超音波生体組織測定装置
【課題】超音波プローブの押し付け力と組織の変形の関係から組織の硬さに関する値を計算することができる超音波生体組織測定装置を提供する。
【解決手段】組織１１に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブ４と、組織１１に対して、超音波プローブ４を押し付ける力を測定する押し付け力測定センサ５と、弾性指標算出部９とを備え、弾性指標算出部９は押し付け力測定センサ５から受信した測定結果と、超音波プローブ４が受信した超音波信号から検出した組織１１の厚さの変化とから組織１１の弾性指標を算出するものであり、押し付け力測定センサ５は、歪みセンサ又は圧力センサである。
【解決手段】組織１１に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブ４と、組織１１に対して、超音波プローブ４を押し付ける力を測定する押し付け力測定センサ５と、弾性指標算出部９とを備え、弾性指標算出部９は押し付け力測定センサ５から受信した測定結果と、超音波プローブ４が受信した超音波信号から検出した組織１１の厚さの変化とから組織１１の弾性指標を算出するものであり、押し付け力測定センサ５は、歪みセンサ又は圧力センサである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波生体組織測定装置に関するものであり、例えば、組織に対する押し付け力と組織の厚さの変化から組織の硬さに関する情報を得ることができる超音波生体組織測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の医療現場で使用されている超音波エコー装置は、映し出される画像の形状から組織の状態を診断している。その際、経験的にプローブを体に押し付けて組織の同定の参考にしている。
【０００３】
従来の超音波エコー装置に組織弾性率を測定できる機能を付加したエラストグラフィーという装置が開発されている。これはプローブを体に押し付け組織の変形の程度を画像から読み取り、そのひずみ量から相対的な弾性率を推定する装置である。装置の構成は通常の超音波エコー装置と同じである。押し付け前後の超音波信号から装置に組み込まれたソフトウェアで計算している。この装置では押し付け力を測定していないため、弾性率は周りの組織に対する相対的な値しか得られない。
【０００４】
既存特許などでは、押し付け力及びプローブの移動量を測定し、硬さに関する値を計算する技術がある。例えば、下記の技術がある。
【０００５】
（１）特許文献１に記載されている超音波を利用した軟組織の粘弾性推定装置及びプログラムに関する技術は、体組織のように皮膚、脂肪、筋、骨等と階層構造をなす軟組織に対しても、各階層に弾性、粘性、慣性を推定することを目的とする技術である。具体的には、超音波信号を送受信するための超音波プローブと、そこで受信したデータの時間変化から対象物形状の変形量を計算する対象物変形量計算部と、超音波プローブを移動させるための移動機構と、それを制御するプローブ制御部と、プローブの位置を計測するための位置センサと、プローブ部に負荷される力を計測する力センサと、位置センサ、力センサ、対象物変形量計算部のそれぞれから得られる値をもとに対象物の粘弾性を推定する粘弾性推定部と、推定した粘弾性を使用者に提示する粘弾性表示部から構成されている。
【０００６】
（２）特許文献２には超音波診断装置が記載されている。具体的には、磁気センサに代表される３次元の位置情報を検出する位置検出手段を超音波探触子に取り付け、位置検出手段が、ある点に固定された基点をもとに、磁気センサにより空間位置を把握する。
【０００７】
（３）特許文献３には超音波探触子及び超音波診断装置に関する技術が記載されている。具体的には、超音波探触子の被検体に当接する当接面に設けられている振動子の周囲に圧力伝達媒体を満たしたチューブを設け、チューブ内の圧力伝達媒体の圧力を検出する圧力センサを設け、これによって、外部の測定機器などでこの超音波探触子の当接面が被検体に押し付けられる接触圧力を測定する。
【０００８】
（４）特許文献４にはエラストグラフィー測定、撮像法及びこの方法を実施する装置に関する技術が記載されている。具体的には、標準型トランスデューサ又は軸方向に並進されるトランスデューサデバイスを使用し、ターゲット体の近位端区域を既知の小増分だけ圧縮または移動させる。ここで、各増分において、パルスが放出され、ターゲット中の音走行通路またはトランスデューサビームに沿った区域からエコー系列（Ａ−ライン）が検出される。ターゲット中のフィーチャに対応するエコーセグメント中の時間ずれが音通路にそって音速の変動する各区域について修正されて、圧縮によって生じた歪に関する相対的定量的情報を提供する。
【０００９】
