(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法であって、
ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）を用いて検査対象部位（６００）を走査し、一連の超音波画像を取得するステップＳ１と、
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）によって、各超音波画像に対応する３次元空間の位置及び角度の情報を取得するステップＳ２と、
前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度の情報を３次元画像として再現し、表示するステップＳ３、を含み、
イメージング方法の前記ステップＳ２は、
３次元空間位置決めシステム（２００）を用いて位置決め基準装置（５００）を走査し、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）に空間位置決め基準を提供するステップＳ２．１を含み、
位置決め基準装置（５００）は検査対象部位（６００）に設置され、
前記イメージング方法の前記ステップＳ１は、更に、
位置決め基準装置（５００）が検査対象部位（６００）に設置されているときに、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）を用いて検査対象部位（６００）を走査することで第１超音波画像を取得するステップＳ１．１と、
位置決め基準装置（５００）を除去し、再びハンドヘルド型超音波プローブ（１００）を用いて検査対象部位（６００）を走査することで第２超音波画像を取得するステップＳ１．２、を含み、
イメージング方法の前記ステップＳ３は、更に、
表示・制御・処理端末（３００）が、前記第１超音波画像を基準とし、前記第２超音波画像に対する位置決め基準装置（５００）の位置を特定することで、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度の情報を３次元画像として再現し、表示するステップＳ３．６を含むことを特徴とするハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法。
【請求項２】
ステップＳ３では、
Ｓ３：無線又は有線のデータ伝送装置を通じて、前記超音波画像と、前記３次元空間の位置及び角度の情報をクラウドデータベース（４００）に伝送して画像の再現、分析、演算、比較を行わせ、前記クラウドデータベース（４００）が、画像を再現、分析、演算、比較した結果を表示・制御・処理端末（３００）に戻して表示させることを特徴とする請求項１に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法。
【請求項３】
ステップＳ３では、
Ｓ３：表示・制御・処理端末（３００）によって、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度の情報を３次元画像として再現し、表示することを特徴とする請求項１に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法。
【請求項４】
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）は、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）に取り付けられる加速度計又は角速度計であり、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の移動距離及び回転角度を取得するために用いられることを特徴とする請求項１に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法。
【請求項５】
位置決め基準装置（５００）は検査対象部位（６００）に設置され、
イメージング方法の前記ステップＳ３は、更に、
表示・制御・処理端末（３００）が、前記超音波画像から位置決め基準装置（５００）の情報を位置決め情報として抽出するステップＳ３．１と、
表示・制御・処理端末（３００）が、前記超音波画像を位置決め基準装置（５００）による干渉のない状態に回復させてから、前記超音波画像を３次元画像として再現し表示するステップＳ３．２、を含むことを特徴とする請求項１に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法を実施するためのハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムであって、
超音波画像を走査して取得するためのハンドヘルド型超音波プローブ（１００）と、有線又は無線接続方式でハンドヘルド型超音波プローブ（１００）に接続される表示・制御・処理端末（３００）を含み、更に、
ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）に接続され、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の移動に伴って移動するシステムであって、有線又は無線接続方式で表示・制御・処理端末（３００）に接続されて、前記ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の３次元位置及び角度情報を単独で位置決めするためのハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）、及び、検査対象部位（６００）に設置される位置決め基準装置（５００）を含むことを特徴とするハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【請求項７】
