プローブ２は、皮質骨１０に向けて信号を送信するとともに、前記信号の皮質骨１０からの再放射信号を受信する振動子２４を有している。また、プローブ２は、３軸方向に自由に移動させることが可能である。測定情報取得部３６は、再放射信号に基づいて、皮質骨１０中の測定部位における音速を取得する。測定位置導出部３０は、プローブ２の位置に基づいて、測定位置を取得する。測定情報出力部４１は、測定位置と、当該測定位置に対応した測定情報を出力する。カメラ４は、基準位置におけるプローブ２を撮像した基準画像と、信号の送受信を行った送受信位置におけるプローブ２を撮像した送受信時画像と、を撮像する。そして、測定位置導出部３０は、基準画像及び送受信時画像に基づいて、プローブ２の基準位置から送受信位置までの移動量を算出する。
【００９２】
このように、プローブ２を移動可能に構成することで、例えば皮質骨１０が湾曲している場合であっても、当該プローブ２を適切な位置に配置して測定を行うことができる。そして、プローブ２の移動前後の画像に基づいて、当該プローブ２の移動量を検出することにより、特殊なセンサや複雑な機械的構成などを必要とせずに測定位置を特定できる。そして、測定位置に応じた音速を出力することにより、皮質骨１０における音速の分布を得ることができる。
【００９３】
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９４】
上記実施形態では、カメラ４でプローブ２の画像を撮影して特徴点を検出しているので、当該カメラ４がプローブ２を適切に撮影できない場合は、特徴点のマッチングを行うことができない。例えば、プローブ２の移動が早い場合は、カメラ４で撮影した画像がブレてしまい、特徴点の検出が難しくなる。
【００９５】
そこで、この第２実施形態では、プローブ２に慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）４２を内蔵した構成としている。慣性計測装置４２は、具体的には、少なくともｘ軸方向及びｙ軸方向での加速度を検出可能な加速度センサと、少なくともｚ軸回りの角速度を検出可能な角速度センサである。測定位置導出部３０は、慣性計測装置４２の出力を積分することにより、プローブ２の移動量及び回転量を検出するように構成されている。これにより、カメラ４によってプローブ２を適切に撮影できなかった場合であっても、当該プローブ２の移動量と回転量を検出することができる。
【００９６】
しかし、慣性計測装置４２の出力を積分してプローブ２の移動量と回転量を検出するという性質上、計測時間が長くなると誤差が蓄積するという問題がある。そこで、この第２実施形態の測定位置導出部３０は、慣性計測装置４２と、カメラ４と、を組み合わせて、プローブ２の移動量と回転量を検出するように構成されている。
【００９７】
即ち、ステップＳ１０９で特徴点のマッチングを適切に行うことがでた場合には、第２実施形態の測定位置導出部３０は、上記第１実施形態と同様に、特徴点ペアに基づいてプローブ２の幾何学変換を求める。この場合、慣性計測装置４２の出力は用いないので、当該慣性計測装置４２の誤差が問題となることはない。
【００９８】
一方、ステップＳ１０９で特徴点のマッチングを適切に行うことができない場合（例えばカメラ４が撮影した画像がブレていた場合）、測定位置導出部３０は、特徴点ペアに基づいて幾何学変換を最後に導出できたときからのプローブ２の移動量及び回転量を、慣性計測装置４２の出力に基づいて求める。この場合、最後に幾何学変換を導出できたときからの慣性計測装置４２の出力を積分すれば良いので、積分を行う期間が短くなる結果、誤差の蓄積は少なくなり、精度の良い測定が可能である。
【００９９】
以上のように、画像のマッチングを適切に行うことができた場合（プローブ２の移動が遅い場合）はカメラ４が撮影した画像を用いて幾何学変換を求め、画像のマッチングを適切を行うことができない場合（例えばプローブ２の移動が速くて画像がブレている場合）には慣性計測装置４２の出力を用いて幾何学変換を求める。このように、カメラ４と慣性計測装置を相補的に利用することで、プローブ２の基準位置からの移動量及び回転量をより適切に導出できる。
【０１００】
次に、本発明の第３実施形態について、図７を参照して説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０１】