（５）特許文献５には超音波診断装置に関する技術が記載されている。具体的には、断層走査手段によって得た時系列の二つの断層像間で演算を行なって断層像上の各点の移動量又は変位を計測する変位計測手段と、被検体の診断部位の体腔内圧力を計測又は推定する圧力計測手段と、各計測手段で求めた変位及び圧力から断層像上の各点の弾性率を演算して弾性画像データを生成する弾性率演算手段と、弾性率演算手段からの弾性画像データを入力して色相情報を付与する色相情報変換手段と、断層走査手段からの白黒の断層像データと色相情報変換手段からのカラーの弾性画像データとを加算又は切り換える切換加算手段とを備え、切換加算手段からの画像データを画像表示手段に表示するようにしたものである。
【００１０】
（６）特許文献６には生体軟組織の硬さ検出方法及びこれに用いる検出装置に関する技術が記載されている。具体的には、この検出装置は、対物接触振動子及び振動検出部からなるセンサ部と、該センサ部からの出力信号を増幅器で増幅し、これを帯域フィルター又はピーキング増幅器を通して、対物接触振動子に強制帰還してなる自励発振回路部と、該自励発振回路の周波数変化量を計測する計測部とから構成されている。
【００１１】
（７）特許文献７には、探触子を被測定部に押圧したときの押圧力と押圧前後の筋肉層の厚さの変化量とから筋肉層の圧縮率を演算する筋肉硬さ測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１４４１５５号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開２００４−８９３６２号公報（２００４年３月２５日公開）
【特許文献３】特開平０８−０３３６２３号公報（１９９６年２月６日公開）
【特許文献４】特表２００１−５１９６７４号公報（２００１年１０月２３日公開）
【特許文献５】特開平０５−３１７３１３号公報（１９９３年１２月３日公開）
【特許文献６】特開平８−２９３１２号公報（１９９６年２月２日公開）
【特許文献７】特開２００８−１６８０６３号公報（２００８年７月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載の技術は、押し付け力の測定機構に加えて、組織の変形量を計算するためプローブの移動量を何らかの形で測定する必要があり、そのため移動量を測定するための機構が必要となり、装置機構が大がかりになり、実際の測定現場では使いにくい。また、使用時にプローブ周りの取り回しが困難になり、また可搬性を確保することが難しいという問題がある。
【００１４】
特許文献２に記載の技術は、プローブの３次元位置情報を検出する機構が必要となる。また、押し付け力の測定は行わない。
【００１５】
特許文献３に記載の技術は、押し付け力を測定し、プローブと生体の接触圧力が所定の圧力以上になった場合に、アラーム音等による警告を発する技術であり、正確な測定ができない。
【００１６】
特許文献４に記載の技術は、モータで超音波プローブを移動し、組織を変形させるので、モータ周りの制御装置等を別途必要とし、更に押し付け力の測定は行わない。
【００１７】
特許文献５に記載の技術は、生体内に圧力センサを挿入して内部応力を測定する侵襲方式である。
【００１８】
特許文献６に記載の技術は、超音波の周波数を変化させて弾性率を測定する技術であり、測定結果から周波数の影響を排除する校正処理が困難な処理となり、実用的でない。
【００１９】
特許文献７に記載の技術は、押圧した際の筋肉の圧縮率を算出するが、組織の硬さを測定することはできない。また、圧力センサとの探触子との間にバネがあるため正確に押圧力を測定することができない。
【００２０】
本発明の目的は、上記従来例の問題点に鑑み、非侵襲で、超音波プローブの押し付け力と組織の変形の関係から組織の硬さに関する値を算出することができる超音波生体組織測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明に係る超音波生体組織測定装置は、測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、
測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、弾性指標算出部とを備え、上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである。
【００２２】
上記の構成によれば、組織に対する押し付け力に対応した組織の厚さの変化と、押し付け力とに基づいて、弾性指標算出部が組織の弾性指標を、非侵襲で、算出できる。また、歪みセンサ又は圧力センサによって、押し付け及び押し付け力の測定を簡便に行なうことができる。
【００２３】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサであってもよい。
【００２４】
超音波プローブ自体の歪みを押し付け力測定部が直接測定するので、測定部の構造を簡易にすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記超音波プローブが、開口部を有する筐体に、当該開口部から上記超音波プローブの測定対象組織に押し付ける端面が出た状態で、格納されており、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであり、上記圧力センサは、上記端面の重心を通り、上記端面に垂直な線上であって、上記超音波プローブの表面と上記筐体との間に設置されていてもよい。
