(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波面をヘッドに有する超音波プローブと、
前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配され、低周波のパルスが印加されて生体に電気刺激を与える正電極及び負電極と、
前記超音波プローブが前記電気刺激された生体から受波した反射波に基づき、その生体の画像を生成する画像処理手段と、
前記画像を表示する表示手段と、
前記画像に基づき、前記電気刺激による前記生体の歪みを示す値を計測する歪み計測手段と、
前記ヘッドの縁に沿って配され、前記生体に貼着される貼着部とを備え、
前記正電極及び負電極は、前記貼着部の前記生体に貼着する面に点在して配されていること、
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波の送受波面をヘッドに有する超音波プローブと、
前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配され、低周波のパルスが印加されて生体に電気刺激を与える正電極及び負電極と、
前記超音波プローブが前記電気刺激された生体から受波した反射波に基づき、その生体の画像を生成する画像処理手段と、
前記画像を表示する表示手段と、
前記画像に基づき、前記電気刺激による前記生体の歪みを示す値を計測する歪み計測手段と、
前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配される一対の穿刺針とを備え、
前記正電極及び負電極は、前記穿刺針に収容されていること、
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
超音波の送受波面をヘッドに有する超音波プローブと、
前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配され、低周波のパルスが印加されて生体に電気刺激を与える正電極及び負電極と、
前記超音波プローブが前記電気刺激された生体から受波した反射波に基づき、その生体の画像を生成する画像処理手段と、
前記画像を表示する表示手段と、
前記画像に基づき、前記電気刺激による前記生体の歪みを示す値を計測する歪み計測手段と、
前記正電極及び負電極は、対極を向かい合わせて一列に複数並んで配され、
前記複数の正電極のそれぞれに対応した各正極側スイッチと、
前記複数の負電極のそれぞれに対応した各負極側スイッチと、
前記正極側スイッチと前記負極側スイッチのオン又はオフを独立して選択的に切り替える低周波電流制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記低周波電流制御手段は、
対向しない前記正電極と前記負電極とに対応する前記正極側スイッチ及び前記負極側スイッチをオンにすることで、前記正電極及び負電極の並び方向に対して斜めに指向した低周波の電流を発信させること、
を特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記低周波電流制御手段は、
隣り合う複数の前記正電極及び前記負電極に対応する前記正極側スイッチ及び前記負極側スイッチをオンにすることで、前記生体の所定幅に低周波の電流を発信させること、
を特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記表示手段は、パルスを印加する前記正電極と前記負電極とを個別に選択可能に表示し、
前記低周波電流制御手段は、前記表示に基づき選択された前記正電極と前記負電極に対応する前記正極側スイッチと前記負極側スイッチをオンにすること、
を特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記歪みを示す値に基づく生体の発達を評価する発達度数を予め比較対象として記憶しておき、前記計測された歪みを示す値に基づく発達度数と、前記比較対象となして予め記憶されている発達度数とを、前記表示手段に同時に表示させる発達比較部と、
をさらに備えること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
予め年齢毎の前記歪みを示す一般値を記憶しておき、この一般値に基づく被検体の年齢から所定年数後の前記歪みの予測増減率と、前記計測された歪みを示す値とに基づき、前記所定年数後の前記生体の歪みの予測値を算出する発達予測手段をさらに備えること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波を発信して筋肉に刺激を与えて運動させるとともに、その運動している筋肉に対して超音波を送受信して筋肉の動きを映像化する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筋肉等の組織の運動を定量化するためには、例えば握力計のように計測器を用いて測定することが一般的である。このような計測器では、運動させている筋肉を総合的に定量化することは可能であるが、筋肉の各繊維をひとつひとつ定量化することは困難である。
【０００３】
そのため、現在、超音波診断装置により筋肉の運動を画像又は映像として捉え、その画像又は映像に基づき筋肉の運動を定量化する手法が提示されている。
【０００４】
超音波診断装置は、生体内に超音波を送波し、生体内からの反射波を受波して、その反射波の強度及び反射位置から生体内の構造を画像又は映像化する装置である。筋肉等の組織の運動を定量化する手法としては、ドプラ法や２次元トラッキング法等が挙げられ、何れも筋肉の各点の動きを超音波の送受波に基づく画像や映像から捉え、その各点の時相毎の移動量や移動速度や加速度等で示される歪み度を算出するものである（例えば、「特許文献１」参照。）。
【０００５】