更に、前記ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の外部に位置し、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）に位置決め基準を提供するための位置決め基準装置（５００）を含むことを特徴とする請求項６に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【請求項８】
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）は、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）に内蔵されることを特徴とする請求項６に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【請求項９】
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）は、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）に取り付けられる加速度計又は角速度計であり、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の移動距離及び回転角度を取得するために用いられることを特徴とする請求項６に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【請求項１０】
位置決め基準装置（５００）は検査対象部位（６００）に設置される位置決め画像（５０１）であり、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム（２００）は、位置決め画像（５０１）の位置を検出して位置決め基準を提供するためのカメラ（２０１）を含み、
加速度計又は角速度計は、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ（１００）の移動距離及び回転角度を取得するために用いられることを特徴とする請求項７に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【請求項１１】
更に、前記表示・制御・処理端末（３００）と通信接続し、無線又は有線のデータ伝送装置を通じて、表示・制御・処理端末（３００）から前記超音波画像と、前記３次元位置及び角度情報を取得してデータ処理を行い、データ処理結果を前記表示・制御・処理端末（３００）に戻すクラウドデータベース（４００）を含むことを特徴とする請求項６に記載のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は医療機器の分野に関し、特に、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元超音波イメージングは医療分野で幅広く応用されており、通常は、電子走査式、機械走査式、手動走査式の３種類が存在する。機械走査式とは、モータで超音波プローブを動作させて走査するものである。この方式は繰り返し性に優れることが利点ではあるが、例えば胎児を観察する場合など小範囲の走査にしか向かない。また、電子走査式では、例えば心臓の３次元画像をリアルタイムで提供可能であるが、より小さな範囲の走査にしか適用されず、且つ、２次元トランスデューサアレイを使用する必要があるため費用がかなり高騰する。また、手動走査式とは、オペレータが超音波プローブを手で持って人体又は動物の関心領域を走査し、空間位置決めシステムで各超音波画像の３次元空間の位置及び角度を記録して３次元画像を再現するものである。この方式は大範囲を走査できることが利点であるが、人が手動で走査せねばならない。
【０００３】
近年、超音波イメージングシステムの小型化が急速に進んでおり、現在すでに多くの異なるタイプのハンドヘルド型超音波システムが存在している。ハンドヘルド型超音波システムを利用すれば携帯性を大いに向上させることができ、超音波イメージングをより多くの分野に応用可能となる。しかし、現在のところ、市場にはハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは存在しない。これは、特に人体の大範囲を手動で走査するためのハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの実現に一定の困難があるためである。従来の超音波イメージングシステムに必要な空間位置決めシステムは巨大であり、ハンドヘルド型として実際に使用するには適さない。例えば、最も常用されている電磁位置決め装置は外付けの発信器と、超音波プローブに設置される空間位置決めセンサを必要とする。このようなシステムを完全なハンドヘルド型の携帯しやすいシステムとするのは非常に困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、現在、如何にして巨大な空間位置決めシステムを改良し、携帯しやすいハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを幅広く応用可能とするかが業界内で早急に解決を要する技術的課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、従来の技術的課題に対し、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングが幅広く応用されるよう、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、上記の技術的課題を解決するために以下の技術方案を用いる。即ち、超音波画像を走査して取得するためのハンドヘルド型超音波プローブと、有線又は無線接続方式でハンドヘルド型超音波プローブに接続される表示・制御・処理端末、を含むハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを提供する。本発明のハンドヘルド型超音波イメージングシステムは、更に、ハンドヘルド型超音波プローブに接続され、ハンドヘルド型超音波プローブの移動に伴って移動するシステムであって、有線又は無線接続方式で表示・制御・処理端末に接続されて、前記ハンドヘルド型超音波プローブの３次元位置を単独で位置決めするためのハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムを含む。
