(57)【要約】      （修正有）【課題】安価で軽量化できる可能性を持つ点で評価が高いＡモード方式の筋力評価用システムにおいて、線分だけの表示で再現性に乏しく視認性も弱いことを解決してＡモード方式の筋力評価用システムを実現する。【解決手段】超音波Ａモード方式の超音波プローブを使用して人体内部を観察した時に単線で表示されている超音波映像の線の変化経緯を全て映像としてパソコン画面上に残し一定の時間を経過した後に表示されている映像を元画像データとしてパソコンの記憶媒体に保存した後、被検体の状態を変化させることによって新たに得られる映像を一定時間後に変化画像としてパソコンの記憶媒体に保存しておき変化画像として残した画像データより元画像として残した部分に合致するデータを除去することによって得られる差分画像を作成することで人体内部の変化を起こした様子の評価並びに観察をピクセル単位で可能とした。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波Ａモード方式の超音波プローブを使用して人体内部を観察した時に単線で表示されている超音波映像の線の変化経緯を全て映像としてパソコン画面上に残し一定の時間を経過した後に表示されている映像を元画像データとしてパソコンの記憶媒体に保存した後、被検体の状態を変化させることによって新たに得られる映像を一定時間後に変化画像としてパソコンの記憶媒体に保存しておき変化画像として残した画像データより元画像として残したデータの合致部分を除去することによって得られる差分画像を作成することで人体内部の変化を起こした様子の評価並びに観察をピクセル単位で可能とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は超音波Ａモード方式の機器を使用して筋力評価を行うためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】人体の筋力の測定法には例えば力こぶをつくったり、握力計を思いっきり握ったり、背筋計を引っ張ったりするときの力をある一定の基準値と比較や評価を行うものや、懸垂をするときに鉄棒を顎の下まで持っていき、そのまま体を支え続けたり、懸垂を何回も続ける力を評価して持久力を評価するなどのように機器や器具を使用しないものと、電気抵抗や、機器に対する抵抗力を計測して評価したり、レントゲン撮影像、ＭＲＩ撮影像、超音波画像で視覚的に筋力を測定するものなど色々な方法がある。【０００３】超音波Ｂモード方式による皮下脂肪厚の評価または超音波Ｂモード方式によって得られた数枚の画像を合成しての筋肉の量を映像で評価するなどの方法があるが、Ａモードを使用した筋力の測定システムは無かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】Ｂモード方式の超音波プローブは複数の振動子で構成されていて得られる情報量も多く人体内部の観察には適しているが、多数の振動子が必要となるため高価なことと、筋力の評価には必要の無い情報も多数表示される結果、筋力評価のみに特化して観察しようとする時にはこの目的に適さない。【０００５】重要な人体内部の観察を目的として作られたＢモード方式を使ったシステムは筋力のみを計測したい時には価格も、生成される映像内容も実用性に乏しかった。
またＢモード方式を使ったシステムは装置そのものもＡモード方式を使ったシステムより大きくて重くならざるを得なかった。【０００６】このような理由からＡモード方式を使うことで得られる軽量で安価なシステムの実現に対する社会の期待は強かった。
しかしＡモード方式は３に示すような線分で表現されているが、時間経過と共に電圧の変化や人体と接触しているプローブ１にかかる圧力の変化に対応して高速で変化し続けるため人間の目で追認することは難しかった。
仮に、特定の時間で表示を静止したとしても計測しようとする人体の安静時の筋肉のＡモード方式の画像１と、筋肉を収縮させた時のＡモード方式の画像６を見比べてその違いを評価しようとしてもどの部分がノイズでどの部分が有効な画素なのかがわからないし、再度両画像を取得したとしても直前に取得した画像との再現性が高いのか低いのかも判断できない。