この超音波の送受波とドプラ法や２次元トラッキング法等の定量化手法とによって、筋肉の繊維のひとつひとつの運動を定量化することが可能となったが、被験者が意識的に筋肉を運動させなくてはならないことによる問題が存在する。被験者が意識して筋肉を運動させる場合には、そのときの体調や環境や体力等の要因によって安定的に筋肉の運動を画像化又は映像化することができず、信頼性の薄い不安定な結果しか得ることができない。特に、病理等で筋肉を意識的に運動させることができない場合には、筋肉の動きを画像化又は映像化することすら困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２３６６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筋肉を被検体の意識とは関係なく運動させることで、安定的に運動する筋肉を画像化又は映像化する超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波面をヘッドに有する超音波プローブと、前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配され、低周波のパルスが印加されて生体に電気刺激を与える正電極及び負電極と、前記超音波プローブが前記電気刺激された生体から受波した反射波に基づき、その生体の画像を生成する画像処理手段と、前記画像を表示する表示手段と、前記画像に基づき、前記電気刺激による前記生体の歪みを示す値を計測する歪み計測手段と、前記ヘッドの縁に沿って配され、前記生体に貼着される貼着部とを備え、前記正電極及び負電極は、前記貼着部の前記生体に貼着する面に点在して配されていること、を特徴とする。
【００１０】
前記ヘッドを挟んで前記超音波プローブに配される一対の穿刺針とを備え、前記正電極及び負電極は、前記穿刺針に収容されているようにしてもよい（請求項２記載の発明に相当）。
【００１１】
前記正電極及び負電極は、対極を向かい合わせて一列に複数並んで配され、前記複数の正電極のそれぞれに対応した各正極側スイッチと、前記複数の負電極のそれぞれに対応した各負極側スイッチと、前記正極側スイッチと前記負極側スイッチのオン又はオフを独立して選択的に切り替える低周波電流制御手段と、をさらに備えるようにしてもよい（請求項３記載の発明に相当）。
【００１２】
前記低周波電流制御手段は、対向しない前記正電極と前記負電極とに対応する前記正極側スイッチ及び前記負極側スイッチをオンにすることで、前記正電極及び負電極の並び方向に対して斜めに指向した低周波の電流を発信させるようにしてもよい（請求項４記載の発明に相当）。
【００１３】
前記低周波電流制御手段は、隣り合う複数の前記正電極及び前記負電極に対応する前記正極側スイッチ及び前記負極側スイッチをオンにすることで、前記生体の所定幅に低周波の電流を発信させるようにしてもよい（請求項５記載の発明に相当）。
【００１４】
前記表示手段は、パルスを印加する前記正電極と前記負電極とを個別に選択可能に表示し、前記低周波電流制御手段は、前記表示に基づき選択された前記正電極と前記負電極に対応する前記正極側スイッチと前記負極側スイッチをオンにするようにしてもよい（請求項６記載の発明に相当）。
【００１５】
前記歪みを示す値に基づく生体の発達を評価する発達度数を予め比較対象として記憶しておき、前記計測された歪みを示す値に基づく発達度数と、前記比較対象となして予め記憶されている発達度数とを、前記表示手段に同時に表示させる発達比較部と、をさらに備えるようにしてもよい（請求項７記載の発明に相当）。
【００１６】
予め年齢毎の前記歪みを示す一般値を記憶しておき、この一般値に基づく被検体の年齢から所定年数後の前記歪みの予測増減率と、前記計測された歪みを示す値とに基づき、前記所定年数後の前記生体の歪みの予測値を算出する発達予測手段をさらに備えるようにしてもよい（請求項８記載の発明に相当）。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の態様によっては、低周波の発信により筋肉を意識とは関係なく運動させる機構を有するため、病理等で筋肉を意識的に動かせない場合を含めて、安定した筋肉の運動を画像化又は映像化することができる。また、この安定した筋肉の運動が画像化又は映像化されることにより、環境や体調に左右されない筋肉の歪み度をサンプリングすることができ、精度の高い比較や発達予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１９】
はじめに、超音波診断装置は、超音波を送受波して、反射波の強度及び反射位置に基づき画像又は映像を生成する装置である。この超音波診断装置は、超音波を送受波する超音波プローブを有する。
【００２０】
図１乃至図３は、本実施形態に係る超音波プローブの構成を示す図である。図１は、第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ａの外観を示す模式図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、ヘッド１１側から見た正面図である。図２は、第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ｂの外観を示す模式図であり、図３は、低周波発信機構付超音波プローブ１ｂの内部構成を示すブロック図である。尚、以下、低周波発信機構付超音波プローブ１ａと低周波発信機構付超音波プローブ１ｂとを区別しない場合には、単に低周波発信機構付超音波プローブ１と呼ぶ。
【００２１】
低周波発信機構付超音波プローブ１は、ヘッド１１に超音波の送受波面を有する。このヘッド１１には、内部に複数の圧電素子を１次元状又は２次元状に配列されている。この圧電素子に信号電圧を印加することにより、低周波発信機構付超音波プローブ１のヘッド１１側から超音波を送波する。また、圧電素子が反射波を受波することにより、この反射波の強度に応じたエコー信号が出力される。
【００２２】
圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）等のセラミック材料で組成されている。この圧電素子は、音響／電気可逆的変換素子であり、信号電圧が印加されると圧電効果により超音波を発振し、超音波を受波するとその超音波の強度に応じてエコー信号を出力する。
【００２３】
