(57)【要約】本発明は、超音波撮像システム（１００）のための、プローブ・ハウジング（４０）と、超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサ（２６）と、信号取得中に、２次元凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジング（４０）に対して前記単一エレメント超音波トランスデューサ（２６）を移動させるための、前記プローブ・ハウジング（４０）内に配置されたトランスデューサ移動ユニット（４８）と、を備える超音波プローブ（１０）に関する。
2016503706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像システムのための超音波プローブであって、
−プローブ・ハウジングと、
−超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサと、
−信号取得中に、２次元凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを移動させるための、前記プローブ・ハウジング内に配置されたトランスデューサ移動ユニットと、
を備えた、超音波プローブ。
【請求項２】
前記トランスデューサ移動ユニットは、前記２次元凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを機械的に誘導するための凸形状誘導レールを有する、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記単一エレメント超音波トランスデューサ及び／又は前記プローブ・ハウジングの動き及び／又は位置を検知するための変位センサ
をさらに備えた、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための少なくとも１つの圧力センサ
をさらに備えた、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項５】
前記プローブ・ハウジングは、検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面を有し、前記３次元凸曲面接触面は、前記３次元凸曲面接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線に対して対称である、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項６】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための２つの圧力センサ
をさらに備え、
前記２つの圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、互いから離間している、請求項５記載の超音波プローブ。
【請求項７】
前記２つの圧力センサは、前記３次元凸曲面接触面上又は前記３次元凸曲面接触面内の、前記３次元凸曲面接触面の２つの反対する側に配置され、前記２つの圧力センサの間の距離は、前記３次元凸曲面接触面の幅に実質的に等しい、請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項８】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための、前記３次元凸曲面接触面上又は前記３次元凸曲面接触面内に配置される３つの圧力センサ
をさらに備え、
第１の圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、
第２の圧力センサ及び第３の圧力センサは、前記第１の圧力センサから離間しており、前記仮想頂点線から等しく離間している、請求項５記載の超音波プローブ。
【請求項９】
１以上の前記圧力センサを用いて測定された１以上の前記圧力に関するフィードバックをユーザに提供するための、可視、可聴、及び／又は触覚フィードバック・ユニット
をさらに備えた、請求項４、６、又は８記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
前記プローブ・ハウジングが、前記３次元凸曲面接触面の全体にわたって検査物体に接触しているかどうかを検知するための、前記３次元凸曲面接触面の２つの反対する横側に配置された２つの容量式センサ
をさらに備え、
前記２つの容量式センサの間の距離は、前記３次元凸曲面接触面の長さに実質的に等しい、請求項５記載の超音波プローブ。
【請求項１１】
−請求項１乃至１０いずれか一項記載の超音波プローブと、
−前記の受信された超音波信号から超音波画像を再構成するための画像再構成ユニットと、
を備えた、超音波撮像システム。
【請求項１２】
−前記の再構成された超音波画像内の基準ポイントを識別するための識別ユニットと、
−検査物体に対する前記超音波プローブの移動中に、前記単一エレメント超音波トランスデューサを前記基準ポイントにフォーカスさせるためのフォーカシング・ユニットと、
をさらに備えた、請求項１１記載の超音波撮像システム。
【請求項１３】
−被験者の腹部超音波スキャンの超音波画像をセグメント化し、腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するためのセグメンテーション・ユニットと、
−前記の導出されたＩＡＤに基づいて、内臓体脂肪の量を計算するための計算ユニットと、
をさらに備えた、請求項１１記載の超音波撮像システム。
【請求項１４】
腹部超音波スキャンから被験者の内臓体脂肪の量を判定する方法であって、
−信号取得中に超音波プローブのプローブ・ハウジング内を凸曲線経路に沿って自動的に移動される単一エレメント超音波トランスデューサから超音波信号を受信するステップと、
−前記の受信した超音波信号から超音波画像を再構成するステップと、
−前記被験者の前記腹部超音波スキャンの前記超音波画像をセグメント化するステップと、
−腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するステップと、
−前記の導出したＩＡＤに基づいて、前記内臓体脂肪の量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で実行されたときに、請求項１４記載の方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波撮像システムのための超音波プローブに関する。本発明は、さらに、そのような超音波プローブを備える超音波撮像システムに関する。本発明は、さらに、被験者（患者）の内臓体脂肪の量を判定する方法と、当該方法を実装するための対応するコンピュータ・プログラムと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
パフォーマンス・スポーツ、パーソナル・フィットネス、及びヘルス・ケア機器の分野において、異なる組織タイプの体のプロポーショナル構成（proportional  composition）を把握することが望ましい。この目的のために、いくつかの主要な組織を互いと区別することが必要である。健康の観点から検出すべき最も重要な組織は、脂肪量及び除脂肪量、除脂肪量及び筋肉量、並びに、皮下脂肪組織（ＳＡＴ）と内臓脂肪組織（ＶＡＴ）とのさらなる区別である。
【０００３】
脂肪貯蔵は、大まかに、人体の２つの異なる部分で生じ得る。すなわち、皮下（皮膚の下）と内臓／腹部内（内臓器官を取り囲む）とである。ＶＡＴは、ＳＡＴよりも解放することが難しく、より危険であると考えられる。高内臓脂肪を有する人は、心臓疾患、発作、糖尿病、及び高血圧症によりかかりやすいということが、研究により示されている。運動不足の人、喫煙者、及び飲酒者は、非喫煙者及び非飲酒者である活動的な人よりもＶＡＴを多く有することが示されている。ストレスもまた、体内のＶＡＴの貯蔵におけるファクタであり得る。
【０００４】
医療専門家は、高いＶＡＴ量と関連する上述した疾患にますます取り組まなければならない。フィジカル・フィットネス（physical  fitness）の患者のレベルを迅速且つ確実に評価するための方法を有することは、専門家が、フィジカル・フィットネスが患者の健康にどの程度影響を及ぼし得るかを評価することを助けることができる。さらに、フィットネス・レベルを伴う医療的に指示された運動介入（exercise  intervention）及び病気モニタリングを用いて、患者の健康を改善させることができ、また、処置の有効性を文書化することができる。しかしながら、ＶＡＴの直接的定量化は難しい。
【０００５】
ＶＡＴを定量化するための今日の知られた方法のほとんどは、直接的且つ正確な定量化方法ではなく、推定に依拠する。人のＶＡＴを得るための簡単な方法は、胴囲を測定することである。しかしながら、このパラメータはいくつかの限界を有する。というのは、これは、ＶＡＴより有害ではない皮下脂肪（ＳＡＴ）とともに人の筋肉層も含むからである。
【０００６】