【０００７】
好ましくは、ハンドヘルド型超音波イメージングシステムは、更に、前記ハンドヘルド型超音波プローブの外部に位置し、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムに位置決め基準を提供するための位置決め基準装置を含む。
【０００８】
好ましくは、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムは、ハンドヘルド型超音波プローブに内蔵される。
【０００９】
好ましくは、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムは、ハンドヘルド型超音波プローブに取り付けられる加速度計又は角速度計であり、ハンドヘルド型超音波プローブの加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブの移動距離及び回転角度を取得するために用いられる。
【００１０】
好ましくは、位置決め基準装置は検査対象部位に設置される位置決め画像であり、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムは、位置決め画像の位置を検出して位置決め基準を提供するためのカメラを含む。加速度計又は角速度計は、ハンドヘルド型超音波プローブの加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブの移動距離及び回転角度を取得するために用いられる。
【００１１】
好ましくは、更に、前記表示・制御・処理端末と通信接続し、無線又は有線のデータ伝送装置を通じて、表示・制御・処理端末から前記超音波画像と、３次元位置及び角度情報を取得してデータ処理を行い、データ処理結果を前記表示・制御・処理端末に戻すクラウドデータベースを含む。
【００１２】
本発明は、更に、ハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法を提供する。当該方法は以下のステップを含む。
【００１３】
Ｓ１：ハンドヘルド型超音波プローブを用いて検査対象部位を走査し、一連の超音波画像を取得する。
【００１４】
Ｓ２：ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムによって、各超音波画像に対応する３次元空間の位置及び角度を取得する。
【００１５】
Ｓ３：前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【００１６】
好ましくは、ステップＳ３は以下の通りとする。
【００１７】
Ｓ３：無線又は有線のデータ伝送装置を通じて、前記超音波画像と、前記３次元空間の位置及び角度の情報をクラウドデータベースに伝送して画像の再現、分析、演算、比較を行わせ、前記クラウドデータベースが、画像を再現、分析、演算、比較した結果を表示・制御・処理端末に戻して表示させる。
【００１８】
好ましくは、ステップＳ３は以下の通りとする。
【００１９】
Ｓ３：表示・制御・処理端末によって、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【００２０】
好ましくは、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムは、ハンドヘルド型超音波プローブに取り付けられる加速度計又は角速度計であり、ハンドヘルド型超音波プローブの加速度又は角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブの移動距離及び回転角度を取得するために用いられる。
【００２１】
好ましくは、イメージング方法のステップＳ２は以下のステップを含む。
【００２２】
Ｓ２．１：３次元空間位置決めシステムを用いて位置決め基準装置を走査し、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムに空間位置決め基準を提供する。
【００２３】
好ましくは、位置決め基準装置は検査対象部位に設置される。イメージング方法のステップＳ３は、更に以下のステップを含む。
【００２４】
Ｓ３．１：表示・制御・処理端末は、前記超音波画像から位置決め基準装置の情報を位置情報として抽出する。
【００２５】
Ｓ３．２：表示・制御・処理端末は、前記超音波画像を位置決め基準装置による干渉のない状態に回復させてから、前記超音波画像を３次元画像として再現し表示する。
【００２６】
好ましくは、位置決め基準装置は検査対象部位に設置される。イメージング方法のステップＳ１は、更に以下のステップを含む。
【００２７】
Ｓ１．１：位置決め基準装置が検査対象部位に設置されているときに、ハンドヘルド型超音波プローブを用いて検査対象部位を走査することで第１超音波画像を取得する。
【００２８】
Ｓ１．２：位置決め基準装置を除去し、再びハンドヘルド型超音波プローブを用いて検査対象部位を走査することで第２超音波画像を取得する。
【００２９】
イメージング方法のステップＳ３は、更に以下のステップを含む。
【００３０】
Ｓ３．６：表示・制御・処理端末は、前記第１超音波画像を基準とし、前記第２超音波画像に対する位置決め基準装置の位置を特定することで、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明で提供するハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム及び方法を使用すれば、従来の３次元超音波イメージングシステムにおける巨大な空間位置決めシステムを携帯しやすく随時使用可能な空間位置決めシステムに変更しているため、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングを幅広く応用可能となる。
