(57)【要約】  全自動超音波走査機器及び走査検出方法であって、該全自動超音波走査機器は、超音波探触子（４）と、超音波探触子（４）を駆動して動作させる駆動システム（５）と、超音波探触子（４）が取り付けられるフレキシブル構造と、を有し、当該フレキシブル構造は走査の際、超音波探触子（４）を常に皮膚表面の曲線に沿わせたまま皮膚表面と垂直になるように保つ。全自動超音波走査機器のフレキシブル構造は自動適応効果を備え、人体の異なる曲線に基づきリアルタイムで走査軌道と探触子角度を調整し、超音波探触子（４）を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことで、走査画像の質を向上させ、よって早期スクリーニングの検出率と精度を高め、見落とし診断の確率を減少させることができる。
2018525081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波探触子と、
超音波探触子を駆動して動作させる駆動システムと、
超音波探触子が取り付けられるフレキシブル構造と、を有し、当該フレキシブル構造は走査の際、超音波探触子を常に皮膚表面の曲線に沿わせたまま皮膚表面と垂直になるように保つ、ことを特徴とする全自動超音波走査機器。
【請求項２】
前記フレキシブル構造はベルトプーリとテンションプーリに巻きつけられたフレキシブル無端ベルトを有し、前記超音波探触子は前記フレキシブル無端ベルトに取り付けられており、
前記ベルトプーリと前記駆動システムは接続され、これに連動して前記フレキシブル無端ベルトと前記超音波探触子が動作し、
前記テンションプーリはフレキシブル無端ベルトの伸縮と弾性を調節することで、前記フレキシブル無端ベルトと超音波探触子を被検器官の形状に従って皮膚表面に密着させ、
前記駆動システムは皮膚表面に密着する前記フレキシブル無端ベルトと前記超音波探触子を駆動し、走査の際、左右に移動させるとともに皮膚に沿って上下に移動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項３】
前記フレキシブル構造は第一昇降支持ガイド部材を有し、前記第一昇降支持ガイド部材の底端部には超音波探触子が取り付けられ、前記第一昇降支持ガイド部材は前記超音波探触子の昇降を調節するとともに、超音波探触子の角度をガイドするために用いられ、
前記駆動システムは前記第一昇降支持ガイド部材全体を駆動して左右に移動させることで、前記超音波探触子を連動させ左右に移動させ、
前記第一昇降支持ガイド部材はガイドバー、ベアリング、圧縮ばね及び探触子ガイドカバーを有し、
前記ガイドバーは前記ベアリングの内輪を垂直に貫通し、かつガイドバーの底端部には前記超音波探触子が接続され、
前記圧縮ばねの一端は前記ベアリングに固定され、他端は前記ガイドバーに固定され、前記圧縮ばねはガイドバーの底端部の超音波探触子と皮膚との間の圧力変化に対応して収縮と伸長を行い、これに連動してガイドバーが上下に移動することで、超音波探触子が常に皮膚表面に密着する状態を保持し、
前記探触子ガイドカバーは皮膚の起伏に基づいて動くことで、皮膚表面と相接する状態を維持し、これに連動して前記超音波探触子が同調して回転することで、前記超音波探触子の角度を調節して皮膚表面と垂直になるように保つ、ことを特徴とする請求項１に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項４】
前記フレキシブル構造が第二昇降支持ガイド部材を有し、前記第二昇降支持ガイド部材の底端部には超音波探触子が取り付けられ、前記第二昇降支持ガイド部材は前記超音波探触子の昇降を調節するとともに、超音波探触子の角度をガイドするために用いられ、
前記駆動システムは前記第二昇降支持ガイド部材全体を駆動して左右に移動させることで、前記超音波探触子を連動させ左右に移動させ、
前記第二昇降支持ガイド部材はガイドバー、ベアリング、圧力センサ予圧構造及び探触子ガイドカバーを有し、
前記ガイドバーは前記ベアリングの内輪を垂直に貫通し、かつガイドバーの底端部には前記超音波探触子が接続され、
前記圧力センサ予圧構造は圧力センサとガイドバー昇降駆動装置を有し、
前記圧力センサは前記超音波探触子が受ける皮膚の圧力を測定し、圧力信号を出力し、
前記ガイドバー昇降駆動装置は前記圧力信号に基づき前記ガイドバーを駆動して上昇または下降させることで、超音波探触子が常に皮膚表面に密着する状態を保持し、
前記探触子ガイドカバーは皮膚の起伏に基づいて動くことで、皮膚表面と相接する状態を維持し、これに連動して前記超音波探触子が同調して回転することで、前記超音波探触子の角度を調節して皮膚表面と垂直になるように保つ、ことを特徴とする請求項１に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項５】
前記ガイドバーの外層には第一歯車が設けられ、前記ガイドバー昇降駆動装置が駆動コントローラ、回転駆動用モータ及び歯車駆動プレートを有し、