人の体脂肪パーセンテージを測定する別の方法は、平均組織密度（average  tissue  density）を調べるために人の体重及び体積を測定することによるものである。骨量とともに筋肉及び脂肪の密度を知っていると仮定すると、体脂肪測定を計算することができる。この方法は、複数の測定に対してかなり一貫性のあるものである。残念なことに、この手順は、被験者を水槽に沈めることを含み、これにより、この方法は、場所をとり、時間を消費するものとなる。それとは別に、この方法はまた、ＳＡＴとＶＡＴとを正確に区別することを可能にしない。
【０００７】
したがって、人のＶＡＴの直接的定量化が求められている。何人かの科学者は、いわゆる腹部内径（ＩＡＤ：intra-abdominal  diameter）を有効な手段として使用して、人のＶＡＴを推定することを提案した。ＩＡＤは、脊柱のＬ３−Ｌ４レベルにおける臍の上方３ｃｍの白線（Linea  Alba）と、大動脈（Aorta）の後部側と、の間の距離を表す。Bellesari  et  al.:  "Sonographic  measurement  of  adipose  tissue",  Journal  of  Diagnostic  Medical  Sonography,  January  1993,  Vol.  9,  No.  1,  11-18において、ＩＡＤの可能性が確認されたが、超音波プローブにより加えられた圧力における差におそらくは起因してＩＡＤはそれほど信頼できるものではないという事実がまた裏付けられた。さらに、Bellesariらは、大動脈の拍動効果に加えて、呼吸性の動き及び腸の動きに起因する再現性問題を報告した。さらに、Bellesariらは、ＩＡＤの認識を妨げる影（暗領域）又は反射（通常は、離間した薄い明るい線）に関わる問題を有するいくつかのスキャンを報告した。これらの問題は、通常は、より多くの超音波ゲルを塗ることにより是正された。これらの問題を克服するコンセプトは、人のＶＡＴについての情報へのより良くより直接的なアクセスに対する望ましいステップであろう。Tornaghi  et  al.:  “Anthropometric  or  ultrasonic  measurements  in  assessment  of  visceral  fat?  A  comparative  study”,  International  Journal  of  Obesity,  1994  (18),  771-775において、内臓脂肪組織の量を評価する際の人体測定（anthropometric  measurement）の正確性と超音波測定の正確性とが比較された。
【０００８】
人のＶＡＴを簡単な方法で定量化することを可能にするコンシューマ製品が特に望ましいであろう。最先端の医用超音波撮像技術は、コンシューマ製品にとっては高価過ぎるので、低コストの解決策が求められている。そのことは別にして、専門領域向けに設計されている医用超音波撮像システムは、日々の使用において個人コンシューマが取り扱うには難し過ぎる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、個人コンシューマに特に適しており、扱いやすく、最先端の製品と比較して低コストである超音波撮像システムのための超音波プローブを提供することである。好ましくは、そのようなデバイスは、自宅環境において簡単且つ便利に操作されるよう構成されるべきである。これは、直接的且つコンシューマが容易に人のＶＡＴの定量化を処理することを可能にする。さらに、本発明の目的は、対応する超音波撮像システムとともに、腹部超音波スキャンから被験者の内臓体脂肪の量を判定するための対応する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様において、超音波撮像システムのための超音波プローブが提示される。当該超音波プローブは、
−プローブ・ハウジングと、
−超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサと、
−信号取得中に、２次元凸曲線経路（two-dimensional  convex  curved  pathway）に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを移動させるための、前記プローブ・ハウジング内に配置されたトランスデューサ移動ユニットと、
を備える。
【００１１】
本発明のさらなる態様において、上述した超音波プローブと、前記の受信された超音波信号から超音波画像を再構成するための画像再構成ユニットと、を備える超音波撮像システムが提供される。
【００１２】
本発明のさらなる態様において、腹部超音波スキャンから被験者の内臓体脂肪の量を判定する方法が提供される。当該方法は、
−信号取得中に超音波プローブのプローブ・ハウジング内を凸曲線経路に沿って自動的に移動される単一エレメント超音波トランスデューサから超音波信号を受信するステップと、
−前記の受信した超音波信号から超音波画像を再構成するステップと、
−前記被験者の前記腹部超音波スキャンの前記超音波画像をセグメント化するステップと、
−腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するステップと、
−前記の導出したＩＡＤに基づいて、前記内臓体脂肪の量を計算するステップと、
を含む。
【００１３】
本発明のさらなる態様において、コンピュータ上で実行されたときに、そのような方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラムが提示される。
【００１４】
上述したように、腹部内径（ＩＡＤ）に基づいて、人のＶＡＴの量を計算／推定することが可能である。これは、超音波画像内での白線及び大動脈の識別を必要とする。１次元超音波信号（Ａ−モード）から白線又は大動脈を検出することは難しいので、２次元超音波画像が必要とされる。２次元超音波画像は、通常、複数エレメント超音波トランスデューサ・アレイにより直接的に取得される。しかしながら、そのような複数エレメント超音波トランスデューサ・アレイを備えた超音波プローブは、非常にコストがかかる。
【００１５】
本発明は、単一エレメント超音波トランスデューサを提供するというアイディアに基づく。この単一エレメント超音波トランスデューサは、信号取得中に、２次元凸曲線経路に沿って、プローブ・ハウジングに対して自動的に移動される。これは、プローブ・ハウジング内に配置されるトランスデューサ移動ユニットにより達成される。凸曲線経路に沿った単一エレメント超音波トランスデューサの移動中、複数の超音波Ａ−ライン信号が収集される。これらの１次元超音波信号が、次いで、２次元又は３次元超音波画像に再構成される。移動される単一エレメント超音波トランスデューサは、したがって、複数エレメント超音波アレイ・プローブと同様のエリアをカバーする。すなわち、移動される単一エレメント超音波トランスデューサは、凸アレイ・トランスデューサの形状と同じように見える。
【００１６】
提示される超音波プローブの主な利点のうちの１つは、たった１つの超音波エレメントしか必要とされないということである。このような超音波プローブは、もちろん、複数エレメント・アレイよりも安価である。しかしながら、このような超音波プローブは、凸（複数エレメント）トランスデューサ・アレイを用いて生成される画像と同等の２次元超音波画像を生成することを可能にする。信号取得中、単一エレメント・トランスデューサは、説明する孤形状（凸）経路に沿って、横方向に移動する。ここで、この孤は、好ましくは、０°〜９０°の間の開口角、最も好ましくは、４５°〜７５°の間の開口角を有する。したがって、利用し得る範囲は、極めて大きいものであり得る、すなわち、検査物体に対して超音波プローブを移動させることのないスキャニング・シーケンスのスキャン範囲（前方及び後方に移動するトランスデューサ・エレメント）は、極めて大きい。超音波プローブの取り扱いは、比較的簡単であり、これは、個人使用（あまり経験のない個人ユーザ）にとって利用しやすくする。単一エレメント超音波トランスデューサは、（例えば、電気モータを用いて）プローブ・ハウジングに対して自動的に移動され、「通常の」２Ｄ超音波画像を提供するので、ユーザは、提示される超音波プローブと「通常の」複数エレメント超音波アレイ・プローブとの間の差異を認識すらしないかもしれない。
【００１７】
当該超音波プローブはまた、好ましくは、前記プローブ・ハウジングに対する前記単一エレメント超音波トランスデューサの動き及び／又は位置を検知するための動きセンサを備える。この位置追跡は、上述した弧に沿ったトランスデューサ・エレメントの移動中に撮影される複数の１Ｄスキャンから２Ｄ  Ｂ−モード画像を再構成できるようにするために特に重要である。好ましくは、トランスデューサ・エレメントが移動中であることを動きセンサが検出したときのみ、送信パルスが送信される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において定められる。特許請求される超音波撮像システム及び特許請求される方法は、特許請求される超音波プローブと同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を有し、従属請求項において定められることを理解すべきである。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記トランスデューサ移動ユニットは、前記凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを機械的に誘導するための凸形状レールを有する。この誘導レールは、プローブ・ハウジング内に配置され固定されているフレームの一部であり得る。好ましくは、少なくとも２つのそのような誘導レールが使用され、それぞれが、単一エレメント超音波トランスデューサの各サイドに設けられる。単一エレメント超音波トランスデューサは、好ましくは、誘導レール内にスライド可能に取り付けられる。単一エレメント・トランスデューサを誘導レール内で移動させるための、例えば、電気モータ、磁気駆動トレイン（magnetic  drive  train）等といった様々な種類の駆動機構が一般に考えられる。