図１に示すように、第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ａには、圧電素子が内包されるヘッド１１の縁に沿って貼着パッド１２が配されている。貼着パッド１２の前面は、粘着性を有している。また、貼着パッド１２には、低周波の電流が導通する複数の負電極１５及び正電極１４が点在している。負電極１５と正電極１４は、ヘッド１１を挟んで対向して配されている。この負電極１５と正電極１４は、それぞれ通電させるための図示しないリード線１６に接続されている。このリード線１６は、コード１７を介して後述する超音波診断装置本体２のコントローラ１００に接続されている。
【００２４】
また、図２に示すように、第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ｂには、圧電素子が内包されるヘッド１１の対向する両側面に、ヘッド１１を挟み込むように一対の穿刺針１３が配されている。穿刺針１３は、ヘッド１１の後方において当該両側面に立設されたフランジを貫通し、ヘッド１１の前面が向く方向と略同一の方向に軸を有するように支持されている。フランジからは、コード１７内部から延びたリード線１６が引き出されている。このリード線１６は、穿刺針１３のヘッド１１とは反対の端から穿刺針１３の内部に延びている。
【００２５】
図３に示すように、穿刺針１３の内部には、一方の穿刺針１３に複数の正電極１４が軸に沿って配列され、他方の穿刺針１３に複数の負電極１５が軸に沿って収容されている。正電極１４と負電極１５は、穿刺針１３の一端を揃えたときに、同じ高さに対極が存在するように配置されている。換言すると、対極が向かい合うように配置されている。リード線１６は、この各正電極１４と負電極１５に接続されている。
【００２６】
このような低周波発信機構付超音波プローブ１において、負電極１５と正電極１４の一対に低周波のパルスが印加されると、パルスが印加された負電極１５と正電極１４とが通電することによって、その間に低周波の電流が流れる。パルスを印加する正電極１４と負電極１５とは、スイッチによって個別的且つ選択的に切り替えられる。
【００２７】
図４は、このパルスを印加する正電極１４と負電極１５とを切り替える構成を示す図である。
【００２８】
図４に示すように、各正電極１４と各負電極１５には、ゲート回路等のスイッチ１８が個別に接続されている。このスイッチは、後述するように、低周波用パルス信号送信部３に配され、コントローラ１００の低周波電流制御部１１０のオンオフ制御によって切り替えられる。各正電極１４に対応する何れかのスイッチ１８と各負電極１５に対応する何れかのスイッチ１８とをオンにすると、オンにされたスイッチ１８に接続された正電極１４及び負電極１５にパルスが印加され、その間に低周波の電流が流れる。
【００２９】
オンにするスイッチ１８は、向かい合う正電極１４及び負電極１５に対応するものであってもよいし、対向していない正電極１４及び負電極１５に対応するものであってもよい。即ち、正電極１４と負電極１５のオンオフは、個別的に、換言するとそれぞれ独立して切り替えられる。オンにするスイッチ１８を正電極１４側と負電極１５側とで個別に選択することで、発信される電流に各種の指向性が与えられる。
【００３０】
また、オンにするスイッチ１８は、一対のみならず複数対の正電極１４及び負電極１５に対応するものであってもよい。隣り合う複数の正電極１４及び負電極１５に対応するスイッチ１８をオンにすることで、このオンにされたスイッチ１８に対応する正電極１４及び負電極１５の並び幅で筋肉に電流を発信することができる。
【００３１】
図５及び図６は、この低周波発信機構付超音波プローブ１の被検体に対する装着例を示す模式図である。図５は、低周波発信機構付超音波プローブ１ａの装着例を示し、図６は、低周波発信機構付超音波プローブ１ｂの装着例を示す。
【００３２】
図５に示すように、低周波発信機構付超音波プローブ１ａは、運動を画像化したい生体、例えば筋肉にヘッド１１を向けて体表に接触させ、かつ当該筋肉を各負電極１５と各正電極１４が周囲から包囲するように貼着パッド１２を貼着して使用する。
【００３３】
また、図６に示すように、低周波発信機構付超音波プローブ１ｂは、運動を画像化したい生体、例えば筋肉にヘッド１１を向けて体表に接触させ、また、このヘッド１１の両側面に配される穿刺針１３を当該筋肉を挟み込むように体内に差し込んで使用する。
【００３４】
このような低周波発信機構付超音波プローブ１ａ又は１ｂの装着により、運動を画像化したい筋肉が負電極１５と正電極１４に挟み込まれ、この負電極１５と正電極１４とを通電させることにより当該筋肉が低周波の電流で刺激されて運動を強制される。そして、運動を強制された筋肉に対して、ヘッド１１の送受波面から超音波が送波され、この筋肉から反射した反射波が受波されることで、運動を強制された筋肉が画像化又は映像化される。映像化とは、画像を時間を異ならせて連続的に生成することである。
【００３５】
この低周波発信機構付超音波プローブ１は、コード１７を介して超音波診断装置本体２に接続される。そして、この超音波診断装置本体２から超音波送波のための信号電圧が圧電素子毎に遅延されて印加される。また、この超音波診断装置本体２から低周波電流を通電させるための信号電圧が一対又は複数対の正電極１４及び負電極１５に同時又は遅延されて印加される。低周波発信機構付超音波プローブ１が出力したエコー信号は、この超音波診断装置本体２に入力される。超音波診断装置本体２は、このエコー信号を処理することで筋肉の運動が画像化又は映像化する。
【００３６】
図７は、この超音波診断装置本体２の構成を示すブロック図である。
【００３７】
超音波診断装置本体２は、超音波用パルス信号送信部４と低周波用パルス信号送信部３と受信部５とＢ／Ｍ処理部６１とＣＦＭ処理部６２とＤＳＣ７（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｃａｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とビデオＩ／Ｆ８とモニタ９とコントローラ１００と操作卓１２０とを備える。超音波用パルス信号送信部４と低周波用パルス信号送信部３と受信部５とが低周波発信機構付超音波プローブ１に信号線を介して電気的に接続されている。また、受信部５とＢ／Ｍ処理部６１、受信部５とＣＦＭ処理部６２、Ｂ／Ｍ処理部６１とＤＳＣ７、ＣＦＭ処理部６２とＤＳＣ７、ＤＳＣ７とビデオＩ／Ｆ８、ビデオＩ／Ｆ８とモニタ９が電気的に接続されている。また、コントローラ１００と各構成とが制御可能に電気的に接続されている。