前記歯車駆動プレートの周囲には前記第一歯車と噛み合う第二歯車が設けられ、
前記駆動コントローラと前記圧力センサは接続され、前記圧力信号に基づいて前記回転駆動用モータを駆動することで、前記第二歯車が連動して正回転もしくは逆回転し、これに連動して前記第一歯車が前記ガイドバーの上昇もしくは下降を実現することで、前記超音波探触子の高さを調節する、ことを特徴とする請求項４に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項６】
前記駆動システムは駆動モータ、ベルトプーリとベルト及び水平リードバーを有し、
前記ベルトプーリは前記駆動モータによって駆動され、前記ベルトは前記ベルトプーリに巻き付けられ、
前記第一昇降支持ガイド部材もしくは第二昇降支持ガイド部材にはガイドパイプが水平に設けられていることで、前記水平リードバーとスライドして噛み合い、
前記第一昇降支持ガイド部材もしくは第二昇降支持ガイド部材は前記ベルトと接続され、ベルトが移動する際、前記昇降支持ガイド部材が連動して前記水平リードバーに沿って水平にスライドすることで、左右に移動する、ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項７】
前記駆動モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項６に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項８】
被走査器官の三次元画像を撮影して送信するために用いられるレーザ三次元カメラをさらに有し、
前記フレキシブル機構は制御可能マニピュレータを有し、前記制御可能マニピュレータの端部には前記超音波探触子が取り付けられ、
前記マニピュレータは前記被走査器官の三次元画像に基づき、前記超音波探触子の位置と角度を調節し、走査の際、超音波探触子が常に皮膚表面の曲線に沿ったまま皮膚表面と垂直になるように保つ、ことを特徴とする請求項１に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項９】
前記マニピュレータは６軸制御マニピュレータであることを特徴とする請求項８に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項１０】
被検器官を固定するための固定ネット膜をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の全自動超音波走査機器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の全自動超音波走査機器を用いて、皮膚表面の曲線に沿い、かつ皮膚表面と垂直を保ったまま走査を行うことで、被走査器官のＮ組の二次元画像を取得するステップ（前記Ｎは２以上の整数）と、
前記取得したＮ組の二次元画像を再構築し、三次元立体デジタル画像を得るステップと、を有することを特徴とする全自動超音波走査検出方法。
【請求項１２】
前記再構築して得られた三次元立体デジタル画像が冠状面再構築画像と横断面画像を含むことを特徴とする請求項１１に記載の全自動超音波走査検出方法。
【請求項１３】
前記全自動超音波走査機器を用いて、皮膚表面の曲線に沿い、かつ皮膚表面と垂直を保ったまま走査を行うステップにおいて、前記走査の方向は横方向走査と縦方向走査を含むことを特徴とする請求項１１に記載の全自動超音波走査検出方法。
【請求項１４】
前記三次元立体デジタル画像に対してリモート送信及び保存を行うステップをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の全自動超音波走査検出方法。
【請求項１５】
前記全自動超音波走査機器を用いて、皮膚表面の曲線に沿い、かつ皮膚表面と垂直を保ったまま走査を行うステップの前に、前記全自動超音波走査機器に対して設定を行うステップをさらに有し、前記設定には走査時の超音波探触子と皮膚との間の圧力閾値、走査方向、走査の二次元画像の組数Ｎが含まれることを特徴とする請求項１１に記載の全自動超音波走査検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療機器に関し、特に全自動超音波走査機器及び走査検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の手持ち型超音波乳腺走査機器は乳がんのスクリーニングを行う際、医師が探触子を手で持って走査（画像データの収集）と現場診断（画像データの分析）を行うものであり、以下のような技術的問題があった。
【０００３】
１．検査は経験豊富な専門医によって操作されなければならないうえに、検査工程に長い時間がかかる。
【０００４】
２．走査の完全性が不確かであり、乳房全体をカバーすることができない可能性がある。
【０００５】
３．検出効果が医師の経験、体の状態に左右され、安定していない。