【００２０】
さらなる好ましい実施形態において、当該超音波プローブは、前記単一エレメント超音波トランスデューサ及び／又は前記プローブ・ハウジングの動き及び／又は位置を検知するための変位センサをさらに備える。この変位センサは、好ましくは、光学センサとして実現される。光学センサは、プローブの動きを光学的に検出するために、例えば、超音波プローブに取り付けられ得る。これは、超音波プローブの動き情報又は位置情報を取得する単純でコスト効果が高く正確な方法を提供する。プローブ・ハウジングに対する単一エレメント超音波トランスデューサの動き及び／又は位置を検知するための上述した動きセンサと結合される場合、これは、時間上の各ポイントにおける単一エレメント超音波トランスデューサの絶対的位置を非常に正確に決定することを可能にする。
【００２１】
さらなる実施形態において、当該超音波プローブは、検査物体の表面に対して当該超音波プローブが押される圧力を検知するための少なくとも１つの圧力センサを備える。この圧力センサは、例えば、信号取得中に検査物体が接触されるプローブ・ハウジングの接触面上又は接触面内に配置され得る。このような圧力センサは、加えられる異なる圧力から生じる超音波画像における差異が考慮され得るという利点を特に有する。圧力センサはまた、圧力センサを用いて測定された圧力に関するフィードバックをユーザに提供するための、可視、可聴、及び／又は触覚フィードバック・ユニットに結合され得る。この場合、ユーザは、加えられた圧力が高過ぎるか、あるいは低過ぎるかのインジケーションを受け取ることができる。可聴警告信号は、例えば、ユーザが、脂肪測定に悪影響を及ぼし得る高過ぎる圧力で検査物体に対して超音波プローブ（すなわち、プローブ・ハウジング）を押した場合に生成され得る。代替的に、加えられた圧力が高過ぎる場合に赤色光に変わる緑色光が、プローブ・ハウジング上に提供されてもよい。このような実施形態は、経験の少ないユーザを支援するのに特に効果的である。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態において、前記プローブ・ハウジングは、検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面（three-dimensional  convex  curved  contact  surface）を有し、前記接触面は、前記接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線（imaginary  vertex  line）に対して対称である。この接触面は、もちろん、実際上２つの半分の領域に分割されないが、連続的接触面を形成する。説明される仮想頂点線は、本明細書において、例示の目的のために含まれるものである。頂点線は、孤形状（凸曲面）接触面上の中央に配置される。
【００２３】
好ましい実施形態に従うと、当該超音波プローブは、検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための２つの圧力センサを備え、前記２つの圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、互いから離間している。
【００２４】
すでに上述したように、プローブ・ハウジングと検査物体との間のインタフェースに加えられる圧力は、再現可能な結果を達成するために検知／制御される必要がある重要なファクタである。互いから離間しており、凸曲面接触面の仮想頂点線上に配置される２つの圧力／力センサを有することは、重要な利点を有する。というのは、これにより、超音波プローブ（プローブ・ハウジング）が、頭／後ろ（cranial/caudal）（上／下）に垂直に配置されているかどうかを測定することが可能となるからである。プローブ・ハウジングが、検査物体の表面に対して垂直に配置されている場合、２つの圧力センサにより測定される圧力は、等しくあるべきである。このデバイスを正確に扱うユーザをサポートするために、上述したフィードバック・ユニットは、両方のセンサの圧力が同じである（すなわち、プローブ・ハウジングのプローブ・ヘッドが、正しく（垂直に）配置されている）か否かについて、可視、可聴、及び／又は触覚フィードバックをユーザに提供することができる。
【００２５】
上述した２つの圧力センサ間の距離が長いほど、測定はよりロバストになる。すなわち、２つの圧力センサ間の距離が非常に長い場合、超音波プローブが、検査物体の表面に対して垂直に配置されているかどうかを正確に検出することができる。本発明の一実施形態に従うと、したがって、両圧力センサは、接触面上又は接触面内の、接触面の２つの反対する側に（且つ、上述した仮想頂点線上に）配置され、２つの圧力センサ間の距離は、接触面の幅に実質的に等しいことが好ましい。
【００２６】
代替実施形態において、提示される超音波プローブは、検査物体の表面に対して当該超音波プローブが押される圧力を検知するための、前記接触面上又は前記接触面内に配置される３つの圧力センサを備え、第１の圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、第２の圧力センサ及び第３の圧力センサは、前記第１の圧力センサから離間しており、前記頂点線から等しく離間している。
【００２７】
上述した第１の代替実施形態とは対照的に、２つの圧力センサの代わりに、３つの圧力センサが提供される。３つの圧力センサのうちの１つは、やはり頂点線上、すなわち、超音波プローブ・ハウジングの接触面の中央に配置されるのに対し、他の２つのセンサは、頂点線から左及び右に等しく離間している。この実施形態は、トランスデューサ・ハウジングが頭／後ろ方向に検査物体の表面に対して垂直に配置されているかどうかを検知することを可能にするだけでなく、横（左／右）方向に垂直に配置されているかどうかを検知することも可能にするという利点を有する。トランスデューサが、頭／後ろ方向に垂直であるかどうかをチェックするために、（仮想頂点線上に配置されている）第１の圧力センサの圧力は、第２の圧力センサと第３の圧力センサとの和と等しくなければならない。プローブ・ハウジングが、横方向に垂直に配置されているかどうかをチェックするために、第２のセンサの圧力は、第３のセンサの圧力と等しくなければならない。
【００２８】
第２のセンサと第３のセンサとの間の距離は、数ミリメートルの範囲、好ましくは、２−１０ｍｍの範囲であり得る。上述したフィードバック・ユニットはまた、この実施形態において、検査物体に対してプローブ・ハウジングを正確に配置させる（両方向に垂直である）ようユーザをサポートするフィードバックを生成することができる。
【００２９】
さらなる実施形態において、当該超音波プローブは、前記プローブ・ハウジングが、前記接触面の全体にわたって検査物体に接触しているかどうかを検知するための、前記接触面の２つの反対する横側に配置された２つの容量式センサ（capacitive  sensor）をさらに備え、前記２つの容量式センサの間の距離は、前記接触面の長さに実質的に等しい。２つの容量式センサは、好ましくは、上述した圧力センサが配置される接触面の上側及び下側ではなく、接触面の横側に配置される。２つの容量式センサを接続する仮想線は、例えば、仮想頂点線に垂直であり得る。すなわち、接触面は、上から見たとき、好ましくは、矩形形状を有し、２つの容量式センサは、この矩形の２つの短辺上に配置され、２つ又は３つの圧力センサは、この矩形の２つの長辺上に配置される。
【００３０】
すでに上述したように、本発明は、超音波プローブ自体だけでなく、そのような超音波プローブと、受信された超音波信号から２Ｄ又は３Ｄ超音波画像を再構成するための画像再構成ユニットと、を備える超音波撮像システムにも関する。
【００３１】
好ましい実施形態において、当該超音波撮像システムは、
−前記の再構成された超音波画像内の基準ポイント（reference  point）を識別するための識別ユニットと、
−検査物体に対する前記超音波プローブの移動中に、前記単一エレメント超音波トランスデューサを前記基準ポイントにフォーカスさせるためのフォーカシング・ユニット（focusing  unit）と、
をさらに備える。
【００３２】