【００３２】
以下に、図面と実施例を組み合わせて、本発明につき更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施例におけるハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの構造を示す図である。
【図３】図３は、本発明の他の好ましい実施例におけるハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施例３におけるハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの構造を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施例４におけるハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムによる走査を示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の実施例４における連続した２枚の超音波画像を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施例６における位置決め基準系とハンドヘルド型超音波プローブの構造を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例７における位置決め基準系の構造を示す図である。
【図８ａ】図８ａは、本発明の実施例７における位置決め基準系を走査して取得した位置決め情報図である。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明の実施例７における位置決め基準系を走査して取得した他の位置決め情報図である。
【図９】図９は、本発明の好ましい実施例におけるハンドヘルド型超音波プローブの構造を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明で提供するハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
当業者が本発明をより明確に理解可能となるよう、以下に、図面と具体的実施例を組み合わせて本発明につきより詳細に記載する。
【００３５】
図１に示すように、本発明は、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを開示する。当該システムは、ハンドヘルド型超音波プローブ１００と、有線又は無線接続方式でハンドヘルド型超音波プローブ１００に接続される表示・制御・処理端末３００と、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に接続され、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動に伴って移動するシステムであって、有線又は無線接続方式で表示・制御・処理端末３００に接続されるハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００、を含む。図１において、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００はハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられているが、その他の実施例では、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に接続されて、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動に伴って移動可能であればよく、必ずしもハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けねばならないとは限らない。よって、ここでは具体的な設置方式について限定しない。本発明の表示・制御・処理端末３００は、例えばノートパソコン等のハンドヘルド型端末又はデスクトップ型端末とすればよい。当該端末は、無線又は有線方式でハンドヘルド型超音波プローブ１００に接続可能である。表示・制御・処理端末３００には、３次元イメージング、画像処理及び３次元表示のアルゴリズムが記憶されており、ハンドヘルド型超音波プローブ１００から伝送された画像及びデータ情報を直接分析・処理して３次元画像を表示する。
【００３６】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは、体積が小さく軽量で持ち運びやすいことが求められる。そこで、図２に示すように、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの体積を縮小するために、本発明のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは、クラウドデータベース４００及び類似の処理システムを更に含む。これにより、表示・制御・処理端末３００は、３次元空間の位置及び角度の情報と再現結果とをクラウドデータベース４００に伝送して記憶する。クラウドデータベース４００には、再現結果を分類して記憶可能である。例えば、ユーザが検査対象部位６００の時間ごとの変化状況を比較しやすいよう、顧客名で時間ごとに分類して記憶する。或いは、ユーザが別のユーザの検査対象部位６００の変化状況を参照できるよう、疾病名別に分類して記憶する。
【００３７】