【０００６】
４．画像データの収集が標準化されていないため、保存、送信することができない。
【０００７】
よって、手持ち型の乳腺超音波は治療診断により適しており、早期のスクリーニングには適さず、全国的に乳がんのスクリーニングを推進するにあたって、特に農村や中小都市において、経験のある専門医が不足しているため、超音波による早期乳がんの検出効果は想定に届かない事態となっている。
【０００８】
また、乳腺超音波検査の基本要件は図１に示すように、検査時に患者は仰向けになり、走査工程の間、超音波探触子が乳房と密着して接触しながら皮膚表面と垂直な角度を保たなければならない。しかし、各人の体型及び器官の大小、形状は全部が全部同じではないため、超音波探触子がこれに対して必ずしも人体の異なる曲線に基づいて調整できるわけではなく、現在の超音波検査は専門医が走査探触子を手で持って検査を行うか、もしくは固定されたものを用いて走査を行うものであるので、各種体型、乳房の大小及び密度に適応させるのは難しく、さらには走査の死角が形成されて診察の見落としを引き起こしている。
【０００９】
また、従来技術においては、被検器官の皮膚表面と超音波探触子の間に水袋等のフレキシブル部材を設けるものもあるが、超音波探触子が皮膚に直接接触せずに測定を行うため、探触子と皮膚の間の水袋によって複数回反射して干渉画像が形成され、また探触子と皮膚は常に垂直な状態を維持するわけではないので、収集する画像の反射角度が異なり、最終的に、走査画像の質の低下を招き、見落とし診断のリスクが存在する。
【００１０】
よって、人体の異なる曲線に基づき、走査の軌道と探触子角度を自動で適応調整することができる全自動走査機器が早急に必要とされており、当該全自動走査機器は超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができる。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、人体の異なる曲線に基づき、走査の軌道と探触子角度を自動で適応調整することができ、超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができる、全自動超音波走査機器及び走査検出方法を提供することを目的とする。
【００１２】
上記技術的問題を解決するため、本発明の実施形態では、
超音波探触子と、
超音波探触子を駆動して動作させる駆動システムと、
超音波探触子が取り付けられるフレキシブル構造と、を有し、当該フレキシブル構造は走査の際、超音波探触子を常に皮膚表面の曲線に沿わせ、かつ皮膚表面と垂直になるよう保つ全自動超音波走査機器を開示する。
【００１３】
本発明の実施形態はさらに、
全自動超音波走査機器を用いて、皮膚表面の曲線に沿い、かつ皮膚表面と垂直を保ったまま走査を行うことで、被走査器官のＮ組の二次元画像を取得するステップ（Ｎは２以上の整数）と、
取得したＮ組の二次元画像を再構築し、三次元立体デジタル画像を得るステップと、を有する全自動超音波走査検出方法を開示する。
【００１４】
本発明の実施形態は従来技術と比較して、
全自動超音波走査機器のフレキシブル構造が自動適応効果を備え、人体の異なる曲線に基づき走査の軌道と探触子角度をリアルタイムで調整することができ、超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができ、走査画像の質を向上させ、よって早期スクリーニングの検出率と精度を高め、見落とし診断の確率を減少させることができる、ということが主な違い及び効果である。
【００１５】
さらに、伸縮と弾性を調節可能なフレキシブル無端ベルトに超音波探触子を取り付けることによって、走査の際、超音波探触子を常に皮膚表面の曲線に沿わせ、かつ皮膚表面と垂直になるように保つ。
【００１６】
さらに、駆動システムと第一昇降支持ガイド部材を結合することで、超音波探触子が左右に移動するとともに、皮膚との接触に基づき上下移動を行い、角度を調節することができ、超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができる。圧縮ばねによって、超音波探触子が被検器官に密着して上下移動することを実現でき、かつガイドバー昇降駆動装置を追加で必要とすることがないため、構造が簡単で操作しやすい。
【００１７】
さらに、圧力センサ予圧構造によって、超音波探触子が正確な圧力で被検器官に密着して上下移動することを実現できる。
【００１８】
さらに、マニピュレータ６軸制御によって、超音波探触子の上下左右の移動及び角度調節を正確に制御することができる。
【００１９】
さらに、固定ネット膜によって、被検器官を固定して一定の形状を保持させるとともに、カプラントの流動を防止することができる。
【００２０】