この超音波撮像システムの主な目的は、内臓脂肪組織（ＶＡＴ）を測定することである。超音波撮像システムは、実際、好ましくは、次のように適用される。ユーザは、超音波プローブを、臍の直上の脊柱のＬ３−Ｌ４レベルに配置させる。好ましくは、予め定められた圧力が、超音波プローブを用いて、患者の腹部（belly）に加えられる。ここで、この予め定められた圧力は、上述した１以上の圧力センサにより測定される。次のステップにおいて、単一トランスデューサ・エレメントは、脊柱のＬ３−Ｌ４レベルにおける上腹部／臍帯領域を撮像するために、凸曲線経路に沿って、横方向に移動し始める（スイープし始める）。第１の信号取得中、超音波プローブは、保持されたままであり（移動されず）、単一エレメント・トランスデューサだけが、プローブ・ハウジングに対して移動される。画像再構成ユニットは、受信された超音波信号から２次元超音波画像を再構成する。凸曲線経路のために、この画像は、複数エレメント孤形状トランスデューサ・ヘッドを用いて撮影される超音波画像と同様、円錐形状を有する。
【００３３】
識別ユニットは、次いで、画像解析アルゴリズムを適用することにより、再構成された超音波画像内の基準ポイントを識別する。好ましい基準ポイントは大動脈である。大動脈は、再構成された超音波画像内で識別しやすい。というのは、大動脈は、通常、画像内の最大の拍動物を表すからである。画像解析アルゴリズムは、したがって、比較的容易に大動脈を識別することができる。大動脈が識別されるとすぐに、ユーザは、さらなる画像シーケンスを受け取るために、超音波プローブが、現在、水平面内を腹部にわたって移動され得るというフィードバックを受け取ることができる。超音波プローブのこの手による移動中、フォーカシング・ユニットは、基準ポイントとしての大動脈に、自動的にフォーカスし続ける。上述した変位センサは、この時間中、単一エレメント超音波トランスデューサ及び／又はプローブ・ハウジングの動き及び／又は位置を検知する。画像は、プローブの移動中、リアルタイムに撮影されてもよいし、ユーザが患者に対して腹部の異なるポイント上に超音波プローブを配置させる代表ポイント上で撮影されてもよい。このように、上腹部／臍帯領域の全体を撮像するために、いくつかの画像シーケンスが撮影され得る。画像再構成ユニットは、最終的に完全な上腹部領域の超音波画像を可視化するために、複数のスキャンを互いに結合することにより、全領域の完全な身体スキャンを再構成することができる。
【００３４】
さらなる好ましい実施形態に従うと、当該超音波撮像システムは、被験者の腹部超音波スキャンの超音波画像をセグメント化し、腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するためのセグメンテーション・ユニットと、前記の導出されたＩＡＤに基づいて、内臓体脂肪の量を計算するための計算ユニットと、をさらに備えることができる。
【００３５】
画像解析ユニットは、白線及び大動脈の位置を導出するために採用される画像解析アルゴリズムを適用することができる。第１のステップにおいて、これは、通常、関心領域（ＲＯＩ）の選択を含む。白線検出のためのＲＯＩ及び大動脈検出のためのＲＯＩが、オリジナルの入力超音波画像内でまず選択され得る。これらのＲＯＩは、解剖学的構造及び超音波撮像の事前知識に基づいて選択され得る。例えば、白線は、超音波画像の上部に存在し、大動脈は、画像の中央部における最大の拍動物により表される。
【００３６】
得られた超音波画像のコントラストを増大させるために、次のステップにおいて、画像処理技術が選択されたＲＯＩに適用される。例えば、ヒストグラム平坦化を採用して、最も頻繁なピクセル明度値（pixel  intensity  value）を展開する（spread  out）ことにより、コントラスを高めることができる。そのような画像処理技術は、例えば、S.  H.  Contreras  Ortiz,  et.  al.:  “Ultrasound  image  enhancement:  A  review”,  Biomedical  Signal  Processing  and  Control,  7(5):  419-428,  2012において知られている。
【００３７】
次いで、物体位置識別技術を採用して、処理されたＲＯＩ内の白線及び大動脈の位置を識別する。コンピュータ・ビジョン及び画像解析領域における物体位置識別のための様々な方法が存在する。一実施形態において、機械学習ベースの方法が使用され得る。多くのポジティブ・サンプル（positive  sample）（例えば、白線の画像パッチ）及びネガティブ・サンプル（negative  sample）（例えば、白線に対応しない画像パッチ）が与えられると、機械学習技術を使用して、白線又は大動脈のための検出器をトレーニングする。このような機械学習技術は、例えば、P.  Viola  and  M.  Jones:  “Rapid  Object  Detection  using  a  Boosted  Cascade  of  Simple  Features”,  CVPR  conference  2011において説明されている。白線（又は、大動脈）がＲＯＩ内に存在するかどうかをチェックし、存在する場合はその位置を見つけるために、トレーニングされた検出器を用いて、所与のＲＯＩが、複数のスケール及び複数の位置でスキャンされる。
【００３８】
別の実施形態において、変形テンプレート・モデル（deformable  template  model）が考慮され得る（例えば、A.  K.  Jain,  et  al.:  “Object  Matching  Using  Deformable  Templates”,  IEEE  Trans.  Pattern  Analysis  and  Machine  Intelligence,  18(3):  267-278,  1996を参照されたい）。プロトタイプ・テンプレートが、事前知識に基づいて、白線又は大動脈のために定められている。ＲＯＩが与えられると、白線（又は、大動脈）がマッチングされ得るかどうかを確認するために、そのテンプレートが、複数の位置に（複数のスケールで）適用される。テンプレート・マッチングに基づいて、白線又は大動脈の位置が識別され得る。
【００３９】
複数の超音波画像（又は、ビデオ）が取得される場合、複数のフレームからの情報を結合して、正確性及びロバスト性を向上させることができる。一実施形態において、複数の画像における検出結果を結合して（例えば、平均化して）、白線又は大動脈の最終位置を導出する。これは決定レベルの融合（decision-level  fusion）である。別の実施形態において、特徴レベルの融合（feature-level  fusion）が使用されてもよい、すなわち、複数の画像の画像コンテンツ（又は、特徴）が、物体位置識別において考慮される。
【００４０】
白線及び大動脈が、超音波画像内で最終的に検出されると、ＩＡＤ（白線と大動脈の後壁との間の直線距離）が導出され得る。次いで、計算ユニットは、導出されたＩＡＤに基づいて、内臓体脂肪の量を計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明のこれらの態様及び他の態様が、以下で説明する１以上の実施形態から明らかになり、以下で説明する１以上の実施形態を参照することで明瞭になるであろう。
【図１】本発明の一実施形態に従った超音波撮像システムの概略図。
【図２】本発明の一実施形態に従った超音波撮像システムの概略ブロック図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に従った超音波プローブの斜視図。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に従った超音波プローブの上面図。
【図４Ａ】正面から見た超音波プローブの実施形態を示す図。
【図４Ｂ】正面から見た超音波プローブの実施形態を示す図。
【図４Ｃ】正面から見た超音波プローブの実施形態を示す図。
【図５】腹部内径（ＩＡＤ）を示すための人の腹部領域の概略表現。
【図６Ａ】本発明に従った超音波プローブを用いたスキャニング手順を概略的に示す図。
【図６Ｂ】本発明に従った超音波プローブを用いたスキャニング手順を概略的に示す図。
【図６Ｃ】本発明に従った超音波プローブを用いたスキャニング手順を概略的に示す図。
【図７】本発明のさらなる実施形態に従った超音波撮像システムのいくつかのさらなるコンポーネントを示すさらなるブロック図。
【図８】本発明の一実施形態に従った方法の概略フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、本発明の一実施形態に従った超音波撮像システム１００の概略図を示している。超音波撮像システム１００は、解剖学的部位、特に、被験者１２（例えば、患者１２）の解剖学的部位のボリューム（volume）を調べるために利用される。超音波撮像システム１００は、超音波信号を送受信するための超音波プローブ１０を備える。超音波プローブ１０の詳細については、図３及び図４を参照して以下でさらに詳細に説明する。超音波プローブ１０は、本システムのユーザ、例えば、医療スタッフ又は医師により、ハンドヘルドであり得る。提示された超音波撮像システム１００は、個人もシステム１００を利用できるように、使用しやすく設計されている。
【００４３】
超音波撮像システム１００は、超音波撮像システム１００を介した超音波画像の提供を制御する制御ユニット１６をさらに備える。以下でさらに詳細に説明するように、制御ユニット１６は、超音波プローブ１０の超音波トランスデューサを介したデータの取得だけでなく、超音波プローブ１０内に一体化されている超音波トランスデューサにより受信された超音波ビームのエコーから生じる超音波画像を形成する信号処理及び画像処理も制御する。
