(57)【要約】【課題】超音波プローブを操作する者の意図に対して手間なく瞬時に反応し、コストアップを抑制しつつ超音波診断の利便性の向上を図る。【解決手段】振動子３は、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する。位置センサである加速度センサ４は、超音波プローブ１の三次元空間上の位置を検出する。出力部５は、振動子３によって取得された断層像と、加速度センサ４によって検出された位置とを外部システムに出力する。制御部７は、加速度センサ４の出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャン操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、振動子３によって取得される断層像のフレームレートを変更する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブにおいて、
被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する振動子と、
前記超音波プローブの三次元空間上の位置を検出する位置センサと、
前記振動子によって取得された前記断層像と、前記位置センサによって検出された前記位置とを外部システムに出力する出力部と、
前記位置センサの出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャン操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、前記特異なユーザ操作に対して予め割り当てられたシステム動作を行う制御部と
を有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】
超音波プローブにおいて、
被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する振動子と、
前記超音波プローブの三次元空間上の位置を検出する位置センサと、
前記振動子によって取得された前記断層像と、前記位置センサによって検出された前記位置とを外部システムに出力する出力部と、
前記位置センサの出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャン操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、前記振動子によって取得される断層像のフレームレートを変更する制御部と
を有することを特徴とする超音波プローブ。
【請求項３】
前記特異なユーザ操作は、前記超音波プローブをユーザが複数回振る操作であることを特徴とする請求項２に記載された超音波プローブ。
【請求項４】
前記制御部は、前記位置センサの出力信号が所定の期間内に上限値および下限値に交互に到達した場合、前記特異なユーザ操作とみなすことを特徴とする請求項３に記載された超音波プローブ。
【請求項５】
前記制御部は、前記位置センサの出力信号に基づき、前記超音波プローブの動作停止が検出された場合、前記振動子による断層像の取得を一時的に停止することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載された超音波プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定する超音波プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定する超音波診断装置が知られており、この装置の利便性を向上させるために、超音波プローブに振動子と共に他のセンサを内蔵することによって、操作者の動作を認識して自動化する提案が存在する。例えば、特許文献１には、被測定物体を探針して内部構造や表面構造に関する探針データを生成する超音波プローブを備えた３次元画像取得装置が記載されている。このプローブには、３次元位置センサが内蔵されており、スキャニング中のプローブの空間的な位置および姿勢を測定する。これによっては、プローブの座標データが被測定物体の探針動作と同期して生成され、被検体と取得画像との相関が認識される。
【０００３】
また、特許文献２には、超音波プローブが備える振動子アレイによって生成された超音波画像に基づいて、診断を行っているか否かを判定し、これに応じて超音波診断装置の動作モードを切り替えることで、省電力化を図る超音波診断装置が開示されている。診断を行っているか否かの判定は、超音波画像を取得しているかどうかの平均輝度値に基づいて行われる。平均輝度値が所定のしきい値を超えている場合には、超音波画像による診断が行われていると判定され、超音波プローブ等が高画質モードで動作するように制御される。これに対して、平均輝度値が所定のしきい値以下の場合には、超音波画像による診断が行われていないと判定され、超音波プローブ等が省電力モードで動作するように制御される。また、この特許文献２には、診断を行っているか否かを判定するための情報として、超音波画像のみならず、超音波プローブの移動を検出する加速度センサの出力信号を併用することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２６１８０号公報