【００３８】
超音波用パルス信号送信部４は、超音波に属する周波数のパルス信号を発生し、低周波発信機構付超音波プローブ１の圧電素子に対してパルス信号を印加する。この送信部は、パルス発生器４１と遅延回路４２と高出力回路４３とを備えている。
【００３９】
パルス発生器４１は、パルス信号を発生する回路である。内部に基本信号を発生するクロック生成器を有し、基本信号の周波数を基に、予め設定された周波数データが表す周波数のパルス信号を出力する。このパルス発生器４１によって送信する超音波の周波数が決定される。
【００４０】
遅延回路４２は、パルス発生器４１が発生させたパルス信号を圧電素子毎に遅延させる回路である。圧電素子毎に超音波をビーム上に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各パルス信号に対して与える。
【００４１】
高出力回路４３は、遅延がかけられた各圧電素子に対するパルス信号に従って、各圧電素子に信号電圧を印加する。
【００４２】
なお、後述する筋肉の歪み度を計測する具体例では、例えばＢモード撮影と組織ドプラモード撮影とを並行して実行する必要がある。係る具体例では、送信部は、コントローラ１００の制御下で、例えば各走査線について数回のＢモード送信と後数回のドプラ送信とを実行するように、送信波形を形成する。
【００４３】
低周波用パルス信号送信部３は、低周波数のパルス信号を発生し、低周波発信機構付超音波プローブ１が有する負電極１５及び正電極１４の何れか一対又は複数対に選択的に印加する。この低周波用パルス信号送信部３は、各負電極１５と各正電極１４のスイッチ１８を有する。スイッチ１８のオンオフ制御は、後述するコントローラ１００により制御される。
【００４４】
受信部５は、低周波発信機構付超音波プローブ１から出力されたエコー信号を受信する。この受信部５では、エコー信号を増幅し、デジタル信号に変換する。さらに、各圧電素子から出力されたエコー信号に受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与え整相加算し、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された単一のエコー信号を生成する。受信部５は、処理後のエコー信号をＢ／Ｍ処理部６１とＣＦＭ処理部６２へ出力する。
【００４５】
Ｂ／Ｍ処理部６１は、所定の周波数帯域の反射波成分を減衰させ、所望の周波数帯域の反射波成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を行った後、包絡線検波を行うことでその包絡線成分を検出する。その後、Ｂ／Ｍ処理部６１は、エコー信号に対して対数圧縮処理及び必要に応じてエッジ強調処理等を実行する。このＢ／Ｍ処理部６１は、処理により生成した信号列をＤＳＣ７に出力する。
【００４６】
ＣＦＭ処理部６２は、エコー信号を組織信号と血流信号とに分離するためのハイパスフィルタ処理（「ＭＴＩフィルタ処理」、又は「Ｗａｌｌフィルタ処理」とも呼ばれる。）、組織や血流の移動速度を検出するための自己相関処理を実行する。また、ＣＦＭ処理部６２は、必要に応じてエコー信号中の組織信号を低減・削除するための非線形処理を実行する。このＣＦＭ処理部６２は、処理により生成した信号列をＤＳＣ７に出力する。
【００４７】
ＤＳＣ７は、デジタルスキャンコンバータであり、Ｂ／Ｍ処理部６１、ＣＦＭ処理部６２から入力した信号列を、超音波ビームの送受信に対応した位置にマッピングすることで、超音波画像を生成し、直交変換する。超音波ラスタデータは、超音波ビームの軌跡をＸＹ平面に投影したときの投影された軌跡がＹ軸となす角度θと、低周波発信機構付超音波プローブ１の位置とサンプリング点との距離Ｋで表される座標系で得られる。この座標系で得られる超音波画像を表示用の画像データの座標系（Ｘ，Ｙ）に直交変換する。ＤＳＣ７が生成したＢモードの超音波画像とＣＦＭモードの超音波画像は、ビデオＩ／Ｆ８に出力される。
【００４８】
ビデオＩ／Ｆ８は、Ｂモードの超音波画像、ＣＦＭモードの超音波画像、その他の超音波画像に関する種々の情報を各画像と組み合わせ、モニタ９表示用にレイアウトされた表示画像を構成し、モニタ９に当該表示画像を表示する。モニタ９は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）ディスプレイやＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ等の画面を有する装置である。
【００４９】
コントローラ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２を有しており、システム全体の制御中枢として、超音波診断装置本体２を静的又は動的に制御する。当該コントローラ１００の制御のもと、エコー信号や超音波画像は、各構成で種々の処理を受け、次段の構成に送り出されるとともに、メモリ１０２に記憶される。
【００５０】
超音波の送受波及び超音波画像の生成処理は、モニタ９に表示された超音波送受波ボタンの押下を契機に開始する。コントローラ１００は、このモニタ９に患者情報表示画面を予め表示させ、この画面に超音波送受波ボタンを配置する。患者情報表示画面は、超音波の送受波により撮影する被検体の情報を表示する画面である。コントローラ１００は、被検体の国籍、性別、年齢、及び患者ＩＤや患者氏名等の被検体を識別する情報が操作卓１２０を用いて入力されると、この入力された被検体を識別する情報をメモリ１０２に記憶させ、さらにモニタ９の患者情報表示画面に表示させる。
【００５１】
また、コントローラ１００は、後述する低周波発信方向の制御処理、筋肉の歪み度の計測処理、歪み度の比較処理、及び筋肉の今後の発達予測処理を実行する。より具体的には、メモリ１０２に記憶されているプログラムをＣＰＵ１０１で解読及び実行することで、これら各処理を実行する。なお、これに限定されず、ハードウェア構成によってこれら各処理を実行してもよい。
【００５２】