【００４４】
超音波撮像システム１００は、受信された超音波画像をユーザに表示するためのディスプレイ１８をさらに備える。さらに、入力デバイス２０が提供され得、入力デバイス２０は、例えば、キー又はキーボード２２と、例えばトラックボール２４といったさらなる入力デバイスと、を備える。入力デバイス２０は、ディスプレイ１８に接続されてもよいし、あるいは制御ユニット１６に直接接続されてもよい。
【００４５】
図１は概略図に過ぎないことに留意すべきである。実際の機器は、本発明の範囲から離れることがなければ、図１に示す具体的な設計から逸脱してもよい。超音波プローブ１０及び制御ユニット１６はまた、ディスプレイ／スクリーン１８があろうとなかろうと、後処理及び計算目的のためのコンピュータにデータを伝送する無線接続又はＵＳＢ接続を用いる一部品（one  piece）として構成されてもよい。
【００４６】
図２は、本発明の一実施形態に従った超音波撮像システム１００の概略ブロック図を示している。このブロック図は、このような超音波システムの一般的なコンセプト及び設計を示すために使用されることに留意すべきである。実際、本発明に従った超音波撮像システム１００は、このブロック図の設計から多少逸脱してもよい。
【００４７】
すでに上述したように、超音波撮像システム１００は、超音波プローブ（ＰＲ）１０、制御ユニット（ＣＵ）１６、ディスプレイ（ＤＩ）１８、及び入力デバイス（ＩＤ）２０を備える。超音波プローブ１０は、さらに、超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサ（ＴＲ）２６を備える。
【００４８】
一般に、制御ユニット（ＣＵ）１６は、アナログ電子回路及び／又はデジタル電子回路を含み得る中央処理装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又は、画像取得及び画像提供全体を調整する同様のものを含み得る。さらに、制御ユニット１６は、本明細書では画像取得コントローラ（ＣＯＮ）２８と呼ばれるものを備えることができる。しかしながら、画像取得コントローラ２８は、超音波撮像システム１００内の別個のエンティティ又はユニットである必要はないことを理解すべきである。画像取得コントローラ２８は、制御ユニット１６の一部とすることができ、一般に、ハードウェア実装又はソフトウェア実装され得る。この区別は、例示の目的のためだけになされている。制御ユニット１６の一部としての画像取得コントローラ２８は、ビーム・フォーマ（ＢＦ）３０を制御し、これにより、検査領域１４のどの画像が撮影され、そのような画像がどのように撮影されるかを制御する。ビーム・フォーマ（ＢＦ）３０は、トランスデューサ・エレメント２６を駆動する電圧を発生させ、送信ビーム及び１以上の受信ビームをスキャン、フォーカス、及びアポダイズすることができる部分繰り返し周波数（parts  repetition  frequency）を決定し、さらに、トランスデューサ・エレメント２６により返されたエコー電圧ストリームを増幅、フィルタリング、及びデジタル化することができる。さらに、画像取得コントローラ２８は、全般的なスキャニング方策を決定することができる。そのような全般的な方策は、所望のボリューム取得レート（volume  acquisition  rate）、ボリュームの横範囲（lateral  extent）、ボリュームの高さ範囲（elevation  extent）、最大線密度及び最小線密度、スキャニング・ライン時間（scanning  line  times）、並びに線密度自体を含み得る。ビーム・フォーマ３０は、さらに、トランスデューサ・エレメント２６から超音波信号を受信し、超音波信号を画像信号として転送する。
【００４９】
さらに、超音波システム１００は、その画像信号を受信する信号プロセッサ（ＳＰ）３４を備える。信号プロセッサ３４は、概して、アナログ・デジタル変換、例えば帯域パス・フィルタリングといったデジタル・フィルタリングに加えて、受信された超音波エコー又は画像信号の、例えばダイナミック・レンジ低減といった検出及び圧縮のために設けられる。信号プロセッサ３４は、画像データを転送する。
【００５０】
さらに、超音波撮像システム１００は、信号プロセッサ３４から受信した画像データを、最終的にディスプレイ１８上に表示されるディスプレイ・データに変換する画像プロセッサ（ＩＰ）３６を備える。詳細には、画像プロセッサ３６は、画像データを受信し、画像データを前処理して、画像メモリ（明示せず）に記憶することができる。そのような画像データが、最も使い勝手の良い画像をディスプレイ１８を介してユーザに提供するために、次いで、さらに後処理される。
【００５１】
この場合、詳細には、画像プロセッサ３６は、プローブ・ハウジング内を移動中の単一エレメント超音波トランスデューサにより取得された複数の１次元Ａ−スキャンから、２次元画像（Ｂ−モード）を形成することができる。画像プロセッサ（ＩＰ）３６はまた、本明細書において、画像再構成ユニット３６として表される。
【００５２】
ユーザ・インタフェースは、概して、参照符号３８により示され、ディスプレイ１８及び入力デバイス２０を備える。ユーザ・インタフェースはまた、例えば、マウス又は超音波プローブ１０自体に設けられることさえあるさらなるボタンといったさらなる入力デバイスを備えてもよい。
【００５３】
図３は、超音波プローブ１０の好ましい実施形態を示している。超音波プローブ１０は、単一エレメント超音波トランスデューサ２６が内部に配置されるプローブ・ハウジング４０を備える。プローブ・ハウジング４０は、通常、取っ手４２及びプローブ・ヘッド４４を備える。プローブ・ハウジング４０のプローブ・ヘッド４４は、凸アレイ・トランスデューサ・ハウジングと同様の形状を有する。プローブ・ハウジング４０は、その前端部において、検査物体（患者１２）の表面に接触するための接触面４６を備える。接触面４６は、好ましくは孤形状を有する３次元面である。したがって、外側からは、プローブ・ハウジング４０は、最先端からのものとして知られている通常の凸形状複数エレメント・アレイ・トランスデューサと区別することはできない。しかしながら、差異は、プローブ・ハウジング４０の内部にある。
【００５４】
複数エレメント超音波トランスデューサ・アレイを有する代わりに、本発明に従った超音波プローブ１０は、好ましくは、たった１つの単一エレメント超音波トランスデューサ２６を備える。トランスデューサ移動ユニット（ＭＵ）４８（図２参照）が、プローブ・ハウジング４０内に配置される。このトランスデューサ移動ユニット（４８）は、図３Ｂの矢印５０により概略的に示されるように、信号取得中に、２次元凸曲線経路に沿って、プローブ・ハウジング４０に対して単一エレメント超音波トランスデューサ２６を移動させるよう構成される。
【００５５】
信号取得中、単一エレメント・トランスデューサ２６は、好ましくは、プローブ・ハウジング４０内を、非常に高速に自動的に移動される。（破線５２により概略的に示される）誘導レールを使用して、単一エレメント超音波トランスデューサ２６を凸曲線経路に沿って機械的に誘導することができる。これにより、単一エレメント・トランスデューサ２６は、（移動中、）「通常の」複数エレメント・アレイ・プローブと同様の表面をカバーすることが可能となる。
【００５６】
したがって、移動中、単一エレメント超音波トランスデューサ２６は、複数の１次元スキャン・ライン（Ａ−モード）を取得することができ、次いで、取得された複数の１次元スキャン・ライン（Ａ−モード）から、画像再構成ユニット３６において、円錐形状の２次元超音波画像を算出することができる。動きセンサ５４が、プローブ・ハウジング４０に対する単一エレメント超音波トランスデューサ２６の動き及び／又は位置を検知するために設けられ得る。このように、各スキャン・ラインの位置情報が知られるように、単一エレメント超音波トランスデューサ２６の動きが正確に追跡される。動きセンサ５４は、好ましくは、トランスデューサ・エレメント２６上又はレール５２上に配置される。
【００５７】
単一エレメント・トランスデューサ２６は、例えば、３．５ＭＨｚ周辺の駆動周波数で使用され得る。
【００５８】
提示された超音波プローブ１０は、好ましくは、被験者の内臓脂肪組織（ＶＡＴ）の検出、及びＶＡＴの量の計算／推定のために使用される。したがって、臍の上方２〜３ｃｍで、すなわち、患者１２（被験者）の腹部で、スキャニングが、好ましくは、実行されることになる。この測定エリアにおいて、相対的に弱い組織（骨がない）が通常存在するので、超音波プローブ１０と圧力が加えられる表面との間の圧力は、再現可能な結果を達成するために制御されるべき重要なファクタである。そうしないと、超音波プローブ１０が被験者に当てられる強過ぎる圧力が、腹部内の組織を過度に圧迫することがあり、したがって、脂肪測定を誤らせてしまうことがある。
【００５９】
超音波プローブ１０は、したがって、プローブ・ヘッド４４上の凸曲面接触面４６上又は周辺に配置される少なくとも１つの圧力センサ５６を備える。適切な（正しい）圧力が加えられているかどうかのフィードバックをユーザに与えるために、緑色点滅光５８及び赤色点滅光５８’が、さらに提供され得る。点滅光の代わりに、フィードバックはまた、可聴形態及び／又は触覚形態で生成されてもよいことに留意すべきである。点滅光５８及び点滅光５８’は、したがって、一般にフィードバック・ユニットとして表され、また、小型のラウドスピーカ又は振動センサにより実現されてもよい。