このように安価で軽量化できる可能性を持つ点では評価が高いＡモード方式の筋力評価用システムは、線分だけの表示で再現性に乏しく視認性も弱いことから実用化されなかった。【０００７】本発明はこれらの実用化の障害となっていた要因を解決してＡモード方式の筋力評価用システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】超音波検査装置は大きく分けて超音波を発生させ反射した超音波を受信する仕組みを持つプローブ１と、受信したデータを処理する部分２並びに５と、画像を表示するディスプレイ４からなる。【０００９】プローブを検査の対象物５０に当て超音波を発生させると、ごく短い時間のうちに、その音は対象物の中を進んでいき、固いものに当たると反射する。
プローブ１でその反射音波を測定し、反射音が返ってくるまでの時間から距離を２で計算して５で内部の様子を４に可視化する。【００１０】Ａモード検査では、音波を一方向のみに送受信するだけのものであり、他にも扇状に音波を発生するなどして対象物の断面画像がリアルタイムに見られるようになっているものも多数あるが、本発明はＡモード式のみを対象とする。【００１１】エコー検査は体外からプローブを当てるだけで検査できる上、非常に安全でこれといった副作用もないことから、医療現場で最も頻繁に行われる検査のひとつであり、固い骨に囲まれている頭蓋のような部分を除けば、事実上体のほとんどの部分がエコー検査の適応となる。【００１２】Ａモード方式は実像に近いイメージで画像が描出されるＢモード方式とは違い線分で描出される。
このことがＡモード式の筋力評価システムを作ろうとする時の阻害因子であったので、図１にある安静時を示す映像３と図２に示す筋肉の収縮時の映像６に関して次のように処理を加えていく。【００１３】図１の１から３０、２、３１を順次経由して送られて来た図１の５０に示す安静時の人体の信号が図１の５のパソコン内で処理されリアルタイムに図１の４に線分３として表示されている。
この線分３は実際の画面上では電圧やノイズや１と５０の接触面の圧力の影響を反映して常に変化していて肉眼では早い速度で揺れ動いて見える。
これをパソコン内に備えたソフトウエアーで図１の線分３を１秒から１０秒以内の時系列に合成して画面上の映像を常に残像として加算するように残し画像が消去されないようにして図３に示すような映像を作る。【００１４】所望の時間が経過した時点で図３の映像をパソコンの記憶媒体に保存する。
その後モニター４の内容を消去してから図２の５１に示すように腕に力を入れて、その状態を図２の１から３０、２、３１を順次経由して送られて来た図２の５１に示す力をこめた人体内の信号が図２の５のパソコン内で処理されリアルタイムに図２の４に線分６として表示する。
この線分６も実際の画面上では電圧やノイズや１と５１の接触面の圧力の影響を反映して肉眼には早い速度で揺れ動いて見える。
これをパソコン内に備えたソフトウエアーで同様に図２の線分６を１秒から１０秒以内の時系列に合成して画面に表示されている画像が更新されないようにして図４のような映像を作る。
所望の時間が経過した時点で図４の映像もパソコンの記憶媒体に保存する。【００１５】図５は図３を、図６は図４を説明のために模式図にあらわしたものである。
これらから、図８の１３は人体上肢図７の６０に示す位置における、所望の時間だけ時系列に塗りつぶされていった図１の３の線分の変化経緯を全て記録した集合体の模式図であることを示している。
図１０の１６は人体上肢図９の６０に示す位置における、所望の時間だけ時系列に塗りつぶされていった図２の６の線分の変化経緯を全て記録した集合体の模式図であることを示している。
こうして用意された映像１３と１６を図１１に示すように合成して１７の画像を作る。【００１６】１７の画像で、１６の画像から１３の画像と重複する部分を取り去り、図１２の１８に示す画像を作る。
パソコンの画面はピクセル単位で構成されているので拡大すると図１３の１９に示すようにピクセル単位の点状の集合体となる。