このコントローラ１００は、低周波発信方向の制御処理、筋肉の歪み度の計測処理、歪み度の比較処理、及び筋肉の今後の発達予測処理を、操作卓１２０を用いた操作を契機とし、また操作卓１２０を用いた入力に基づき実行する。操作卓１２０は、キーボードやマウスやトラックボールである。
【００５３】
図８は、上述の各処理を実行するコントローラ１００のさらに詳細な構成を示すブロック図である。プログラムの解読及び実行によって上述の各処理を実行する場合には、コントローラ１００の機能を表す機能ブロック図である。
【００５４】
このコントローラ１００は、超音波診断装置本体２の超音波画像生成に係る各部を制御する他、低周波電流制御部１１０と、歪み計測部１１１と、発達比較部１１２と、発達予測処理部１１３とを有する。
【００５５】
低周波電流制御部１１０には、低周波発信機構付超音波プローブ１が備える貼着パッド１２又は穿刺針１３から発信される低周波の電流の発信指向性及び電流の流れる範囲が入力される。この低周波電流制御部１１０は、この入力を受けて、低周波の電流を流す正電極１４と負電極１５のスイッチ１８をオンにする信号を出力する。
【００５６】
歪み計測部１１１は、時系列的に前後に並ぶ２フレームの超音波画像からこれら超音波画像のフレームに写る筋肉の歪み度を計測する。歪み度は、筋肉の歪みを示す値であり、筋肉の各点における伸び縮みの速度又は加速度又は伸び量で表される。
【００５７】
発達比較部１１２は、発達度数を作成し、比較対象と並べてモニタ９に表示させる。発達度数は、計測された各サンプル点の歪み度に基づく筋肉の発達を評価する値である。この発達度数は、計測された各サンプル点の歪み度が属する区分及びその区分に属するサンプル点の割合で表される。発達比較部１１２は、発達度数を歪み計測部１１１が計測した各歪み度を元に作成し、この発達度数を比較対象と並べた比較表を作成し、モニタ９に表示させる。
【００５８】
発達予測処理部１１３は、計測された歪み度と、サンプリングされた一般値の年齢毎の遷移とから、所定年数後の予測値を算出する。この算出には、歪み度平均を用いる。歪み度平均は、計測した各点の歪み度を平均することで算出される値である。一般値は、サンプリングされた一定母数の歪み度平均を更に平均化したものである。所定年数後としては、例えば、１年後である。
【００５９】
まず、上述のコントローラ１００に関する各構成のうち、低周波電流制御部１１０による低周波発信方向の制御処理について説明する。
【００６０】
低周波電流制御部１１０は、パルス信号を印加する正電極１４及び負電極１５に対応するスイッチ１８をオンにする信号を低周波用パルス信号送信部３に出力する。低周波の電流の発信指向性及び範囲は、操作卓１２０を用いて入力される。低周波電流制御部１１０は、入力操作によって指示された正電極１４及び負電極１５に対応するスイッチ１８をオンにする信号を低周波用パルス信号送信部３に出力する。
【００６１】
低周波電流制御部１１０は、この低周波の電流の発信指向性及び範囲を入力する操作を支援する画面をモニタ９に表示させる。
【００６２】
図９は、第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ａが超音波診断装置本体２に接続されている場合の発信指向性及び範囲を入力する操作を支援する画面を示す模式図である。モニタ９には、低周波発信機構付超音波プローブ１ａのヘッド１１側から見た正面図を示す第１の画像９１と、現在撮影されている超音波画像とその超音波画像上での正電極１４及び負電極１５の位置を示す電極マーク９３とを組み合わせた図を示す第２の画像９２とが並べて画面に表示される。この正面図には、ヘッド１１の周囲に配列している正電極１４及び負電極１５の位置を示す電極マーク９３を表示する。
【００６３】
また、図１０は、第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ｂが超音波診断装置本体２に接続されている場合の発信指向性及び範囲を入力する操作を支援する画面を示す模式図である。モニタ９には、現在撮影されている超音波画像と、その超音波画像上での穿刺針１３の位置を示す穿刺針１３マーク９６と正電極１４及び負電極１５の位置を示す電極マーク９３とを組み合わせた第２の画像９２を表示させる。
【００６４】
図９又は図１０の画面が表示されている間、操作卓１２０を用いて正電極１４及び負電極１５の一対又は複数対を選択するための電極マーク９３の押下操作がなされると、低周波電流制御部１１０は、選択された正電極１４及び負電極１５を示す電極マーク９３を結ぶライン上に、矢印等の低周波発信方向マーク９４をモニタ９に表示させる。選択する入力は、例えば、画面上を移動可能なカーソル９５の電極マーク９３上への移動と、クリック等の選択操作である。
【００６５】
操作卓１２０を用いて正電極１４及び負電極１５の一又は複数を選択する入力操作がなされ、確定ボタンの押下がなされると、低周波電流制御部１１０は、選択された正電極１４及び負電極１５を示す信号を低周波用パルス信号送信部３に出力する。
【００６６】
図１１は、第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブ１ｂに配置された正電極１４及び負電極１５にパルス信号を印加する第１の具体例を示す模式図である。
【００６７】
図１１に示すように、低周波電流制御部１１０が一の正電極１４及びこれに対向する負電極１５に対応するスイッチ１８をオンにすると、その正電極１４及び負電極１５が配置されている同一深度に沿って低周波の電流が流れる。また、隣り合う複数の正電極１４及びこれらに対向する負電極１５に対応するスイッチ１８をオンにすると、この通電させた正電極１４及び負電極１５が配列されている深度幅（図中Ｄ）に低周波の電流が流れる。
【００６８】
また、図１２は、低周波発信機構付超音波プローブ１ｂに配置された正電極１４及び負電極１５にパルス信号を印加する第２の具体例を示す模式図である。
【００６９】
図１２に示すように、一の正電極１４と、この正電極１４とは異なる深度に配置されている負電極１５とに対応するスイッチ１８をオンにすると、通電された深度が異なる正電極１４と負電極１５との間に低周波の電流が流れる。即ち、斜め方向に指向して低周波の電流が流れる。
【００７０】