【００６０】
図４は、超音波プローブ１０の３つの異なる実施形態を示している。これら３つの異なる実施形態の特徴はまた、本発明の範囲から離れることなく、組み合わされてもよいことに留意すべきである。全ての実施形態において、凸曲面接触面４６は、接触面４６を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線６０に対して対称である。
【００６１】
図４Ａに示す第１の実施形態において、超音波プローブ１０は、第１の圧力センサ５６及び第２の圧力センサ６２の２つの圧力センサを備える。圧力センサ５６及び圧力センサ６２の両方とも、好ましくは、仮想頂点線６０上の接触面４６上又は接触面４６に隣接部分に配置される。第１の圧力センサ５６は、好ましくは、接触面４６の上側に配置され、第２の圧力センサ６２は、好ましくは、接触面４６の下側に配置される。これら２つの圧力センサ５６、６２の組合せにより、加えられる圧力が望ましい圧力範囲内にあるかどうかをチェックすることが可能となるだけでなく、プローブ・ヘッド４４が頭／後ろ方向に垂直に配置されているかどうかを測定することも可能となる。これは、第１の圧力センサ５６及び第２の圧力センサ６２を用いて測定された圧力を単純に比較することにより確認することができる。両方の圧力が等しい場合、プローブ・ヘッド４４は、正確に垂直に配置されている。これら２つの圧力センサ５６、６２の間の距離が長いほど、測定は、より感度が高くより正確になる。
【００６２】
プローブ・ハウジング４０は、接触面４６の各横側に配置される２つの容量式センサ６４、６４’をさらに備えることができる。接触面４６の全範囲にわたって、超音波信号を正しく送受信するために、接触面４６は、検査物体の表面に完全に接触すべきである。接触面４６の横側に配置された２つの容量式センサ６４、６４’により、プローブ・ヘッド４４の横側が検査物体に接触しているかどうか、すなわち、プローブ・ヘッド４４が接触面４６全体にわたって被験者１２の体に接触しているかどうかもチェックすることが可能となる。これらの容量式センサ６４、６４’はまた、接触面４６のコーナーに配置されてもよいことに留意すべきである。接触面４６の異なる位置で２つの容量式センサ６４、６４’を超えるセンサを利用することも可能である。接触面４６はまた、接触面４６全体をカバーする容量式センサのアレイを備えてもよい。
【００６３】
図４Ａに示した第１の実施形態とは対照的に、図４Ｂに示す第２の実施形態は、２つの圧力センサの代わりに、３つの圧力センサを備える。第１の圧力センサ５６は、同じ位置（接触面４６の上側）に保たれる。第２の圧力センサ６２及び第３の圧力センサ６６は、接触面４６の下側に配置される。第１の圧力センサは、頂点線６０上の接触面４６の中央部に配置されるのに対し、第２の圧力センサ６２及び第３の圧力センサ６６は、頂点線６０から等しく離間している。３つの圧力センサ５６、６２、６６の提供により、プローブ・ヘッド４４が空間方向の双方に垂直に配置されているかどうかをチェックすることが可能となる。プローブ・ヘッド４４が、頭／後ろ方向に垂直に配置されている場合、第１の圧力センサ５６の圧力は、第２の圧力センサ６２及び第３の圧力センサ６６を用いて測定された圧力の和に等しい。プローブ・ヘッド４４が、横方向に垂直である場合、第２の圧力センサ６２を用いて検知された圧力は、第３の圧力センサ６６を用いて検知された圧力に等しい。ユーザが扱うのを容易にするために、上述したフィードバック・ユニット５８を再度使用して、プローブ・ヘッド４４が正しく配置されているかどうかのフィードバックをユーザに与えることができる。
【００６４】
図４Ｃに示す第３の実施形態は、再度、３つの圧力センサ５６、６２、６６と、容量式センサ６４、６４’と、を備える。これは、プローブ・ハウジング４０が、検査物体１２に対して移動されたか否かを検知する変位センサ６８をさらに備える。この変位センサ６８は、好ましくは、光学センサとして実現される。変位センサ６８は、好ましくは、仮想頂点線６０上に配置される。しかしながら、変位センサ６８はまた、プローブ・ヘッド４４の別の位置に配置されてもよい。
【００６５】
すでに上述したように、超音波撮像システム１００の最重要な使用は、ＶＡＴを定量化／推定することである。しかしながら、提示された超音波撮像システムは、この使用に制限されるものではなく、他の目的のために使用されてもよいことに留意すべきである。
【００６６】
ＶＡＴの推定／定量化は、主に、腹部内径（ＩＡＤ）に基づく。図５は、人の腹部領域の概略的な断面を示している。最上層は、皮膚７０を表す。さらに下にあるのが皮下脂肪組織（ＳＡＴ）７２、白線７６を含む腹直筋７４である。人のＶＡＴは、内臓器官を取り囲み、本明細書では概略的に参照符号７８により示される。参照符号８０及び参照符号８２は、大動脈及び椎体を表す。上述したＩＡＤは、図５において、参照符号８４により示され、白線７６と大動脈８０の後壁との間の距離を表す。
【００６７】
提示されたデバイスの取り扱い及びＶＡＴの測定について、図６〜図８を参照して以下で説明する。
【００６８】
図６は、好ましい使用及びスキャニング手順を概略的に示している。最初のステップにおいて、超音波プローブ１０が、臍の直上の脊柱のＬ３−Ｌ４レベルに配置される。上述した圧力センサ５６、６２、６６は、「正しい」圧力を加えること、及びプローブ・ヘッド４４を「正しい方向」、すなわち、できるだけ垂直に配置することを助けることができる。次いで、例えば、ボタンを押すことにより、信号取得を開始することができる。これにより、図３を参照して上述したように、単一トランスデューサ・エレメント２６を２次元凸曲線アレイに沿って移動させることになる。凸経路に沿った単一トランスデューサ・エレメント２６の移動中、脊柱のＬ３−Ｌ４レベルにおける上腹部／臍帯領域が撮像される（図６Ａ参照）。次の段階において、（以下で詳細に説明する）画像解析を用いて、結果として生じた超音波画像内で大動脈８０が識別される。超音波画像内で大動脈８０が識別されるとすぐに、単一エレメント超音波トランスデューサ２６は、大動脈８０にフォーカスされる（図６Ｂ）。ユーザは、ここで、腹部にわたって、水平面内で超音波プローブ１０をスライドさせることができる（図６Ｃ参照）。この移動の間にいくつかのスキャンが撮影されるが、大動脈８０が、依然としてフォーカスされたままであり、基準ポイントとして撮影される。このように、脊柱のＬ３−Ｌ４における完全な上腹部／臍帯領域が撮像され、この完全な領域の２次元画像が再構成され得る。次いで、さらなら画像解析により、白線７６及び大動脈８０の後壁の位置を導出することが可能となり、ＩＡＤ８４が決定され、ＶＡＴの量が計算／算出され得る。
【００６９】
上腹部領域全体をスキャンする代わりに、超音波プローブ１０は、例えば、図６Ａに示される位置といった単一の位置に留まってもよく、その場合、白線７６及び大動脈８０を含む上腹部領域の一部のみが撮像される。いくつかの画像シーケンス（ビデオ）が、時間の経過とともに、超音波プローブ１０のこの位置で撮影される場合、ＩＡＤは、その画像シーケンスから導出されてもよい。これは、例えば、何回かの呼吸サイクル及び大動脈拍動の間のＩＡＤの距離を平均化することにより行われ得る。上述した変位センサ６８が、それにより、最終的な変位誤差を考慮するのを助け得る。
【００７０】
図７は、本発明の一実施形態の概略ブロック図を示している。このブロック図は、図２に示したブロック図の右側部分を示していることに留意すべきである。図２に示したブロック図とは対照的に、追加の画像解析ユニット８４が設けられている。この画像解析ユニット８４は、ハードウェアベースであってもソフトウェアベースであってもよい。画像解析ユニット８４はまた、図２を参照して上述した他のコンポーネントのうちの１つに含まれてもよい。画像解析ユニット８４は、好ましくは、画像プロセッサ３６において後処理された後の超音波画像を受信する。画像解析ユニット８４は、好ましくは、識別ユニット（ＩＤＵ）８６、フォーカシング・ユニット（ＦＵ）８８、セグメンテーション・ユニット（ＳＵ）９０、及び計算ユニット（ＣＡＬ）９２を備える。
【００７１】
識別ユニット８６は、再構成された１以上の超音波画像内の基準ポイント、特に大動脈８０を識別するよう構成される。フォーカシング・ユニット８８は、検査物体１２に対する超音波プローブ１０の移動中に、単一エレメント超音波トランスデューサ２６をこの基準ポイントにフォーカスさせるよう構成される。セグメンテーション・ユニット９０は、再構成された超音波画像をセグメント化し、腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、超音波画像内の白線７６及び大動脈８０の位置を識別するよう構成される。計算ユニット９２は、導出されたＩＡＤに基づいて、ＶＡＴの量を計算するよう構成される。計算されたＶＡＴの量は、最終的に、ディスプレイ１８上に表示され得る。
【００７２】