更に、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを更に小型化して携帯性を向上させるために、表示・制御・処理端末３００には簡単な３次元イメージング、画像処理及び３次元表示のアルゴリズムのみを記憶して、画像及びデータ情報につき簡単な分析と処理を行う。表示・制御・処理端末３００は、ネットワーク、ブルートゥース（登録商標）等の方式でクラウドデータベース４００及び類似の処理システムに接続される。クラウドデータベース４００には、より高度且つ複雑な３次元イメージング、画像処理及び３次元表示のアルゴリズムを記憶可能であり、表示・制御・処理端末３００は、簡単に処理した情報をクラウドデータベース４００にアップロードして分析及び処理させる。クラウドデータベース４００は、分析及び処理した結果をハンドヘルド型超音波計の表示・制御・処理端末３００に伝送して表示又は更に処理させる。更には、表示・制御・処理端末３００に、３次元イメージング、画像処理及び３次元表示のアルゴリズムを記憶しなくともよい。この場合には、ハンドヘルド型超音波プローブ１００から伝送された画像及びデータ情報をクラウドデータベース４００にそのままアップロードし、クラウドデータベース４００の３次元イメージング、画像処理及び３次元表示のアルゴリズムによって演算、分析及び処理したあとに、処理済みの情報を表示・制御・処理端末３００に伝送して表示するだけでよい。この場合も同様に、顧客がクラウドデータベース４００から再現結果のデータを収集する際にサーチしやすいよう、クラウドデータベース４００に再現結果を分類して記憶すればよい。クラウドデータベース４００は、リモートストレージ及び演算装置となり得る。
【００３８】
本発明におけるハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は移動及び取り付けが容易な装置である。当該システムは、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に接続され、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の運動に伴って運動可能である。ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは、その他の位置決めシステムを必要とすることなく、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００によってハンドヘルド型超音波プローブ１００の３次元空間位置を直接取得する。好ましくは、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００はハンドヘルド型超音波プローブ１００に内蔵される。これにより、本発明のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを実際に使用する際に、携帯型でない位置決めシステムがハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの携帯性に支障をきたすことがなくなる。ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００がどのようにしてハンドヘルド型超音波プローブ１００の３次元位置及び角度情報を取得するかについては、後述する６つの実施例が存在する。
【００３９】
図３に示すように、位置決めの精度を高めるために、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは位置決め基準装置５００を更に有してもよい。前記位置決め基準装置５００は前記ハンドヘルド型超音波プローブ１００の外部に位置し、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００に位置決め基準を提供する。
【実施例１】
【００４０】
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられる加速度計、角速度計等の小型慣性センサを含む。前記小型慣性センサは、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の加速度及び角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び回転角度を推測するために用いられる。これにより、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は単独でハンドヘルド型超音波プローブ１００の３次元空間位置を取得する。
【実施例２】
【００４１】
ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられる１又は複数のカメラと、ハンドヘルド型超音波プローブ１００内に取り付けられる加速度計、角速度計等の小型慣性センサを含む。また、位置決め基準装置５００は外部環境である。カメラは、例えば天井の格子といった周辺環境の画像を取得し、取得した画像の変化に基づいてハンドヘルド型超音波プローブ１００の位置及び角度を演算する。また、検出が容易となるよう、環境内に特別な図形を簡単に配置してもよい。加速度計、角速度計は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の加速度及び角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び角度を推測するために用いられる。加速度計、角速度計及びカメラを組み合わせることで位置決めがより正確となる。このようなハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、位置決めアルゴリズムに必要な各パラメータを決定するために、使用に先立ち、ハンドヘルド型超音波プローブ１００を既知の距離だけ移動させるか、既知の角度だけ回転させる必要がある。
【実施例３】
【００４２】