また、図１３は、低周波発信機構付超音波プローブ１ｂに配置された正電極１４及び負電極１５にパルス信号を印加する第３の具体例を示す模式図である。
【００７１】
図１３に示すように、隣り合う複数の正電極１４と、これら正電極１４とは異なる深度に配置されている隣り合う複数の負電極１５とに対応するスイッチ１８をオンにすると、この通電させた正電極１４及び負電極１５の配列幅（図中Ｄ）で斜め方向に指向して低周波の電流が流れる。
【００７２】
この斜め方向、かつ複数の電極を包含する幅で電流を流す場合には、低周波電流制御部１１０は、電極に対して順番に時間的な遅延を持たせてパルス信号を印加する。例えば、選択された正電極１４と負電極１５のうち、最浅の一対に対応するスイッチ１８をオンにし、次にこの最浅の一対に対するスイッチ１８をオフにしてからその直下の一対に対するスイッチ１８をオンにする。同時にパルス電圧を印加すると、最短の電極との間に電圧が流れてしまい、斜め方向へ電流を流すことができないおそれがあるためである。この遅延の間隔は、超音波の画像を生成するフレームレートよりも短いことが望ましい。
【００７３】
尚、低周波発信機構付超音波プローブ１ａでも、同様にパルス信号を印加する正電極１４と負電極１５の対を選択することで、電流を流す幅及び体表面上の斜め方向へ低周波を発信させる。
【００７４】
この低周波発信機構付超音波プローブ１の負電極１５及び正電極１４の配列機構及びパルス信号を印加する負電極１５及び正電極１４の個別的な選択制御により、低周波を発信させる幅及び発信指向性が自在となり、運動を画像化又は映像化したい筋肉の筋繊維方向と筋繊維の幅に適する低周波を発信させることができる。
【００７５】
次に、歪み計測部１１１による歪み度の計測処理について説明する。図１４は、歪み計測部１１１による歪み度の計測処理を示すフローチャートである。
【００７６】
まず、歪み計測部１１１は、Ｂ／Ｍ処理部６１から出力されてＤＳＣ７でマッピングすることにより生成されたＢモードの超音波画像の前後フレームを利用して、粗くサンプルした追跡点の移動を二次元トラッキング法によって推定し、各点に関する移動ベクトルを求める（ステップＳ１）。
【００７７】
このステップＳ１においては、一のフレームの超音波画像において粗いサンプル点を追跡点として設定し、これと連続する前又は後ろフレームの超音波画像とを利用して、その移動を二次元トラッキング法によって推定し、各点に関する移動ベクトルを求める。
【００７８】
ここで、サンプル点の設定は、例えば、一のフレームの超音波画像上に３ｍｍ間隔の格子状のマーカを設定し、格子の交点に相当する位置のデータをサンプル点とすることにより、実現することができる。二次元トラッキングとしては、例えば、相互相関法を採用する。
【００７９】
相互相関関数Ｒ（ｘ´，ｙ´）を、例えば次の式（１）で定義する。
Ｒ（ｘ´，ｙ´）＝∫∫[ｆ（ｘ＋ｘ´，ｙ＋ｙ´）・ｇ（ｘ，ｙ）]ｄｘｄｙ （１）
ここで、ｇ（ｘ，ｙ）は当該画像における所定領域を表す関数であり、ｆ（ｘ，ｙ）は、当該画像の次の時相についての画像における所定領域を表す関数である。
【００８０】
この相互相関関数Ｒ（ｘ´，ｙ´）の値を最大とする（ｘ´，ｙ´）が、次時相の超音波画像においてｆ（ｘ，ｙ）と最も相互関連性（類似性）の高い領域であり、移動領域であると推定することができる。この推定を、上記粗くサンプルした全ての追跡点（又はこれを含む領域）について実行することで、各追跡点のトラッキングを行うことができる。
【００８１】
移動ベクトルの大きさは、各サンプル点の移動量によって定義され、そのベクトル方向は各サンプル点の移動方向によって定義される。上記トラッキングによって、各サンプル点の移動量、移動方向を求めることができるから、この二つの物理量によって、各サンプル点についての移動ベクトルを定義する。
【００８２】
この移動ベクトルが示す移動量は、筋肉のサンプル点における伸び量である。この移動量をフレーム間の時間差で除することにより、当該サンプル点における筋肉の伸び又は縮みの速度が求められる。また、この伸び又は縮みの速度を、さらにフレーム間の時間差で除することにより、筋肉の伸び又は縮みの加速度が求められる。
【００８３】
なお、相互相関関数としては、例えば次の式（２）によって定義される最小二乗についての相互相関関数Ｒ（ｘ´，ｙ´）を採用する構成であってもよい。
Ｒ（ｘ´，ｙ´）＝∫∫[ｆ（ｘ＋ｘ´，ｙ＋ｙ´）−ｇ（ｘ，ｙ）]２ｄｘｄｙ （２）
【００８４】
次に、歪み計測部１１１は、さらに細かいサンプル点に関する移動ベクトルを、補間処理によって求める（ステップＳ２）。
【００８５】
ステップＳ２では、さらに細かいサンプル点に関する移動ベクトルを、補間処理によって求める。なお、さらに細かいサンプル点とは、例えば、本実施形態においては全画素に関するサンプル点を意味する。
【００８６】
補間処理による細かいサンプル点は、ステップＳ１において求めた粗いサンプル点に関する移動ベクトルに基づいて、各サンプル点のｘ座標、ｙ座標を例えば線形補間等の補間処理を実行することで、求めることができる。
【００８７】
歪み度が伸び量で示される場合には、この各サンプル点における移動ベクトルの移動量を算出するステップＳ１及びＳ２によって求められる。
【００８８】
次に、歪み度を伸び若しくは縮みの速度又は加速度で表す場合には、歪み計測部１１１は、全画素において、上記ステップＳ２で求めた移動ベクトルと走査線との角度を用いて、組織ドプラにより別途取得されている速度値を角度補正し、補正速度を求める（ステップＳ３）。
【００８９】
このステップＳ３では、ステップＳ２で求めた各サンプル点の移動ベクトルと走査線との角度を用いて、ＣＦＭ処理部６２から出力されてＤＳＣ７でマッピングすることにより得られた組織ドプラの画像である超音波画像のサンプル点に対応する各点の速度値を角度補正し、補正速度を求める。この角度補正は、次の式（３）に従って実行される。
【００９０】
（補正後の速度）＝（組織ドプラ法で得られた速度）／ｃｏｓθ （３）
ここで、θ（ドプラ角）は、二次元トラッキングで得られた移動方向と走査線とのなす角である。
【００９１】
歪み度を伸び又は縮みの速度で表す場合には、歪み計測部１１１は、この補正速度を各サンプル点における歪み度として取得する。また、歪み度を伸び又は縮みの加速度で表す場合には、歪み計測部１１１は、補正速度をフレーム間の時間差で除する。