【特許文献２】特開２０１２−５０６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、ユーザの意図をシステム側の制御に反映するための手段として、スイッチやボタンといった機械的なユーザインターフェースが用いられる。しかしながら、超音波プローブを用いた超音波診断の場合、操作者は、プローブの走査（スキャン）に応じた断層画像の観察に集中しているため、医療現場の意見として、スイッチやボタンでは操作が煩わしいことが指摘されている。また、超音波プローブにスイッチやボタンを新たに実装することは、その分だけ装置のコストアップを招くことになる。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波プローブの操作者の意図に対して手間なく瞬時に反応し、コストアップを抑制しつつ超音波診断の利便性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決すべく、第１の発明は、振動子と、位置センサと、出力部と、制御部とを有する超音波プローブを提供する。振動子は、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する。位置センサは、超音波プローブの三次元空間上の位置を検出する。出力部は、振動子によって取得された断層像と、位置センサによって検出された位置とを外部システムに出力する。制御部は、位置センサの出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャン操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、この特異なユーザ操作に対して予め割り当てられたシステム動作を行う。
【０００８】
第２の発明は、振動子と、位置センサと、出力部と、制御部とを有する超音波プローブを提供する。振動子は、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する。位置センサは、超音波プローブの三次元空間上の位置を検出する。出力部は、振動子によって取得された断層像と、位置センサによって検出された位置とを外部システムに出力する。制御部は、位置センサの出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャン操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、振動子によって取得される断層像のフレームレートを変更する。
【０００９】
ここで、一般の診断時になされる緩やかな超音波プローブの移動に対し、第１または第２の発明における上記特異なユーザ操作は、超音波プローブをユーザが複数回振る操作であってもよい。この場合、上記制御部は、位置センサの出力信号が所定の短期間に上限値および下限値に交互に到達した場合、上記特異なユーザ操作とみなすことが好ましい。また、上記制御部は、位置センサの出力信号に基づき、超音波プローブの動作静止が検出された場合、振動子による断層像の取得を一時的に停止してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、位置センサの出力信号の経時的な変化に基づいてユーザの意図を判断する制御部を超音波プローブに内蔵することで、超音波プローブの操作者の意図に対して手間なく瞬時に反応するユーザインターフェースを実現できる。また、スイッチやボタンといった機械的なユーザインターフェースを新たに追加する必要がない。その結果、コストアップを抑制しつつ、超音波診断の利便性の向上が図ることができる。
【００１１】
また、第２の発明によれば、上記作用効果に加えて、医療現場からの要望が高いフレームレートの変更を簡単に実現できるので、超音波診断の更なる利便性の向上が図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】超音波プローブの外観断面図
【図２】超音波プローブのブロック構成図
【図３】動作モードの選択手順の一例を示すフローチャート
【図４】動作モードの説明図
【図５】特異なユーザ操作の一例である２度振りの説明図
【図６】通常のスキャン時における加速度センサの出力特性図
【図７】特異なユーザ操作時における加速度センサの出力特性図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本実施形態に係る超音波プローブの外観断面図であり、図２は、そのブロック構成図である。この超音波プローブ１は、被検体の超音波診断のために用いられ、自身が取得した情報を外部システムに送信する。超音波プローブ１は筐体２を有し、この筐体２の先端には振動子３が設けられているとともに、筐体２の内部には、位置センサとしての加速度センサ４と、出力部５と、制御部７とが設けられている。