さらに、三次元立体デジタル画像に対してリモート送信及び保存を行うことができ、遠隔医療診断とデータの長期保存を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、乳腺超音波検査における基本要件を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態における全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態における全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態における、フレキシブル無端ベルト構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態における全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態における、フレキシブル無端ベルト構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態における全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態における、フレキシブル無端ベルト構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態における全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の第６の実施形態における走査によって生成された一連の二次元画像である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施形態における縦方向走査の模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の第６の実施形態における横方向走査の模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の第６の実施形態における三次元に再構築された立体イメージである。
【図１４】図１４は、本発明の第６の実施形態における全自動乳腺超音波走査検出の作業フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明において、本出願に対する読者の理解を助けるため、多くの技術的詳細を提示する。ただし、たとえこれらの技術的詳細及び以下の各実施形態に基づく種々の変更及び修正がなくても、本出願の各請求項が保護を要求する技術方案を実現できることは、当業者であれば理解可能である。
【００２３】
本発明の目的、技術方案及び利点をさらに明らかにするため、以下、図面を用いて本発明の実施形態を更に詳細に説明する。
【００２４】
本発明の第１の実施形態は全自動超音波走査機器に関し、図２は当該全自動超音波走査機器の構造模式図であり、当該全自動超音波走査機器は、
超音波探触子と、
超音波探触子を駆動して動作させる駆動システムと、
超音波探触子が取り付けられるフレキシブル構造と、を有し、当該フレキシブル構造は走査の際、超音波探触子を常に皮膚表面の曲線に沿わせたまま、皮膚表面と垂直になるように保つ。
【００２５】
本実施形態において、全自動超音波走査機器のフレキシブル構造は自動適応効果を備え、人体の異なる曲線に基づき走査の軌道と探触子角度をリアルタイムで調整することができ、超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができ、走査画像の質を向上させ、よって早期スクリーニングの検出率と精度を高め、見落とし診断の確率を減少させることができる。
【００２６】
以下、第２の実施形態乃至第５の実施形態において、４種類の具体的な技術方案を提供し、走査の際、超音波探触子を常に皮膚表面の曲線に沿わせたまま、皮膚表面と垂直を保つような、上記のフレキシブル構造を実現する。
【００２７】
本発明の第２の実施形態は全自動超音波走査機器に関し、図３は当該全自動超音波走査機器の構造模式図である。具体的には、
フレキシブル構造はベルトプーリ１とテンションプーリ２に巻きつけられたフレキシブル無端ベルト３を有し、超音波探触子４はフレキシブル無端ベルト３に取り付けられている。ここで、
ベルトプーリ１と駆動システム５は接続されており、これに連動してフレキシブル無端ベルト３と超音波探触子４が動作し、
テンションプーリ２はフレキシブル無端ベルト３の伸縮と弾性の調節に用いられ、フレキシブル無端ベルト３と超音波探触子４を被検器官の形状に従って皮膚表面に密着させる。
【００２８】
駆動システム５は皮膚表面に密着するフレキシブル無端ベルト３と超音波探触子４を駆動し、走査の際、左右に移動させるとともに皮膚に沿って上下に移動させる。
【００２９】
無端ベルトはフレキシブルで伸縮と弾性を調節可能であるので、皮膚上に圧迫されて被検器官の形状に基づいて変形可能であり、これによって、超音波探触子が走査の際、皮膚と密着して接触したまま皮膚表面と垂直になることを保証する、ということが理解される。超音波探触子と皮膚が密着して接触したまま直接測定することによって、干渉画像による走査画像の質の低下を阻止できる。