【００２６】
上記端面の重心上に圧力センサが設置されていることにより、超音波プローブを押し付けたときに発生する超音波プローブと筐体との間の圧力をより正確に測定することができる。例えば、上記端面の重心上に圧力センサがないとき、当該端面に垂直で圧力センサを通る直線と当該端面とが交わる点から重心の距離に応じたモーメントの影響を受けるが、上記構成によればこのモーメントの影響を抑制して圧力を測定できる。
【００２７】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記弾性指標算出部は、予め設定されている、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を算出するものであることがより好ましい。
【００２８】
上記関係情報にて、測定対象組織の厚さの変化量、測定対象組織に対する押し付け力及び測定対象組織が層構造であるときにどこの層が測定対象であるかを示す情報と弾性指標との関係が予め定まっているので、上記関係情報に基づいてより正確に弾性指標を算出することができる。また、例えば、測定対象組織の種類を予め決定しておき、当該種類の組織に対応した関係情報を予め設定しておく（メモリ等の記録部に記録させておく）ことによって、より正確に当該測定対象組織の弾性指標を算出することができる。
【００２９】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記関係情報は、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報と、さらに、測定対象組織の種類を示す情報との関係を示す情報であることがより好ましい。
【００３０】
関係情報に測定対称組織の種類を示す情報が含まれることにより、様々な種類の組織について弾性指標を算出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、弾性指標算出部とを備え、上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであるので、超音波プローブの押し付け力と組織の変形の関係から組織の硬さに関する値を、非侵襲で、算出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１が備える測定部２の構成を模式的に示す図である。
【図３】超音波による組織の測定方法の種類を示す図である。
【図４】組織位置を求める方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の処理を説明するための図である。
【図６】エコー画像及び組織の層の位置を示す図である。
【図７】押し付け力を変化させたときの組織の様子、厚さの変化を示す図である。
【図８】図７の（ｄ）の初期押し付け力からの変化率の特性表をグラフ化したものを示す図である。
【図９】組織に押し付け力を加えたときの組織各層の伸縮態様を模式的に示す図である。
【図１０】図５における組織のＢ−Ｃ層及びＣ−Ｄ層の押し付け力に対する弾性指標の特性図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。
【図１２】本発明における状態−厚さ相関情報の一例を示す図である。
【図１３】被験者毎の大腿直筋厚と皮下脂肪厚との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る超音波生体組織測定装置の一実施形態について、詳細に説明する。
【００３４】
＜超音波生体組織測定装置１の構成＞
まず、本実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は超音波生体組織測定装置１の構成を模式的に示す図である。図２は測定部２の構成を模式的に示す図である。図１に示すように超音波生体組織測定装置１は、測定部２、解析部３を備えている。なお、本実施形態では、組織（測定対象組織）１１の硬度を測定するものとする。
【００３５】
〔測定部２の構成〕
測定部２は、超音波プローブ４及び押し付け力測定センサ（押し付け力測定部）５を備えている。
【００３６】
測定部２は、図２の（ａ）に示すように、超音波プローブ４の周囲に４つの押し付け力測定センサ５が貼り付けられている。押し付け力測定センサ５は、超音波プローブ４が組織１１に押し付けられたときに生じる超音波プローブ４の歪みを測定する歪みセンサである。また、本実施形態では測定部２は矢印Ａの方向に組織１１に押し付けられる。
【００３７】
超音波プローブ４の材質としては、超音波を発し且つ反射してくる超音波（エコー）を検知することが可能であり、組織に押し付けられることによって歪みを生じるものであればよく、例えば、金属、高分子材料、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ、アクリル、ポリカーボネイト、それらの複合体等が挙げられる。また、超音波プローブ４は組織１１から反射した超音波を後述の超音波送受信部６に送信するための超音波信号に変換する。