図４に示すように、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられる加速度計、角速度計等の小型慣性センサである。ハンドヘルド型３次元超音波システムは、更に位置決め基準装置５００を含む。前記位置決め基準装置５００は、走査対象上又は走査対象近傍に取り付けられる小型の基準系である。即ち、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の外部に取り付けられ、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００に位置決め基準を提供するために用いられる。前記小型の基準系は、走査対象に取り付けられる小型の電磁発信器とする。また、電磁発信器以外にも、音又は光の送受信システムを用いてもよい。即ち、従来の光、音、電磁式のハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムを小型化してもよい。加速度計及び角速度計は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の加速度及び角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び角度を推測するために用いられる。加速度計、角速度計及び小型の基準系を組み合わせることで位置決めがより正確となる。
【００４３】
このほか、前記小型の基準系は、走査体に配置される１又は複数の小型カメラとし、小型カメラの回転角度を記録してプローブの移動及び角度を追跡してもよい。
【実施例４】
【００４４】
実施例４におけるハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、加速度計、角速度計等の小型慣性センサである。ハンドヘルド型３次元超音波システムは、更に位置決め基準装置５００を含む。前記位置決め基準装置５００は超音波画像そのものである。
【００４５】
図５ａに示すようにハンドヘルド型超音波プローブ１００が移動すると、図５ｂにおける左右２枚の超音波画像が前後して得られる。これら２枚の超音波画像は連続性と一定の画像重複部分を有する。即ち、順に取得される超音波画像の内容の間には大きな類似性がある。画像のサンプリング速度は高速であるが、移動速度がそれほど高速でない場合、図中の２枚の画像の差は距離ｄとなる。そのため、画像マッチングによって、順に取得した超音波画像間の差から移動距離を取得可能である。同様の方法で、当該平面におけるハンドヘルド型超音波プローブ１００の回転角度も取得可能である。しかし、超音波画像のみを単独で使用する場合には、ハンドヘルド型超音波プローブ１００を１つの方向にしか移動又は回転させられず、ハンドヘルド型超音波プローブ１００を逆方向に移動又は回転させた場合には、収集される３次元位置情報又は角度情報の演算に誤りが生じやすいとの限界がある。
【００４６】
そこで、本実施例では、加速度計、角速度計等の小型慣性センサを超音波画像と組み合わせて使用する。加速度計、角速度計等の小型慣性センサは、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の加速度及び角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び角度を推測するために用いられる。これにより、画像から取得されるデータを補填できるため、位置決め方法がより正確となる。
【実施例５】
【００４７】
実施例５は、ハンドヘルド型超音波プローブとして複合プローブを用いる点で実施例４とは異なる。即ち、ハンドヘルド型超音波プローブ１００内に方向の異なるサブプローブを取り付けて、２つの方向において同時にハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離と回転角度を測定する。ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、やはり加速度計、角速度計等の小型慣性センサとし、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の加速度及び角加速度の値を取得することで、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び角度を推測するために用いられる。これにより、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、複合プローブから提供される方向以外の第３の方向の移動量及び回転量を測定可能となる。よって、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の３次元位置情報と角度がより正確に演算される。
【実施例６】
【００４８】
図６に示すように、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは、位置決め基準装置５００を更に含む。本実施例において、位置決め基準装置５００は、走査対象の表面に設置される位置決め画像５０１である。ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられるカメラ２０１を含む。ハンドヘルド型超音波プローブ１００が移動する際に、カメラ２０１は位置決め画像５０１の変化に基づいてハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離と回転角度を追跡する。好ましくは、ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動距離及び回転角度の情報を更に提供するための、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられる加速度計、角速度計等の小型慣性センサを更に含む。位置決め画像５０１は、走査対象の表面に一時的に貼り付けられる特定デザインの図である。位置決め画像５０１は、超音波信号に干渉しないよう、走査対象の検査対象部位６００の近傍に貼り付けられる。本実施例において、位置決め画像５０１は検査対象部位６００に貼り付けられるドットマトリクスである。ドットマトリクスのドット同士の距離は予め設計された値とし、既知とする。好ましくは、より明確に位置決め基準を提供するために、ドットマトリクスは大小の間隔を隔てるドットとして設計する。
【００４９】