【００３０】
また、被走査器官は乳腺、甲状腺、四肢及び胴体等の表在組織や器官であってもよいことが理解される。
【００３１】
好ましくは、被検器官を固定するための固定ネット膜６をさらに有する。固定ネット膜によって、被検器官を固定して一定の形状を保持させるとともに、カプラントの流動を防止することができる。
【００３２】
図４はフレキシブル無端ベルト構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図であり、超音波探触子が機械走査装置内に取り付けられ、駆動システムが超音波探触子を駆動して左右に移動させ、かつ乳房の形状に従って上下に移動させる。操作者は走査装置を乳房の上に置き、走査装置を起動させて超音波探触子を乳房上で左右に移動させ、乳房の超音波情報を取得し、コンピュータによって換算することで三次元の乳房超音波イメージを取得する。
【００３３】
また、本発明の他の実施形態においては、フレキシブル無端ベルトによってフレキシブル構造を実現する形態は、図３に示す形態に限定されるものではなく、当業者であれば各種の変更または修正を行うことで、フレキシブル無端ベルトによってフレキシブル構造を実現することができる。
【００３４】
例えば、図３に示すフレキシブル無端ベルトは先端と末端が接続されて循環往復をする構造であるが、別の好適な例においては、フレキシブル無端ベルトは先端と末端が互いに接続されていなくてもよく、駆動システムに連動する回転ローラまたはベルトプーリ上にフレキシブル無端ベルトを直接巻きつけてもよく、この場合も同様に上記の機能を実現することができる。
【００３５】
さらに例えば、図３に示すフレキシブル無端ベルトはテンションプーリによって伸縮と弾性が調節されるので、テンションプーリはフレキシブル無端ベルトの緩み側に位置するが、別の好適な例においては、当業者であればテンションプーリの位置について一切の同等の置換を行うことができ、テンションプーリの代わりに全く他の部材を用いて伸縮と弾性を調節する、もしくはフレキシブル無端ベルト自体の弾性によって調節を実現することもできる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態は全自動超音波走査機器に関し、図５は当該全自動超音波走査機器の構の模式図である。
【００３７】
第３の実施形態はフレキシブル構造を実現するための別の実施形態であり、第３の実施形態においては、駆動システムと第一昇降支持ガイド部材を結合することで、超音波探触子を左右に移動させるとともに、皮膚との接触に基づき上下移動を行い、角度を調節することができ、超音波探触子を皮膚表面にあてたまま皮膚表面と垂直を保った状態での走査を確実に行うことができる。また、第一昇降支持ガイド部材中の圧縮ばねによって、超音波探触子が被検器官に密着して上下移動することを実現でき、かつガイドバー昇降駆動装置を追加で必要とすることがないため、構造が簡単で操作しやすい。具体的には、
フレキシブル構造は第一昇降支持ガイド部材７を有し、第一昇降支持ガイド部材７の底端部には超音波探触子４が取り付けられ、第一昇降支持ガイド部材７は超音波探触子の昇降を調節するとともに、超音波探触子の角度をガイドするために用いられる。
【００３８】
駆動システム５は第一昇降支持ガイド部材７全体を駆動して左右に移動させることで、超音波探触子４を連動させ左右に移動させる。
【００３９】
第一昇降支持ガイド部材７はガイドバー８、ベアリング９、圧縮ばね１０及び探触子ガイドカバー１１を有する。ここで、
ガイドバー８はベアリング９の内輪を垂直に貫通し、かつガイドバー８の底端部には超音波探触子４が接続されている。
【００４０】
圧縮ばね１０の一端はベアリング９に固定され、他端はガイドバー８に固定されている。圧縮ばね１０はガイドバーの底端部の超音波探触子と皮膚との間の圧力変化に対応して収縮と伸長を行い、これに連動してガイドバーが上下に移動することで、超音波探触子が常に皮膚表面に密着した状態を保持する。
【００４１】
好ましくは、圧縮ばね１０の一端はベアリング９の内輪に固定され、他端はガイドバー８の下端に固定され、これによって圧縮ばねが収縮と伸長を実現するためにより有利になる。当然のことながら、本発明の他の実施形態においては、圧縮ばねを他の位置に設けてもよく、圧力変化に基づいて相応の収縮と伸長を行うことができればよく、これに限定されない。
【００４２】
探触子ガイドカバー１１は皮膚の起伏に基づいて動くことで、皮膚表面と相接する状態を維持し、これに連動して超音波探触子４が同調して回転することで、超音波探触子の角度を調節して皮膚表面と垂直になるように保つ。
【００４３】
上記の説明から、第一昇降支持ガイド部材７は、一方では超音波探触子の昇降（すなわち上下移動）を調節するために用いられ、また一方では超音波探触子の角度をガイドするために用いられる、ということが理解される。ここで、