図１４の２０に示すように評価範囲を特定する矩形を定めてその内部に何個のピクセルが存在するかを数えることで差分の数が決まりこの値が１３から１６に変化した時のピクセルを単位とした差分の値となる。【００１７】これによって線分３と６が諸条件の影響を受けて不安定に変化しても同一の条件下で時系列に所望の時間の映像を記録した２枚の画像からピクセル単位に差分の数を得ることにより正確で再現性のある筋力評価をピクセルの数としてあらわすことができる。
【発明の効果】
【００１８】Ａモード方式は図１の３に示すような線分で表現されるため時間経過と共に電圧の変化や人体と接触しているプローブ１にかかる圧力の変化に対応して高速で変化し続けてもその変化情報自体も保存しておき安静時と力を入れた時の画像の共通項とすることで、１３と１６の差分を求めればノイズや線分の位置変化が相殺されて有効な画素をピクセル数として表現することが可能となる。
これによって正確な筋力をピクセル数として計測することができるようになり、安価で軽量化できる可能性を持つ点で評価の高いＡモード方式の筋力評価用システムの実用化ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】図１５に示すように、対象とする人体の所望の部位５１に１をあてて、５に備えたソフトウエアーで１を５１から離すことなく安静時、力を入れた状態の二つの画像から差分をピクセル単位で算出して、その数を画面上で知らせるとともに、図１５の１００に示す差分の画像を４に描画する。
【実施例】
【００２０】携帯型ノートパソコンと組み合わせれば汎用性は更に増すし、図１７に示すような従来の線分での画像表現内容とは異質の評価基準の設定が可能となり、このシステムを使用して起立不能の寝たきり状態の老人の筋力低下予防のための計測や学童児の筋力傾向調査やスポーツ競技別筋力傾向などの分析が実施できる。
【実施形態の効果】
【００２１】安価で携帯性に優れソフトウエアーでの制御のために再現性が高く、高い専門的知識を必要としないで簡便に利用できるようになる。
また差分画像を皮膚表面から骨までの距離を特定することで面積比を求めたり、皮膚表面から上腕骨までの距離の変化を筋厚変化とするなど、より共通性のある考え方を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】安価で携帯性と簡易性に優れたシステムであることから健康産業分野、医療、老人施設での老人の筋力測定、若者の筋力測定、宇宙空間での飛行士の筋力低下対策、スポーツセンターでのトレーニング成果の確認など社会で幅広く活用されることが期待できる。
【本発明の説明で使用した語句の定義】
［ノイズ］
波長よりも小さな無数の散乱源からのエコーを観測したときに、各々が生じる散乱波が互いに干渉してエコー振幅に強弱を生じることにより、画像上に表れてしまう班点状の信号。
［筋持久力］
長時間運動を持続できる人体の筋肉のこと
超音波振動子］
電気エネルギーを超音波機械振動に変換する素子
［筋力］
人が体のある部位の筋肉を思いっきり収縮させたときに出せる力のこと。
［システム］
相互に影響を及ぼしあう要素から構成される、まとまりや仕組みの全体。
［超音波Ａモード方式］
１本のビームを発生させたとき、距離と強度の関係を線上に表示して人間が理解しやすいようにしたもの。
［Ａモード表示］
Ａモード表示は横軸としてブラウン管の時間軸に生体深度または距離を、縦軸に反射強度または受信波形を示す表示方法のこと。
［Ｂモード］
超音波の振幅と位置のうち、振幅を点の明るさ（輝度）として表示し、複数の超音波ビームを発生させて二次元像を作成する方式のもの。
［超音波］
約２万ヘルツ以上の人間の耳では聞くことができない帯域の音。
［超音波機器］
圧電セラミックスが持つ電気エネルギーと機械エネルギーを変換する能力を利用して作られた人体内観察用の機器。
［超音波画像］
超音波を人体に発信し、その超音波が体内の臓器や骨などに当たって反射したものを、再び振動子によって受信した情報を元に作られる画像。