【００３８】
また、押し付け力測定センサ５（歪みセンサ）としては、超音波プローブ４の歪みを測定できるものであればよく、例えば、従来公知の歪みセンサを採用できる。押し付け力測定センサ５を設ける位置としては、超音波プローブ４の歪みを測定できる位置であればよいが、２個の押し付け力測定センサ５が、超音波プローブ４の表面上であって、超音波プローブ４の組織１１に押し付けられる端面の中心を通る線上の互いに対称に配置することが好ましい。これにより、超音波プローブ４を押し付ける力をより正確に測定できる。また、このように対称に配置された２個１組の押し付け力測定センサ５を図２の（ａ）に示すように２組設けることがより好ましく、より正確に測定する観点から３組以上であってもよい。
【００３９】
なお、符号１２はケーブルを示している。ケーブル１２は、解析部３から超音波プローブ４に超音波を発するための信号を伝え、超音波プローブ４が検知した超音波の信号を解析部３に伝え、また、押し付け力測定センサ５が測定した歪みを示す信号を解析部３に伝えるためのケーブルである。なお、後述の測定部２の変形例においては、ケーブル１２は歪みではなく、ロードセルが測定した圧力を解析部３に伝える。なお、ケーブル１２の代わりに電磁波、赤外線等で測定部２から解析部３に歪み、圧力等を伝えてもよい。
【００４０】
（測定部２の別の形態１）
ここで、測定部２の別の形態について説明する。
【００４１】
測定部２の別の形態の一つである測定部２０２は、図２の（ｂ）に示すように、超音波プローブ２０４、押し付け力測定センサ２０５、筐体２１２を備えている。
【００４２】
超音波プローブ２０４は超音波プローブ４とほぼ同じ構成であるが、筐体２１２の内側に設けられた平行移動確保用溝に突合するための平行移動確保用突起２１３が形成されている点で異なる。平行移動確保用溝及びこれに突合するための平行移動確保用突起２１３が形成されていることにより、超音波プローブ２０４を矢印Ａ方向へより正確に移動させ、押し付け力測定センサ２０５により、正確に、超音波プローブ２０４と筐体２１２との間に生じる圧力を測定することができる。但し、本形態については、後述のように押し付け力測定センサ２０５が端面２０４ａの重心を通り端面２０４ａに垂直な線上（押し付ける方向に平行な線上）にあるので、押し付け力測定センサ２０５は、平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３が無くても超音波プローブ２０４と筐体２１２との間の圧力を正確に測定することができる。
【００４３】
また、超音波プローブ２０４の端面２０４ａが、組織１１に押し付けられ、端面２０４ａから超音波を発し、また、端面２０４ａにて組織１１から反射してきた超音波を受ける。
【００４４】
筐体２１２は超音波プローブ２０４を格納するものである。筐体２１２は開口部２１２ａを有している。超音波プローブ２０４は、開口部２１２ａから端面２０４ａが筐体２１２の外に出た状態で格納されている。
【００４５】
押し付け力測定センサ２０５は、超音波プローブ２０４が組織１１に押し付けられたときに超音波プローブ２０４が筐体２１２に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである。押し付け力測定センサ２０５の具体例としては、例えば、従来公知のロードセルが挙げられる。
【００４６】
押し付け力測定センサ２０５（圧力センサ）は、端面２０４ａの重心を通り、端面２０４ａに垂直な線上（本形態において押し付ける方向に平行な線上と一致している）であって、超音波プローブ２０４の表面と筐体２１２との間に設置されている。これにより、超音波プローブ２０４と筐体２１２との間の圧力を正確に測定できる。つまり、後述する図２の（ｅ）のモーメントＢを排除して当該圧力を正確に測定できる。また、特許文献７のように超音波プローブと圧力センサとの間にバネ等の弾性体を備えていないので、弾性体による影響を受けず圧力を正確に測定することができる。
【００４７】
（測定部２の別の形態２）
測定部２の別の形態である測定部２０２’について図２の（ｃ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、上記測定部２の別の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４８】
測定部２０２’は、押し付け力測定センサ２０５の数及び位置が測定部２０２と異なる。つまり、押し付け力測定センサ２０５は、２個設けられている。そして、２個の押し付け力測定センサ２０５は、互いに、端面２０４ａの重心上であって、押し付け方向に平行な直線を中心として対象に設置されている。このような配置であれば、後述する図２の（ｅ）のモーメントＢを排除して当該圧力を正確に測定できる。
【００４９】
（測定部２の別の形態３）
測定部２の別の形態である測定部２０２’’について図２の（ｄ）及び図２の（ｅ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、上記測定部２の別の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５０】