図８は、方法の概略ブロック図を再度示している。最初のステップ（Ｓ１０）において、信号取得中に超音波プローブ１０のプローブ・ハウジング４０内を凸曲線経路に沿って自動的に移動される上述した単一エレメント超音波トランスデューサ２６から、超音波信号が受信される。次のステップＳ１２において、超音波トランスデューサ２６から受信された超音波信号から、超音波画像が再構成される。ステップＳ１４において、被験者１２の腹部超音波スキャンの再構成された超音波画像がセグメント化される。画像解析ユニットは、白線及び大動脈の位置を導出する（ステップＳ１６）ために採用されている画像解析アルゴリズムを適用することができる。第１のステップにおいて、これは、通常、関心領域（ＲＯＩ）の選択を含む。白線検出のためのＲＯＩ及び大動脈検出のためのＲＯＩが、オリジナルの入力超音波画像内でまず選択され得る。これらのＲＯＩは、解剖学的構造及び超音波撮像の事前知識に基づいて選択され得る。例えば、白線７６は、超音波画像の上部に存在し、大動脈８０は、画像の中央部における最大の拍動物により表される。
【００７３】
得られた超音波画像のコントラストを増大させるために、次のステップにおいて、画像処理技術が、選択されたＲＯＩに適用される。例えば、ヒストグラム平坦化を採用して、最も頻繁なピクセル明度値を展開することにより、コントラスを高めることができる。そのような画像処理技術は、例えば、S.  H.  Contreras  Ortiz,  et.  al.:  “Ultrasound  image  enhancement:  A  review”,  Biomedical  Signal  Processing  and  Control,  7(5):  419-428,  2012において知られている。
【００７４】
次いで、物体位置識別技術を採用して、処理されたＲＯＩ内の白線及び大動脈の位置を識別する（ステップＳ１６）。コンピュータ・ビジョン及び画像解析領域における物体位置識別のための様々な方法が存在する。一実施形態において、機械学習ベースの方法が使用され得る。多くのポジティブ・サンプル（例えば、白線の画像パッチ）及びネガティブ・サンプル（例えば、白線に対応しない画像パッチ）が与えられると、機械学習技術を使用して、白線又は大動脈のための検出器をトレーニングする。このような機械学習技術は、例えば、P.  Viola  and  M.  Jones:  “Rapid  Object  Detection  using  a  Boosted  Cascade  of  Simple  Features”,  CVPR  conference  2011において説明されている。白線（又は、大動脈）がＲＯＩ内に存在するかどうかをチェックし、存在する場合はその位置を見つけるために、トレーニングされた検出器を用いて、所与のＲＯＩが、複数のスケール及び複数の位置でスキャンされる。
【００７５】
別の実施形態において、変形テンプレート・モデルが考慮され得る（例えば、A.  K.  Jain,  et  al.:  “Object  Matching  Using  Deformable  Templates”,  IEEE  Trans.  Pattern  Analysis  and  Machine  Intelligence,  18(3):  267-278,  1996を参照されたい）。プロトタイプ・テンプレートが、事前知識に基づいて、白線又は大動脈のために定められている。ＲＯＩが与えられると、白線（又は、大動脈）がマッチングされ得るかどうかを確認するために、そのテンプレートが、複数の位置に（複数のスケールで）適用される。テンプレート・マッチングに基づいて、白線又は大動脈の位置が識別され得る。
【００７６】
複数の超音波画像（又は、ビデオ）が取得される場合、複数のフレームからの情報を結合して、正確性及びロバスト性を向上させることができる。一実施形態において、複数の画像における検出結果を結合して（例えば、平均化して）、白線又は大動脈の最終位置を導出する。これは決定レベルの融合である。別の実施形態において、特徴レベルの融合が使用されてもよい、すなわち、複数の画像の画像コンテンツ（又は、特徴）が、物体位置識別において考慮される。
【００７７】
白線７６及び大動脈８０が、超音波画像内で最終的に検出されると、ＩＡＤ８４が導出され得る（ステップＳ１６）。次いで、最後のステップＳ１８において、内臓体脂肪の量が、導出されたＩＡＤに基づいて計算され得る。いくつかの計算方法が使用され得る。
【００７８】
Armellini,  F  et  al:  “Measured  and  predicted  total  and  visceral  adipose  tissue  in  women.  Correlations  with  metabolic  parameters”,  International  Journal  of  Obesity  (1994)  18,  641-647において、ＩＡＤの使用がＶＡＴを予測するための最良の方法であるが、提供された単一被験者予測のための式は十分な正確性を与えるものではないとの結論が下された。この理由のため、Armellini,  Fらは、胴囲も考慮に入れた以下の式を与えている：
ＶＡＴ＝−１１７＋１．７３ＵＳ＋１．４３ｗａｉｓｔ＋１．５１ａｇｅ；
ここで、ＵＳは、腹筋と大動脈との間の距離の超音波測定値である。
【００７９】
この計算の主な問題点は、圧力、呼吸、及び大動脈拍動の標準化の欠如である（全てのファクタは、本発明に従うと、ハードウェア又はソフトウェア・アルゴリズム・ソリューションのいずれかを用いて標準化される）。したがって、本発明に従った好ましい計算は以下のとおりである：
ＶＡＴ＝＼ａｌｐｈａ＋＼ｂｅｔａ＊ＩＡＤ
ここで、ａｌｐｈａは、性別、年齢等を含むいくつかのファクタを含み、ｂｅｔａは、実験から見出されたスケーリング・ファクタである。この線形式の代わりに、複雑な式が使用されてもよい。
【００８０】
図面及び上記記載において、本発明を詳細に図示及び説明したが、このような図及び記載は、限定的なものではなく、例示的なものと考えられるべきである。本発明は、開示した実施形態に限定されるものではない。開示した実施形態に対する他の変形が、図面、本開示、及び請求項を検討することから、特許請求される発明を実施する際に、当業者により理解され、もたらされ得る。
【００８１】
請求項において、用語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットが、請求項中に記載されたいくつかのアイテムの機能を満たしてもよい。所定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
【００８２】
コンピュータ・プログラムは、他のハードウェアとともに提供される、あるいは他のハードウェアの一部として提供される光記憶媒体又はソリッドステート媒体等の適切な媒体上に記憶／配布され得るが、コンピュータ・プログラムはまた、インターネット又は他の有線通信システム若しくは無線通信システムを介して等、他の形態で配布されてもよい。
【００８３】
請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2016503706.tif 000003
【図２】
2016503706.tif 000004
【図３Ａ】
2016503706.tif 000005
【図３Ｂ】
2016503706.tif 000006
【図４Ａ】
2016503706.tif 000007
【図４Ｂ】
2016503706.tif 000008
【図４Ｃ】
2016503706.tif 000009
【図５】
2016503706.tif 000010
【図６Ａ】
2016503706.tif 000011
【図６Ｂ】
2016503706.tif 000012
【図６Ｃ】
2016503706.tif 000013
【図７】
2016503706.tif 000014
【図８】
2016503706.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月23日(2015.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波撮像システムのための超音波プローブであって、
−検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面を有するプローブ・ハウジングであって、前記３次元凸曲面接触面は、前記３次元凸曲面接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線に対して対称である、プローブ・ハウジングと、
−超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサと、
−信号取得中に、２次元凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを移動させるための、前記プローブ・ハウジング内に配置されたトランスデューサ移動ユニットと、
を備えた、超音波プローブ。
【請求項２】
前記トランスデューサ移動ユニットは、前記２次元凸曲線経路に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを機械的に誘導するための凸形状誘導レールを有する、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】