本実施例では、カメラ２０１により位置決め画像５０１を記録して位置決めに用いる。また、本発明のその他の実施例では、別の類似の方法を用いてもよい。例えば、音、光、ドット、磁気等の特性を有する位置決め画像５０１を設計して走査対象に貼り付ける。そして、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に検出器を取り付けて検査対象部位６００の外側に位置するこれらの位置決め画像５０１を記録し、位置決めする。
【実施例７】
【００５０】
実施例７は、実施例６と以下の点で異なる。即ち、実施例６の位置決め画像５０１は、走査対象の検査対象部位６００の近傍に一時的に貼り付けられていた。つまり、超音波が位置決め画像５０１を走査し得ないようにすることで、これら位置決め画像５０１による超音波信号への干渉を回避していた。しかし、実施例７では、これら位置決め画像５０１による超音波信号への干渉を利用して位置決めを行う。
【００５１】
図７に示すように、位置決め画像５０１はドットマトリクスである。なお、言うまでもなく、本発明のその他の実施例では、位置決め画像５０１を、例えば格子や波型といったその他の形状としてもよく、位置決め基準を提供できればよい。本実施例において、位置決め画像５０１は検査対象部位６００に貼り付けられる。ドットマトリクスのドット同士の距離は予め設計された値とし、既知とする。好ましくは、より明確に位置情報を提供するために、小ドット５つごとに大ドットを１つ配置する方式とする。更に、使用する位置決め画像５０１の材料に応じて、ドットマトリクスの各ドットが超音波信号に与える影響の度合いは異なる。図８ａに示すように、反射信号はドットとなってもよいし、図８ｂに示すように、反射信号は陰影領域を有するドットとなってもよい。これらは、位置決めがより正確となるよう、各行又は各列のドット位置を区別するために用いられる。好ましくは、位置決め画像５０１は、使用及び貼り付けがより容易となり、操作過程がいっそう簡潔となるよう、超音波カップリング剤と一体的に結合される。
【００５２】
よって、本実施例では２種類の位置決め方法が考えられる。第一の位置決め方法では、取得した超音波画像からこれら位置決め画像５０１の情報を位置決め情報として抽出する。次に、画像処理によって、超音波画像を位置決め画像５０１による干渉のない状態に回復させてから、超音波画像を３次元画像として再現する。
【００５３】
もう一つの位置決め方法では、まず、位置決め画像５０１が検査対象部位６００に貼り付けられた状態で、検査対象部位６００を１回走査することで第１超音波画像を取得する。第１超音波画像の範囲には、位置決め画像５０１と、位置決め画像５０１以外の範囲が含まれ得る。次に、位置決め画像５０１を除去して再び走査し、第２超音波画像を取得する。表示・制御・処理端末は、取得した第１超音波画像を基準とし、第２超音波画像に対する位置決め画像５０１の位置を特定することで、位置決め画像５０１の影響を全く受けず、且つ位置決め画像５０１の位置情報を有する３次元画像を取得する。
【００５４】
ここで、図９を参照する。本実施例では、上記の位置決め画像５０１が超音波に干渉することで位置決め作用を奏するが、本発明のその他の実施例では、別の類似の方法を用いてもよい。例えば、光、電気、磁気等の特性を有する位置決め画像５０１を設計して走査対象に貼り付ける。そして、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に、光、電気、磁気等の検出器をシステムのハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００として取り付け、これら位置決め画像５０１を検出して位置決めする。ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００の取り付け方式については図面を参照する。
【００５５】
なお、理解可能なように、実施例１〜実施例７において、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられるカメラや、音、光、電気、磁気検出器といった全てのハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、いずれもハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けなくともよい。これらはハンドヘルド型超音波プローブ１００の移動に伴って移動可能であればよく、ここでは特に限定しない。
【００５６】
本発明は、更に、ハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法について開示する。図１０に示すように、当該方法は以下のステップを含む。
【００５７】
Ｓ１：ハンドヘルド型超音波プローブ１００を用いて検査対象部位６００を走査し、一連の超音波画像を取得する。
【００５８】
Ｓ２：ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００によって、各超音波画像に対応する３次元空間の位置及び角度を取得する。
【００５９】
Ｓ３：表示・制御・処理端末３００によって、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【００６０】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法は、ステップＳ２において以下のステップを含む。
【００６１】
Ｓ２．１：ハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００に空間位置決め基準を提供するための位置決め基準装置５００を走査対象に設置する。
【００６２】
前記位置決め基準装置５００は、走査対象に取り付けられる電気、磁気、音、光等の発信器である。発信される電気、磁気、音、光等の信号は、ハンドヘルド型超音波プローブ１００に取り付けられた対応する受信器で受信可能であり、位置決め基準として用いられる。或いは、電気、磁気、音、光を特徴として有する位置決め画像５０１を走査対象の表面に配置して、ハンドヘルド型超音波プローブ１００の超音波トランスデューサ、又は、電気、磁気、音、光検出器により検出可能とすることで位置決めに用いる。具体的な実施例については実施例１〜６を参照するものとし、ここではこれ以上詳述しない。