前述のように、上記実施形態では、プローブ２がｘ−ｙ平面内で移動及び回転すると仮定している。このため、上記実施形態では、ｚ軸方向での音速の分布を求めることはできない。しかし、超音波診断装置１が測定対象としている脛骨は、長さ方向（図３のｚ軸方向）でも音速が変化するため、ｚ軸方向でも音速の分布を求めることができれば、より好適である。しかし前述のように、１つのカメラ４で撮影した映像に基づく画像認識では、ｚ軸方向での移動の検出精度が低い。
【０１０２】
そこで、この第３実施形態では、ｘ−ｙ平面に直交する方向でのプローブ２の移動量及び回転量を正確に導出するため、プローブ２を撮影するカメラ４を２つ以上設けた構成としている。測定位置導出部３０は、２つ以上のカメラ４で撮影したプローブ２の画像に基づいて、三角測量の原理により、特徴点のｚ軸方向での位置を検出する。これにより、測定位置導出部３０は、プローブのｚ軸方向での移動量（Δｚ）、ｘ軸回りの回転量θx、及びｙ軸回りの回転量θyを精度良く導出できる。従って、この第３実施形態の構成によれば、皮質骨１０の音速分布を、３次元で精度良く得ることができる。
【０１０３】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１０４】
上記実施形態では、プローブは、測定者が手で持って自由に（フリーハンドで）移動させることができるとしたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、何らかの移動規制部材を設けることによって、プローブの移動方向又は回転方向が特定の方向に限定されていても良い。少なくとも１軸方向でプローブを移動可能に構成された測定装置であれば、本願発明の構成を適用することができる。
【０１０５】
上記実施形態では、皮質骨１０に対する超音波ビームを振動子アレイ２２から送信しているが、例えば特許文献２に記載の音速測定装置のように、ビームを送信するための専用の振動子（送信部）を備えていても良い。
【０１０６】
上記実施形態では、皮質骨１０に関する情報として音速を取得しているが、本発明の測定装置によって測定する情報としては音速に限らない。例えば、被測定体中のＢＵＡ（広帯域超音波減衰：Ｂｒｏａｄｂａｎｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）を、当該被測定体に関する情報として取得しても良い。なお、ＢＵＡを測定する方法は公知であるから説明は省略する。
【０１０７】
上記実施形態では、慣性計測装置４２はカメラ４と組み合わせて利用するものとした。慣性計測装置４２の出力を積分すると誤差が蓄積するため、単独での利用は難しいためである。しかし、慣性計測装置４２の測定精度が十分であれば、慣性計測装置４２のみで、プローブ２の基準位置からの移動量及び回転量を検出するように構成しても良い。この場合、カメラ４、特徴点検出部３７、及びマッチング処理部３８は省略できる。
【０１０８】
装具５は必須ではなく、省略することもできる。なお、装具５を省略した場合、カメラ４は、患者の脛に対してベルトなどで直接的に固定すれば良い。
【０１０９】
カメラ４は、測定を行っている間に被測定体（皮質骨１０）に対して相対移動しないことが保証されていれば良く、必ずしも図３のように脛に対して直接的に固定されている必要はない。
【０１１０】
また、本願発明の測定装置は、人体を診断対象とした診断装置としての利用に限定されない。例えば、本願発明の測定装置を、非破壊検査の分野で利用できる。例えば、本願発明の測定装置でコンクリートの音速分布を求めることで、コンクリート内部のクラックの有無などを判断できる。
【符号の説明】
【０１１１】
１  超音波診断装置（測定装置）
２  プローブ
４  カメラ（撮像部）
１０  皮質骨（被測定体）
２４  振動子（送信部、受信部）
３０  測定位置導出部
３６  測定情報取得部
【図１】
2014050589.tif 000004
【図２】
2014050589.tif 000005
【図３】
2014050589.tif 000006
【図４】
2014050589.tif 000007
【図５】
2014050589.tif 000008
【図６】
2014050589.tif 000009
【図７】
2014050589.tif 000010
【図８】
2014050589.tif 000011
【図９】
2014050589.tif 000012
【図１０】
2014050589.tif 000013