【００１４】
振動子３は、被検体に向けて発信した超音波のエコーを測定することにより、被検体の断層像を取得する。加速度センサ４は、三次元空間上における超音波プローブ１の位置（相対的な位置および絶対的な位置の別を問わない。）を検出する位置センサとして用いられる。加速度センサ４は、被検体に向けて振動子より照射される超音波ビームの方向（換言すれば、超音波プローブ装置１の姿勢）と、超音波プローブ装置１の送信位置（三次元座標）とを検出する。加速度センサ４としては、ＸＹＺの三軸に３つの回転方向（ピッチ、ロール、ヨー）を検出可能なセンサを用いることが好ましい。
【００１５】
なお、加速度センサ４は位置検出用途として最も好ましい形態ではあるものの、これに代えて、交番磁界を発生させて位置と角度とを測定する磁気センサなどを含めて、他の原理を用いた位置センサを用いてもよい。この磁気センサについては、例えば、国際公開ＷＯ２００７／０６４０１３号に詳細が記載されているので、必要ならば参照されたい。また、複数種のセンサを組み合わせたものを位置センサとして用いてもよい。
【００１６】
出力部５は、振動子３によって取得された断層像と、加速度センサ４によって検出された位置情報とを、筐体２の後端に接続されたケーブル６を介して、診断装置などの外部システムに出力する。なお、外部システムに対する情報の送信は、赤外線通信や近距離無線通信などで行ってもよい。
【００１７】
制御部７は、超音波プローブ１の総合的な制御を行う。本実施形態の特徴は、制御部７は、加速度センサ４の出力信号の経時的な変化に基づき、通常のスキャンに伴う操作とは異なる特異なユーザ操作が検出された場合、特異なユーザ操作に対応付けられた固有の制御を行うことにある。そこで、以下、このような制御の一例として、ユーザの操作に応じて動作モードを選択的に切り替える処理について説明する。
【００１８】
図３は、動作モードの選択手順の一例を示すフローチャートである。動作モードの選択は、加速度センサ４によって検出された超音波プローブ１の三次元空間上の位置情報（加速度センサ４のデジタル化された出力信号）を用いて行われる。この位置情報は、現在を基準とした所定の過去時間分が用いられる。
【００１９】
まず、ステップ１において、音波プローブ１の動作モードとして省エネモードが選択される。図４に示すように、省エネモードでは、振動子３によって取得される断層像のフレームレートが一例として毎秒約５フレームに設定され、隣り合ったフレームの間は休止した状態となる。超音波プローブ１における発熱の主な要因は、断層像の画像信号を取り込む素子（Ａ／Ｄコンバータ）なので、画像の取込み回数に相当するフレームレートを減らせば、消費電力を抑制できる。省エネモードを設けることで、超音波プローブ１の移動初期における消費電力を抑制できる。省エネモードのフレームレートは後述する高精細モードの１／４なので、約２０％の省エネ効果および発熱抑制効果が期待できる。
【００２０】
つぎに、ステップ２において、操作者によって「特異なユーザ操作」が行われたか否かが判定される。「特異なユーザ操作」の条件は２つある。第１に、通常のスキャン操作、すなわち、一般の診断時になされる緩やかな超音波プローブ１の移動とは異なることである。第２に、加速度センサ４の出力信号の経時的な変化から特定できることである。本実施形態では、このような「特異なユーザ操作」として、図５に示すように、超音波プローブ１を操作者が複数回（例えば２回）振る操作を検出する。操作者が超音波プローブ１を持っている場合、手首を支点に振る操作が最も容易である。超音波プローブ１の持ち方によることを考慮して、図のようにＸ軸、Ｙ軸の各２方向のいずれかでの２度振りを検出することが好ましい。
【００２１】
通常のスキャン操作時と特異なユーザ操作時とでは、加速度センサ４の出力特性として図６および図７に示すような違いがある。通常スキャン操作時では、加速度センサ４の出力は微細な動きとなり振幅も比較的小さいといった傾向がある。これに対して、特異なユーザ操作時（２度振り）では、短時間に上限値および下限値が交互に入れ替わるといった傾向がある。そこで、予め設定された期間において、上限値および下限値として設定されたしきい値に交互に所定の回数だけ到達した場合、特異なユーザ操作がなされたものとみなすことができる。なお、同図においては、左側がＸ軸での特異操作、右側がＹ軸での特異操作を示す。
【００２２】
なお、加速度センサ４の検知間隔が１／２０秒程度の場合、想定される特異なユーザ操作としては上述した２度振りのような挙動が現実的であるが、検知間隔が著しく短い場合には、例えば、指先でプローブ筐体を叩くといった操作を検出することも可能である。
【００２３】
特異なユーザ操作が行われない限り、ステップ２の判定結果は否定のままなので、省エネモードが継続される（ステップ１）。これに対して、特異なユーザ操作が行われると、ステップ２の判定結果が否定から肯定に切り替わってステップ３に進む。これによって、省エネモードから高精細モードに移行する。図４に示すように、高精細モードでは、振動子３によって取得される断層像のフレームレートが、一例として毎秒約２０フレームに設定され、消費電力よりも断層像の時間的精細性が優先される。