［超音波プローブ］
超音波を発生させ反射した超音波（エコー）を受信する仕組みを備えた機器のことをいう。
［Ｂモード］
モード表示（ＢｒｉｇｈｔｎｅｓｓのＢ）は反射信号の強度をブラウン管上で輝度変調を行う表示方法である。
このＢモードが一般に超音波画像と呼ばれ、肝臓や乳房などの多くの臓器に用いられている。
画像表示はリアルタイムに表示される。
［ピクセル］パソコンの画面、および画像は最小単位の四角形の集合体でこの１つ１つの四角のことをピクセルという。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】人体上肢安静時のデータ取得状況を示す図。
【図２】人体上肢に力をいれた時のデータ取得状況を示す図。
【図３】図１の３のみを取り出して示した図。
【図４】図２の６のみを取り出して示した図。
【図５】図３を模式図としてあらわしたもの。
【図６】図４を模式図としてあらわしたもの。
【図７】人体上肢安静時の計測位置を示す図
【図８】図７の計測位置で得られた線分３の集積画像を示す模式図。
【図９】人体上肢に力をこめた時の計測位置を示す図
【図１０】図７の計測位置で得られた線分６の集積画像を示す模式図。
【図１１】図８の１３と図１０の１６の模式図を重ね併せた図。
【図１２】１６画像から１３と合致するデータを除去した様子をあらわす模式図。
【図１３】図１２の１８を更に模式化してピクセルで構成されていることを示す模式図。
【図１４】２０に示す枠線内がピクセルの個数を数えるための範囲であることを示す例としての模式図。
【図１５】本発明の実施形態を示す模式図。
【図１６】図１７の線状にあらわされている線分の発生する根拠を１から出た超音波が障害物に当たる様子と対比させている参考の模式図
【図１７】Ａモード式で反射信号の強度と深度を示す図。
【符号の説明】
【００２４】１    超音波Ａモードプローブ。
２    超音波Ａモードプローブからの振動信号を増幅してパソコンに転送する装置。
３    肘の関節を伸ばし力の入っていない状態での、２から送られて来た振動信号をパソコンで処理してモニターに線形信号として映し出されている様子を示している。
４    パソコンの信号を表示するためのモニター。
５    パソコン。
６    肘の関節を曲げて力の入った状態での、２から送られて来た振動信号をパソコンで処理してモニターに線形信号として映し出されている様子を示している。
１３  ３の線形信号が時間の経過とともに画面上を塗りつぶした様子を示す図。
１６  ６の線形信号が時間の経過とともに画面上を塗りつぶした様子を示す図。
１７  １６の映像に１３の映像を重ね併せた様子を示す図。
１８  １６の映像に対して１３の映像が重複する部分を取り除いた様子を示す図。
１９  １８の映像をピクセル単位で表現した図。
２０  １３と１６の差分としてのピクセルの数を数えるための範囲を示す枠。
３０  １と２を結ぶケーブル。
３１  ２と５を結ぶケーブル。
５０  人体上肢で肘を伸ばし、力を入れていない状態を示す図。
５１  人体上肢で肘を曲げて、力を強く入れた状態を示す図。
６０  Ａモードプローブ１を計測のために置く位置を示す点線。
６１  安静時の上肢を側面から見たときの上端位置を示す点線。
６２  安静時の上肢を側面から見たときの下端位置を示す点線。
６３  力を入れた状態の上肢を側面から見たときの上端位置を示す点線。
６４  力を入れた状態の上肢を側面から見たときの下端位置を示す点線。
７０  超音波が人体内を進む方向を示す矢印。
７１  人体の骨を除いた柔らかい部分。
７２  Ａモード式で反射信号の強度と深度を示す波形。
７３  人体内の骨や、骨に近い固さを持つ軟骨を示す模式図。
１００  １６の画像から１３の画像成分を除去した映像が映っている様子を示す模式図。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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