ガイドバー８、ベアリング９及び圧縮ばね１０は超音波探触子の昇降を調節するために用いられ、
探触子ガイドカバー１１は超音波探触子の角度を調節するために用いられる。
【００４４】
理解を容易にするため、圧縮ばねの動作原理について別途説明する必要がある。主な動作原理は、
超音波探触子と皮膚との間の圧力が増大すると、ガイドバーが上に移動し、圧縮ばねが連動して上に収縮する。超音波探触子と皮膚との間の圧力が減少すると、圧縮ばねの弾力によって圧縮ばねが下に伸長し、ガイドバーが連動して下に移動する。
【００４５】
よって、圧縮ばねがガイドバー底端部の超音波探触子と皮膚との間の圧力変化に基づき、圧縮ばねの収縮と伸長を自動で適応して調整することによって、ガイドバーが連動して上下に移動し、超音波探触子が常に皮膚表面に密着する状態を保持できる。
【００４６】
図６は第一昇降支持ガイド部材構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図であり、超音波探触子は駆動システムによって駆動される機械走査装置内に取り付けられている。
【００４７】
第一昇降支持ガイド部材７と駆動システム５によって探触子の上下左右の移動が実現され、圧縮ばねによって探触子がほぼ一定の圧力で乳房に密着して上下に動くことが実現され、探触子と探触子カバーを取り外しやすい構造のため洗浄に便利である。操作者は走査装置を乳房の上に置き、走査装置を起動させて超音波探触子を乳房の上で往復移動させることで、乳房の超音波情報を取得し、コンピュータによって換算することで三次元の乳房超音波イメージを取得する。
【００４８】
本発明の第４の実施形態は全自動超音波走査機器に関し、図７は当該全自動超音波走査機器の構造模式図である。
【００４９】
第４の実施形態と第３の実施形態は基本的に同じであるが、以下の点が主に異なる。第３の実施形態において、第一昇降支持ガイド部材はガイドバー、ベアリング、圧縮ばね及び探触子ガイドカバーを有し、圧縮ばねはガイドバー底端部の超音波探触子と皮膚の間の圧力変化に対応して収縮と伸長を行い、ガイドバーが連動して上下に移動することで、超音波探触子を常に皮膚表面に密着させる状態を保持する。
【００５０】
しかしながら、第４の実施形態においては、圧力センサ予圧構造によって超音波探触子が正確な圧力で被検器官に密着し、上下に移動することを実現できる。具体的には、
図７に示すように、フレキシブル構造が第二昇降支持ガイド部材１２を有し、第二昇降支持ガイド部材１２の底端部には超音波探触子４が取り付けられ、第二昇降支持ガイド部材１２は超音波探触子の昇降を調節するとともに、超音波探触子の角度をガイドするために用いられる。
【００５１】
駆動システム５は第二昇降支持ガイド部材１２全体を駆動して左右に移動させることで、超音波探触子を連動させ左右に移動させる。
【００５２】
第二昇降支持ガイド部材１２はガイドバー８、ベアリング９、圧力センサ予圧構造１３及び探触子ガイドカバー１１を有する。ここで、
ガイドバー８はベアリング９の内輪を垂直に貫通し、かつガイドバー８底端部には超音波探触子４が接続されている。
【００５３】
圧力センサ予圧構造１３は圧力センサとガイドバー昇降駆動装置を有する。
【００５４】
圧力センサは超音波探触子が受ける皮膚の圧力を測定し、圧力信号を出力する。
【００５５】
ガイドバー昇降駆動装置は圧力信号に基づいてガイドバー８を駆動して上昇または下降させることで、超音波探触子が常に皮膚表面に密着する状態を保持する。
【００５６】
探触子ガイドカバー１１は皮膚の起伏に基づいて動くことで、皮膚表面との相接を維持し、これに連動して超音波探触子が同調して回転することで、超音波探触子の角度を調節して皮膚表面と垂直になるように保つ。
【００５７】
また、圧力センサ予圧構造が取得した圧力信号が圧力所定値より大きい場合、超音波探触子と皮膚との間が密着しすぎているため、ガイドバー昇降駆動装置によってガイドバーを駆動して収縮させ、よって超音波探触子が上に持ち上げられて、高度が高くなる。
一方、圧力センサ予圧構造が取得した圧力信号が圧力所定値より小さい場合、超音波探触子と皮膚との接触が緊密でないか、もしくは皮膚に接触していないため、ガイドバー昇降駆動装置によってガイドバーを駆動して伸ばし、よって超音波探触子が下に押されて、高度が低くなる、ということが理解される。
【００５８】
好ましくは、ガイドバーの外層に第一歯車が設けられ、ガイドバー昇降駆動装置が駆動コントローラ、回転駆動用モータ及び歯車駆動プレートを有し、歯車駆動プレートの周囲には第一歯車と噛み合う第二歯車が設けられ、駆動コントローラと圧力センサは接続され、圧力信号に基づいて回転駆動用モータを駆動することで、第二歯車が連動して正回転もしくは逆回転し、これに連動して第一歯車がガイドバーの上昇もしくは下降を実現することで、超音波探触子の高低を調節する。
【００５９】