前記単一エレメント超音波トランスデューサ及び／又は前記プローブ・ハウジングの動き及び／又は位置を検知するための変位センサ
をさらに備えた、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための少なくとも１つの圧力センサ
をさらに備えた、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項５】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための２つの圧力センサ
をさらに備え、
前記２つの圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、互いから離間している、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項６】
前記２つの圧力センサは、前記３次元凸曲面接触面上又は前記３次元凸曲面接触面内の、前記３次元凸曲面接触面の２つの反対する側に配置され、前記２つの圧力センサの間の距離は、前記３次元凸曲面接触面の幅に実質的に等しい、請求項５記載の超音波プローブ。
【請求項７】
検査物体の表面に対して前記プローブ・ハウジングが押される圧力を検知するための、前記３次元凸曲面接触面上又は前記３次元凸曲面接触面内に配置される３つの圧力センサ
をさらに備え、
第１の圧力センサは、前記仮想頂点線上に配置され、
第２の圧力センサ及び第３の圧力センサは、前記第１の圧力センサから離間しており、前記仮想頂点線から等しく離間している、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項８】
１以上の前記圧力センサを用いて測定された１以上の前記圧力に関するフィードバックをユーザに提供するための、可視、可聴、及び／又は触覚フィードバック・ユニット
をさらに備えた、請求項４、５、又は７記載の超音波プローブ。
【請求項９】
前記プローブ・ハウジングが、前記３次元凸曲面接触面の全体にわたって検査物体に接触しているかどうかを検知するための、前記３次元凸曲面接触面の２つの反対する横側に配置された２つの容量式センサ
をさらに備え、
前記２つの容量式センサの間の距離は、前記３次元凸曲面接触面の長さに実質的に等しい、請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項１０】
−請求項１乃至９いずれか一項記載の超音波プローブと、
−前記の受信された超音波信号から超音波画像を再構成するための画像再構成ユニットと、
を備えた、超音波撮像システム。
【請求項１１】
−前記の再構成された超音波画像内の基準ポイントを識別するための識別ユニットと、
−検査物体に対する前記超音波プローブの移動中に、前記単一エレメント超音波トランスデューサを前記基準ポイントにフォーカスさせるためのフォーカシング・ユニットと、
をさらに備えた、請求項１０記載の超音波撮像システム。
【請求項１２】
−被験者の腹部超音波スキャンの超音波画像をセグメント化し、腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するためのセグメンテーション・ユニットと、
−前記の導出されたＩＡＤに基づいて、内臓体脂肪の量を計算するための計算ユニットと、
をさらに備えた、請求項１０記載の超音波撮像システム。
【請求項１３】
腹部超音波スキャンから被験者の内臓体脂肪の量を判定する方法であって、
−信号取得中に超音波プローブのプローブ・ハウジング内を凸曲線経路に沿って自動的に移動される単一エレメント超音波トランスデューサから超音波信号を受信するステップであって、前記プローブ・ハウジングは、検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面を有し、前記３次元凸曲面接触面は、前記３次元凸曲面接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線に対して対称である、ステップと、
−前記の受信した超音波信号から超音波画像を再構成するステップと、
−前記被験者の前記腹部超音波スキャンの前記超音波画像をセグメント化するステップと、
−腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するステップと、
−前記の導出したＩＡＤに基づいて、前記内臓体脂肪の量を計算するステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
コンピュータ上で実行されたときに、請求項１３記載の方法のステップを前記コンピュータに実行させるプログラム・コード手段を含むコンピュータ・プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
人のＶＡＴを簡単な方法で定量化することを可能にするコンシューマ製品が特に望ましいであろう。最先端の医用超音波撮像技術は、コンシューマ製品にとっては高価過ぎるので、低コストの解決策が求められている。そのことは別にして、専門領域向けに設計されている医用超音波撮像システムは、日々の使用において個人コンシューマが取り扱うには難し過ぎる。
ＵＳ２０１１／０２０１９３７Ａ１は、小型の超音波プローブが人体に密接にフィットするように、湾曲の適切な半径を得ることができ、且つ人の表面組織に適合可能な超音波プローブを提供することができる技術を開示している。
ＵＳ２００８／０９７２１４Ａ１は、長軸を規定するハウジングであって、ハウジング内に配置された、リニア・モータ・アセンブリ、スイベル・ベース、及び拡張アームを有するハウジングを備える超音波プローブ・アセンブリを開示している。撮像トランスデューサは、拡張アームの自由端に取り付けられ、リニア・モータ・アセンブリへのスイベル・ベースの機械的相互接続の結果、弓状経路に沿って移動されるよう特に適合される。拡張アームが取り付けられるスイベル・ベースは、長軸に対して横方向に向けられたピボット軸の周りを旋回可能であるよう構成され、リニア・モータ・アセンブリの前後方向の交互の動きが、スイベル・ベースの旋回の動きと、弓状経路に沿ったトランスデューサの振動する並進と、に変換され、トランスデューサ軸は、凸形状外側面を有する解剖学的構造に対して、概して垂直に向けられている。
ＵＳ２０１０／１２５２０７Ａ１は、湾曲面を調べることができる超音波プローブを開示している。この超音波プローブは、ハウジング、トランスデューサ、誘導部、及び駆動部を含む。トランスデューサは、ハウジング内に設けられる。トランスデューサは、調べられる部分の湾曲面に沿って移動可能である。誘導部は、調べられる部分の湾曲面に沿ってトランスデューサを誘導するよう構成される。駆動部は、調べられる部分の湾曲面に沿ってトランスデューサを移動させるよう構成される。
ＵＳ２０１１／１１２４０５Ａ１は、皮膚美容トリートメント及び撮像システムに関する。
ＵＳ２００９／０３０３２６Ａ１は、膀胱超音波診断装置及びその使用方法を開示している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第１の態様において、超音波撮像システムのための超音波プローブが提示される。当該超音波プローブは、
−検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面を有するプローブ・ハウジングであって、前記３次元凸曲面接触面は、前記３次元凸曲面接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線に対して対称である、プローブ・ハウジングと、
−超音波信号を送受信するための単一エレメント超音波トランスデューサと、
−信号取得中に、２次元凸曲線経路（two-dimensional  convex  curved  pathway）に沿って、前記プローブ・ハウジングに対して前記単一エレメント超音波トランスデューサを移動させるための、前記プローブ・ハウジング内に配置されたトランスデューサ移動ユニットと、
を備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明のさらなる態様において、腹部超音波スキャンから被験者の内臓体脂肪の量を判定する方法が提供される。当該方法は、
−信号取得中に超音波プローブのプローブ・ハウジング内を凸曲線経路に沿って自動的に移動される単一エレメント超音波トランスデューサから超音波信号を受信するステップであって、前記プローブ・ハウジングは、検査物体の表面に接触するための３次元凸曲面接触面を有し、前記３次元凸曲面接触面は、前記３次元凸曲面接触面を２つの同一の半分の領域に分割する仮想頂点線に対して対称である、ステップと、
−前記の受信した超音波信号から超音波画像を再構成するステップと、
−前記被験者の前記腹部超音波スキャンの前記超音波画像をセグメント化するステップと、
−腹部内径（ＩＡＤ）を導出するために、前記超音波画像内の白線及び大動脈の位置を識別するステップと、
−前記の導出したＩＡＤに基づいて、前記内臓体脂肪の量を計算するステップと、
を含む。
【国際調査報告】
2016503706.tif 000016
2016503706.tif 000017
2016503706.tif 000018
2016503706.tif 000019