【００２４】
ステップ４において、高精細モードが所定時間（例えば２０秒）経過したか否かが判定される。所定時間が経過するまでは、ステップ４の判定結果が否定のままなので、高精細モードが継続される（ステップ３）。これに対して、所定時間が経過すると、ステップ４の判定結果が否定から肯定に切り替わってステップ１に進む。これによって、高精細モードから省エネモードに移行する。
【００２５】
一方、ステップ５において、省エネモードが選択されている状態において、超音波プローブ１の動作が停止したか否かが判定され。動作停止が検出されない限り、換言すれば、超音波プローブ１が動作し続けている限り、ステップ５の判定結果が否定のままなので、省エネモードが継続される（ステップ１）。これに対して、動作停止が検出されると、ステップ５の判定結果が否定から肯定に切り替わってステップ６に進む。これによって、省エネモードからスリープモードに移行する。スリープモードでは、加速度センサ４の検知回路を除く主要回路の大半が停止し、振動子３による断層像の取得が一時的に停止する。これにより、超音波プローブ１の停止時における消費電力が著しく抑制される。なお、省エネモードとスリープモードの頻繁な切り替わり（ハンチング）を防止すべく、超音波プローブ１が停止した状態が所定時間だけ継続した場合、動作停止と判定してもよい。
【００２６】
ステップ７において、超音波プローブ１が動作したか否かが判定される（動作の再開判定）。停止状態にある超音波プローブ１の動作が再開するまでは、ステップ７の判定結果が否定のままなので、スリープモードが継続される（ステップ６）。これに対して、動作の再開が検出されると、ステップ７の判定結果が否定から肯定に切り替わってステップ１に進む。これによって、スリープモードから省エネモードに移行する。
【００２７】
なお、上述した動作モードの選択は一例であって、例えば、高精細ネモードから省エネモードへの移行についても特異なユーザ操作を条件とするといった如く、動作モードの移行条件は任意に設定することができる。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、超音波プローブ１に内蔵された制御部７において、位置センサである加速度センサ４の出力信号の経時的な変化に基づいて、通常のスキャン操作とは異なる、操作者の意図に基づく特異なユーザ操作が行われたか否かが判断される。そして、特異なユーザ操作が検出された場合、この特異なユーザ操作に対して予め割り当てられたシステム動作が行われる。これにより、超音波プローブ１の操作者の意図に対して手間なく瞬時に反応するユーザインターフェースを実現できる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、断層像の取得位置を特定するための位置センサ（加速度センサ４）をそのまま用いて上記ユーザインターフェースを実現できるため、スイッチやボタンといった機械的な部品を新たに追加する必要がない。その結果、部品の追加によるコストアップを抑制しつつ、超音波診断の利便性の向上を図ることができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、制御部７によって特異なユーザ操作が検出された場合、振動子３によって取得される断層像のフレームレートが変更される。これにより、機械的なユーザインターフェースを操作することなく、医療現場からの要望が高いフレームレートの変更を簡単に実現できるので、超音波プローブ１を用いた超音波診断の更なる利便性の向上を図ることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態によれば、加速度センサ４の出力信号に基づき、スリープモード、省エネモードおよび高精細モードのいずれかに切り替えることで、振動子３によって取得される断層像のフレームレートが状況に応じて変更される。これにより、診断精度などを損なうことなく、超音波プローブ１の消費電力や発熱を抑制することができる。
【００３２】
なお、上述した実施形態では、特異なユーザ操作に対して予め割り当てられたシステム動作として、断層像のフレームレートの変更を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、どのようなシステム動作を割り当てるかは任意に設定することができる。ただし、フレームレートの変更は、医療現場からの要望が特に高いため、超音波診断の利便性を向上させるための機能として非常に有効である。
【符号の説明】
【００３３】
１  超音波プローブ
２  筐体
３  振動子
４  加速度センサ
５  出力部
６  ケーブル
７  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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