また、本発明の他の実施形態においては、歯車駆動プレートは複数でもよく、いずれも回転駆動用モータと接続され、ガイドバー外層の第一歯車と一緒に連動してもよい、ということが理解される。
【００６０】
また、本発明の他の実施形態においては、ガイドバー昇降駆動装置は他の形態によって実現されてもよく、例えば、ガイドバーが回転駆動用モータと直接接続され、かつガイドバーが当該モータの駆動のもと、時計回りもしくは反時計回りに回転するとともに、ガイドバー外表面に雄ねじが設けられ、雄ねじとベアリング中の雌ねじが噛み合うことで、ガイドバーがモータの駆動のもとで時計回りもしくは反時計回りに回転する際、ガイドバーの昇降を実現することができる。
【００６１】
好ましくは、駆動システム５は駆動モータ、ベルトプーリとベルト及び水平リードバー１６を有する。
【００６２】
ベルトプーリは駆動モータによって駆動され、ベルトはベルトプーリに巻き付けられ、好ましくは、駆動モータはステッピングモータである。
【００６３】
第一昇降支持ガイド部材もしくは第二昇降支持ガイド部材にはガイドパイプが水平に設けられていることで、水平リードバー１６とスライドして噛み合う。
【００６４】
また、第一昇降支持ガイド部材もしくは第二昇降支持ガイド部材はベルトと接続され、ベルトが移動する際、昇降支持ガイド部材が連動して水平リードバーに沿って水平にスライドすることで、左右に移動する。
【００６５】
図８は第二昇降支持ガイド部材構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面の模式図であり、超音波探触子が駆動システムによって駆動される機械走査装置内に取り付けられている。
【００６６】
超音波探触子は駆動システムによって駆動される機械走査装置内に取り付けられている。第二昇降支持ガイド部材１２と駆動システム５によって探触子の上下左右の移動が実現され、すなわち超音波探触子の左右の移動、上下の移動が実現され、圧力センサ予圧構造によって、探触子が正確な圧力で乳房に密着して上下に動くことが実現され、容易に探触子と探触子カバーを取り外して洗浄できる。操作者は走査装置を乳房の上に置き、走査装置を起動させて超音波探触子を乳房の上で往復移動させることで、乳房の超音波情報を取得し、コンピュータによって換算することで三次元の乳房超音波イメージを取得する。
【００６７】
本発明の第５の実施形態は全自動超音波走査機器に関し、図９は当該全自動超音波走査機器の構造模式図である。第５の実施形態はフレキシブル構造を実現するための別の実施形態であり、具体的には、
被走査器官の三次元画像を撮影して送信するために用いられるレーザ三次元カメラをさらに有する。
【００６８】
フレキシブル機構は制御可能マニピュレータを有し、該制御可能マニピュレータの端部には超音波探触子が取り付けられている。
【００６９】
マニピュレータは被走査器官の三次元画像に基づき、超音波探触子の位置と角度を調節し、走査の際、超音波探触子が常に皮膚表面の曲線に沿ったまま皮膚表面と垂直になるように保つ。
【００７０】
好ましくは、マニピュレータは６軸制御マニピュレータであり、超音波探触子の上下左右の移動及び角度調節を正確に制御することができる。
【００７１】
図に示すように、当該制御可能マニピュレータ構成の全自動超音波走査機器を乳腺走査に応用した場面において、乳房はタイトなネット膜によって固定され、三次元画像形成システム（三次元カメラ）で撮影することで、乳房の三次元形状を取得する。超音波探触子は一つの６軸制御マニピュレータに取り付けられる。コンピュータによってマニピュレータを制御し、乳房の三次元形状に基づいて走査を行うことで、三次元の乳房超音波イメージを取得する。
【００７２】
上記第２乃至第５の実施形態では、第１の実施形態におけるフレキシブル構造を実現するための具体的な技術方案について詳細な説明を行ったが、以下では上記の各全自動超音波走査機器に基づく走査検出方法を詳細に説明する。
【００７３】
本発明の第６の実施形態は全自動超音波走査検出方法に関し、当該全自動超音波走査検出方法は、
第１の実施形態乃至第５の実施形態のいずれか一つの全自動超音波走査機器を用いて、皮膚表面の曲線に沿い、かつ皮膚表面と垂直を保ったまま走査を行うことで、被走査器官のＮ組の二次元画像を取得するステップＳ１（Ｎは２以上の整数）と、
取得したＮ組の二次元画像を再構築し、三次元立体デジタル画像を得るステップＳ２と、を有する。
【００７４】
全自動超音波走査機器を用いて走査を行う際、人体の異なる曲線に基づいて走査の軌道と角度をリアルタイムで調整することで、走査機器の探触子が常に皮膚表面に沿って皮膚表面と垂直を保つことができるので、様々な患者の生理的特徴に自動で適応することができるとともに、データ収集の標準化を実現し、誤診と見落とし診断を減少させることができる。
【００７５】
また、自動走査を行う際、超音波探触子の幅サイズは限られているため、検査はＮ組に分けて行わなければならず、一般的には、２から３組に分けて走査を行い、それぞれの組で走査して収集された画像は３００枚あまりにもなり、非常に容量の大きなデータが形成される、ということが理解される。図１０は走査によって生成された一連の二次元画像であり、その中で、三つの異なる走査領域に対して３組の二次元画像を生成した。