【００９２】
なお、ステップＳ３での角度補正は、ドプラ角θが大きくなるに従って、その信頼性が低くなる。従って、本実施形態では、ドプラ角θが大きくなるに従って、補正速度による移動量よりもステップＳ２で求めた移動ベクトルによる移動量を優先させることが、精度の観点から好ましい。
【００９３】
すなわち、ステップＳ３のドプラ速度の補正による補正速度によって求められる移動量をＤｄｏｐ、ステップＳ１及びＳ２のトラッキングによって求められる移動量をＤｔｒａｃｋとすると、例えば次の式（４）によって移動ベクトルの移動量Ｄｓｅｃを再定義することができる。
Ｄｓｅｃ＝ｆ（θ）・Ｄｄｏｐ＋（１−ｆ（θ））・Ｄｔｒａｃｋ （４）
ここで、ｆ（θ）は、θが９０度から離れる程大きく、９０度に近い程小さくなる０≦ｆ（θ）≦１を満たす関数である。
【００９４】
この処理によって計測された歪み度は、メモリ１０２に予め記憶されている被検体の国籍、性別、年齢、及び被検体を識別する情報とともにメモリ１０２に記憶される。歪み計側部は、計測された歪み度を、超音波の送受波制御開始前に操作卓１２０を用いて患者情報表示画面で入力された被検体の国籍、性別、年齢、及び被検体を識別する情報に関連付けを行いつつ、メモリ１０２に記憶させる。
【００９５】
次に、発達比較部１１２による比較処理について説明する。図１５は、発達比較部１１２の比較処理を示すフローチャートである。
【００９６】
まず、発達比較部１１２は、歪み度を各区分に区分けし、その区分に属するサンプル点の数をカウントする（ステップＳ１１）。
【００９７】
メモリ１０２には、予め所定の歪み度が閾値として記憶されている。この閾値は、区分の境界を示す値を有する。ステップＳ１１では、発達比較部１１２は、この閾値を読み出し、メモリ１０２に記憶された各歪み度と閾値とを比較する。比較の結果、閾値以上であれば、閾値以上の区分に対するサンプル点数を１カウントアップする。また、比較の結果、閾値未満であれば、閾値未満の区分に対するサンプル点数を１カウントアップする。
【００９８】
次に、発達比較部１１２は、歪み度における各サンプル点の各区分に属する割合を算出する（ステップＳ１２）。
【００９９】
このステップＳ１２では、発達比較部１１２は、閾値以上の区分に対するサンプル点数と閾値未満の区分に対するサンプル点数とを総計する。そして、閾値以上の区分に対するサンプル点数の総計に対する割合を算出し、閾値未満の区分に対するサンプル点数の総計に対する割合を算出する。
【０１００】
そして、発達比較部１１２は、各サンプル点の各区分に属する割合に被検体属性情報を関連付けることで発達度数の作成を終了する（ステップＳ１３）。
【０１０１】
このステップＳ１３では、発達比較部１１２は、閾値以上の区分に対するサンプル点数の総計に対する割合と、閾値未満の区分に対するサンプル点数の総計に対する割合とに、メモリ１０２に記憶された国籍、性別、年齢、及び被検体を識別する情報を関連付けることで、発達度数を作成し、メモリ１０２に記憶させる。
【０１０２】
計測された歪み度から発達度数が作成されると、発達比較部１１２は、予め用意された比較対象と発達度数とを並べた画像を作成し、モニタ９に表示させる（ステップＳ１４）。
【０１０３】
比較対象となる発達度数は、図１６に示すように、電子辞書形式で予めメモリ１０２に記憶されている。図１６は、予め記憶された比較対象となる発達度数を示すデータ構造図である。比較対象となる発達度数は、計測された発達度数と同一種類のデータであり、同一被検体の過去に計測された発達度数や、アスリート等の有名人の発達度数である。
【０１０４】
この比較対象となる発達度数は、計測された発達度数と同様に、被検体を識別する患者氏名と、閾値以上の区分、例えば歪み度がX mm/sec以上であったサンプル点の数の総サンプル点数に対する割合を示す数値と、閾値未満の区分、例えば歪み度がX mm/sec未満であったサンプル点の数の総サンプル点数に対する割合を示す数値とで構成されている。
【０１０５】
ステップＳ１４では、発達比較部１１２は、予め比較対象を選択させる画面をモニタ９に表示させる。この画面には、例えば、電子辞書化された比較対象の発達度数から被検体属性情報を取得して表示する。この画面に基づき操作卓１２０を用いて一の比較対象が選択されると、その選択された比較対象と同一の国籍、性別、年齢、又は被検体を識別する情報と関連付けられた発達度数の電子辞書をメモリ１０２から読み出し、計測された発達度数と並べた画像を作成して表示させる。この比較対象の選択処理では、例えば、同一被検体の過去に計測された発達度数との比較表を作成する場合には、超音波画像を撮影した被検体を識別する情報と同一の情報が関連付けられた発達度数をメモリ１０２から読み出す。
【０１０６】
次に、発達予測処理部１１３による筋肉の今後の発達予測処理について説明する。図１７は、この発達予測処理部１１３による発達予測処理を示すフローチャートである。
【０１０７】
まず、発達予測処理部１１３は、予め用意されている年齢毎の一般的な歪み度平均から、被検体の年齢から所定年数後の予測増減率を算出する（ステップＳ２１）。
【０１０８】
図１７は、予め用意されている年齢毎の一般的な歪み度平均を示す図である。図１７に示すように、メモリ１０２には、予め国籍、性別、及び年齢毎の一般的な歪み度平均が記憶されている。歪み度平均は、各サンプル点から取得された各歪み度の平均である。発達予測処理部１１３は、被検体の国籍及び性別に関連付けられた一般的な歪み度平均のうち、被検体の年齢とその年齢から所定年数後の年齢に関連付けられた一般的な歪み度平均をそれぞれメモリ１０２から選び出す。そして、被検体の年齢に関連付けられた一般的な歪み度平均の値を所定年数後の年齢に関連付けられた一般的な歪み度平均で除する。所定年数としては、例えば１年後である。その他、操作卓１２０で入力された数値に対応する年数後であってもよい。
【０１０９】
予測増減率を算出すると、発達予測処理部１１３は、被検体の歪み度平均を算出し（ステップＳ２２）、被検体の歪み度平均に予測増減率を乗じることで歪み度平均の予測値を求める（ステップＳ２３）。被検体の歪み度平均は、計測された各サンプル点の歪み度の平均を求めることで算出される。