【００６３】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージング方法は、ステップＳ３において以下のステップを含む。
【００６４】
Ｓ３．１：前記表示・制御・処理端末３００によって、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【００６５】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの小型化を実現するために、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムがデータを記憶するためのクラウドデータベース４００を更に有する場合、ステップＳ３は更に以下を含む。
【００６６】
Ｓ３．２：前記表示・制御・処理端末３００は、再現結果をクラウドデータベース４００に伝送して記憶する。
【００６７】
クラウドデータベース４００には、再現結果を分類して記憶可能である。例えば、ユーザが検査対象部位６００の時間ごとの変化状況を比較しやすいよう、顧客名で時間ごとに分類して記憶する。或いは、ユーザが別のユーザの検査対象部位６００の変化状況を参照できるよう、疾病名別に分類して記憶する。
【００６８】
ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムの更なる小型化を実現して携帯性を向上させるために、ハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムは、データ処理を行うためのクラウドデータベース４００を更に含む。イメージング方法のステップＳ３は、以下を含む。
【００６９】
Ｓ３．３：前記表示・制御・処理端末３００は、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を前記クラウドデータベース４００に伝送する。
【００７０】
Ｓ３．４：前記クラウドデータベース４００は、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、再現結果を前記表示・制御・処理端末３００に伝送する。
【００７１】
Ｓ３．５：前記表示・制御・処理端末３００は、前記再現結果を表示する。
【００７２】
この場合も同様に、顧客がクラウドデータベース４００から再現結果のデータを収集する際にサーチしやすいよう、クラウドデータベース４００に再現結果を分類して記憶すればよい。
【００７３】
本方法におけるハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム２００は、実施例１〜７のいずれかのハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムとすればよい。実施例７で記載した状況の場合、本発明の位置決め基準装置５００は実施例２〜実施例７のいずれかの位置決め基準装置とすればよい。実施例７で記載したように、位置決め基準装置５００が超音波イメージングに干渉し得る材料であり、且つ検査対象部位６００上に設置される場合、イメージング方法のステップＳ３は更に以下のステップを含む。
【００７４】
Ｓ３．１：表示・制御・処理端末３００は、前記超音波画像から位置決め基準装置５００の情報を位置決め情報として抽出する。
【００７５】
Ｓ３．２：表示・制御・処理端末３００は、前記超音波画像を位置決め基準装置５００による干渉のない状態に回復させてから、前記超音波画像を３次元画像として再現し表示する。
【００７６】
実施例７におけるもう一つの位置決め方法の場合、イメージング方法のステップＳ１は更に以下のステップを含む。
【００７７】
Ｓ１．１：位置決め基準装置５００が検査対象部位６００上に設置されているときに、ハンドヘルド型超音波プローブ１００を用いて検査対象部位６００を走査することで第１超音波画像を取得する。
【００７８】
Ｓ１．２：位置決め基準装置５００を除去し、再びハンドヘルド型超音波プローブ１００を用いて検査対象部位６００を走査することで第２超音波画像を取得する。
【００７９】
且つ、イメージング方法のステップＳ３は、更に以下のステップを含む。
【００８０】
Ｓ３．６：表示・制御・処理端末３００は、前記第１超音波画像を基準とし、前記第２超音波画像に対する位置決め基準装置５００の位置を特定することで、前記超音波画像と前記３次元空間の位置及び角度を３次元画像として再現し、表示する。
【００８１】
上述したように、本発明で開示するハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステム及び方法を利用する場合には、従来の体積が大きいために携帯しにくい空間位置決めシステムを備えない。本発明では、携帯しやすいハンドヘルド型３次元空間位置決めシステム及び位置決め基準装置によって、ひいてはハンドヘルド型３次元空間位置決めシステムを単独で用いて、ハンドヘルド型超音波プローブの位置決めを完了できる。そのため、ユーザは本発明で開示したハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムを携帯し、随時使用することが容易となる。以上により、小型化された携帯式のハンドヘルド型３次元超音波イメージングシステムが得られる。
【００８２】
なお、理解すべき点として、当業者であれば、上記の説明に基づく改良又は変形が可能であり、これら全ての改良及び変形は、いずれも本発明の特許請求の範囲による保護の範囲に属する。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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