【００７６】
好ましくは、ステップＳ１において、走査の方向は図１１と図１２にそれぞれ示すように縦方向走査と横方向走査を含み、臨床診断の観点から、二種類の走査方式は同等であり、実際に操作する時のやりやすさによって、自由に選択できる。
【００７７】
好ましくは、ステップＳ１の前に、全自動超音波走査機器に対して設定を行うステップをさらに有し、設定には走査時の超音波探触子と皮膚の間の圧力閾値、走査方向、走査の二次元画像の組数Ｎが含まれる。
【００７８】
好ましくは、ステップＳ２において、再構築して得られた三次元立体デジタル画像が冠状面再構築画像と横断面画像を含み、図１３は三次元に再構築された立体イメージである。
【００７９】
好ましくは、ステップＳ２の後、三次元立体デジタル画像に対してリモート送信及び保存を行うステップをさらに有し、これによって遠隔医療診断とデータの長期保存を実現することができる。
【００８０】
好ましい例として、全自動乳腺超音波走査検出の作業フローは、図１４に示すとおりであり、従来の手持ち型超音波のデータ収集は標準化されていなかったため、医師が現場で詳しくチェックして診断を行うしかなく、検査と診断の分離を図ることができず、収集したデータを保存して事後に見返したり比較したりすることもできなかった。だが、図１４に示すコンピュータ制御の自動走査によってデータ収集を標準化し、以上のようなコンピュータ自動走査で収集した二次元画像を画像デジタルワークステーションで処理し、三次元立体デジタルイメージに再構築して医者に提供し、詳しいチェックと診断がなされることによって、遠隔医療診断とデータファイルの長期保存を実現することができる。
【００８１】
つまり、コンピュータ制御で自動走査を行う際、どのように人体の異なる曲線に基づいてリアルタイムに走査軌道と探触子角度を調整し、乳房と緊密に接触したまま皮膚表面と垂直な角度を保つか、ということが難点の一つであった。
【００８２】
この技術的難点に対して、本発明は一方ではフレキシブルな全自動走査機器を研究開発し、これは探触子がフレキシブルであるので、様々な女性（特にアジア人女性と中国人女性）の体型、乳房の大小及び乳腺の密度に自動で適応することができるとともに、走査の死角をなくすことで乳房全体の無死角走査を成功させ、これによって、画像の質を高め、画像の標準化を実現し、よって早期スクリーニングの検出率と精度を高める。
【００８３】
他方では、コンピュータ制御の全自動走査を実現することによって、乳腺の超音波画像データの収集（検査）と画像データの分析（診断）を分離し、検査時に専門医が操作する必要がなくなり、専門医の貴重な時間を節約し、よって検査コストを落として経験のある専門医に対する需要を減少させる。また、走査の際、乳房全体を確実にカバーすることができ、見落とし診断の確率を減少させる。また、画像データ収集の自動化と標準化を実現したことで、一つには、操作者の経験や体の状態に関係なく、見落とし診断や誤診を減らし、二つには、収集した画像データは長期保存とリモート送信が可能であるので、遠隔診断及び事後の振り返りと分析・比較を実現することができる。
【００８４】
なお、本発明の上記の内容を閲読後、当業者であれば本発明に対して各種の変更または修正を行うことができ、これらの同等の形態は同様に本願の特許請求の範囲によって限定される範囲に属する、ということを理解されたい。
【００８５】
なお、本願請求項及び明細書において、第一及び第二等の関係性を表す用語は一つの実体または操作ともう一つの実体または操作を区別するためにだけ用いるものであり、これらの実体または操作間に何らかの実際の関係もしくは順序があることを要求したり暗示するとは限らない。そして、「有する」、「含む」もしくはその如何なるその他の変形用語は、非排他的な包含を含むことを意味し、よって一連の要素を有する工程、方法、物品もしくは設備がそれらの要素を含むだけではなく、明確に列挙されていないその他の要素もしくはこれらの工程、方法、物品もしくは設備の固有の要素も含む。さらなる限定がない場合、「一つを有する」という語句によって限定される要素は、前記要素を有する工程、方法、物品もしくは設備においてさらに別の同じ要素が存在することを排除するものではない。
【００８６】
本発明のいくつかの好適な実施形態を参照しながら本発明の図示及び説明を行ったが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱しない限りにおいて、形態及び細部について各種の変更が可能であることは、当業者であれば明白である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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