【０１１０】
歪み度平均の予測値を算出すると、発達予測処理部１１３は、この予測値を配置した画面を作成し、モニタ９に表示させる（ステップＳ２４）。
【０１１１】
以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置では、低周波により、筋肉を意識とは関係なる運動させる機構を有するため、病理等で筋肉を意識的に動かさない場合を含めて、安定した筋肉の運動を映像化することができる。また、この安定した筋肉の運動が映像化できることにより、環境や体調に左右されない比較対象の筋肉の歪み度をサンプリングすることができ、精度の高い比較や発達予測が可能となる。
【０１１２】
また、配列されている複数の正電極１４と負電極１５に対して、選択的にパルス信号を印加することにより、低周波の電流を各種指向性及び各種幅をもって発信できる。従って、超音波画像を参照することで、筋肉の繊維がどのような方向に延びていようとも、どのような幅を有していようとも、繊維単位で所望の電気刺激を与えることができる。
【０１１３】
尚、本実施形態では、低周波の電流を直流電流を前提にして説明したが、交流電流でもよく、交流電流の場合は、どの電極も正電極１４と負電極１５とになりうる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブの外観を示す模式図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、ヘッド側から見た正面図である。
【図２】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブの外観を示す模式図である。
【図３】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブの内部構成を示す模式図である。
【図４】パルスを印加する正電極と負電極とを切り替える構成を示す図である。
【図５】第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブの装着例を示す模式図である。
【図６】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブの装着例を示す模式図である。
【図７】超音波診断装置本体の構成を示すブロック図である。
【図８】コントローラのさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図９】第１の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブが超音波診断装置本体に接続されている場合の方向及び範囲を入力する操作を支援する画面を示す模式図である。
【図１０】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブが超音波診断装置本体に接続されている場合の方向及び範囲を入力する操作を支援する画面を示す模式図である。
【図１１】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブに配置された正電極及び負電極にパルス信号を印加する第１の具体例を示す模式図である。
【図１２】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブに配置された正電極及び負電極にパルス信号を印加する第２の具体例を示す模式図である。
【図１３】第２の具体例に係る低周波発信機構付超音波プローブに配置された正電極及び負電極にパルス信号を印加する第３の具体例を示す模式図である。
【図１４】歪み度の計測処理を示すフローチャートである。
【図１５】比較処理を示すフローチャートである。
【図１６】比較対象となる発達度数を示すデータ構造図である。
【図１７】発達予測処理を示すフローチャートである。
【図１８】予め用意されている年齢毎の一般的な歪み度平均を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１，１ａ，１ｂ  低周波発信機構付超音波プローブ
１１  ヘッド
１２  貼着パッド
１３  穿刺針
１４  正電極
１５  負電極
１６  リード線
１７  コード
１８  スイッチ
２  超音波診断装置本体
３  低周波用パルス信号送信部
４  超音波用パルス信号送信部
４１  パルス発生器
４２  遅延回路
４３  高出力回路
５  受信部
６１  Ｂ／Ｍ処理部
６２  ＣＦＭ処理部
７  ＤＳＣ
８  ビデオＩ／Ｆ
９  モニタ
９１  第１の画像
９２  第２の画像
９３  電極マーク
９４  低周波発信方向マーク
９５  カーソル
９６  穿刺針マーク
１００  コントローラ
１０１  ＣＰＵ
１０２  メモリ
１１０  低周波電流制御部
１１１  歪み計測部
１１２  発達比較部
１１３  発達予測処理部
１２０  操作卓
【図３】
0005159326.tif 000002
【図４】
0005159326.tif 000003
【図５】
0005159326.tif 000004
【図６】
0005159326.tif 000005
【図７】
0005159326.tif 000006
【図８】
0005159326.tif 000007
【図１１】
0005159326.tif 000008
【図１２】
0005159326.tif 000009
【図１３】
0005159326.tif 000010
【図１４】
0005159326.tif 000011
【図１５】
0005159326.tif 000012
【図１６】
0005159326.tif 000013
【図１７】
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【図１８】
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【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図１０】
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