測定部２０２’’は、押し付け力測定センサ２０５の位置が測定部２０２と異なる。つまり、図２の（ｄ）に示すように押し付け力測定センサ２０５は、測定部２０２のように、端面２０４ａの重心を通り、端面２０４ａに垂直な線上（押し付ける方向に平行な線上）ではない場所に設けられている。そのため、超音波プローブ２０４を、より正確に矢印Ａの方向に移動させることが必要であるため平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３を設けることが好ましい。
【００５１】
また、平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３を設けたとしても、測定部２０２’を組織１１に押し付けると、図２の（ｅ）に示す矢印Ｂの方向にモーメントが発生し、正確な押し付け力を測定できない場合がある。よって、このモーメントを補正する計算を行なうことが好ましい。
【００５２】
〔解析部３の構成〕
解析部３は超音波送受信部６、押し付け力受信部７、組織変形量検出部８、弾性指標算出部９及び表示部１０を備えている。
【００５３】
超音波送受信部６は、超音波プローブ４に超音波を発せさせる発信信号を送信するものであり、且つ、組織１１から反射して超音波プローブ４によって変換された超音波信号を受信して、組織変形量検出部８及び表示部１０に出力するものである。例えば、超音波送受信部６は電圧によって超音波プローブ４による超音波の発射を制御する。
【００５４】
押し付け力受信部７は、押し付け力測定センサ５から受信した測定結果を弾性指標算出部９に送信するものである。
【００５５】
組織変形量検出部８は、超音波送受信部６から受信した超音波信号から組織１１の厚さの変化を検出し、検出結果を弾性指標算出部９へ出力するものである。ここで、厚さとは、組織１１における力の押し付け方向の厚さをいい、厚さの変化は、組織１１の表面から押し付け方向における位置座標ｘの、力を押し付けられたことによる位置の変化であるΔｘで表すことができる。
【００５６】
弾性指標算出部９は押し付け力受信部７から受信した測定結果と組織変形量検出部８から受信した組織１１の厚さの変化から組織１１の弾性指標を算出するものである。具体的な計算方法については後述する。また、算出結果を表示部１０に送信する。
【００５７】
表示部１０は、弾性指標算出部９が算出した弾性指標等の様々な情報を表示するものである。
【００５８】
〔組織変形量の測定〕
次に、組織変形量検出部８が行なう組織変形量の測定方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００５９】
超音波による測定には、Ｂモードと呼ばれる超音波信号の振幅を輝度に変換して２次元画像として表示する方法と、Ａモードと呼ばれる超音波の振幅を曲線として描く方法がある。図３にＡモードとＢモードの例を示す。図３は超音波による組織の測定方法の種類を示す図である。
【００６０】
図３の（ａ）はＢモード（輝度モード）の２次元画像で、破線方向が組織の表面からの深さ方向で、画像中白色部分は輝度が高い箇所で黒色部分は輝度が低い箇所を表す。
【００６１】
図３の（ｂ）はＡモード（輝度の振幅モード）の特性図で、Ｂモードの２次元画像における破線部（１次元画像）の輝度変化特性を表し、その縦軸は組織の深さ方向の距離を表し、その横軸は輝度値を表す。Ｂモード画像中の破線部の輝度を抜き出して超音波信号の変化として表示したグラフがＡモードに相当する。
【００６２】
各組織の変形量は、このＡモードの超音波信号変化から求める。
【００６３】
位置の変化を算出する基準となる位置（組織位置）を求める方法について図４を用いて説明する。図４は組織位置を求める方法を説明するための説明図である。図４において縦軸は輝度値、横軸は深さ方向の距離を表す。予め、超音波信号（エコー信号）は、組織１１から反射して超音波プローブ４によって電圧に変換された超音波信号として超音波送受信部６から出力されている。
【００６４】
そこで、図４に示すｘを組織の表面からの深さ方向の位置とすると、組織変形量検出部８は、超音波送受信部６を介して得た超音波信号（エコー信号）変化ｂ（ｘ）に対してある幅をもった窓を設定し、その窓幅Ｗの中で超音波信号の最大値を見つけ出す。この窓を順次、窓の幅より小さい間隔（十分に小さい間隔が好ましく、例えば窓の幅の１／１０）の間隔でｘ軸方向にずらしながら最大値の曲線ｐ（ｘ）を求める。数式で表すと下記数式１のようになる。ｍａｘは最大値を求める関数である。
【００６５】
【数１】
【００６６】
この最大値が予め設定した値（許容変動値Ａｔ）以上に変化しない部分が窓幅Ｗ以上連続している部分の中心位置を組織の位置（組織位置）とする。窓幅を組織の厚みが最小となる値とすることで適切に組織の位置を同定することができる。押し付け力によって変化する組織の厚みの変化（Δｘ）は、２種類の押し付け力による組織の厚みを比較することで算出できる。生体組織において上腕部又は大腿部では皮下脂肪部分が組織の厚さの最小となるので、窓幅は１０ｍｍとすることが適切である。
【００６７】
〔弾性指標の算出〕
次に、弾性指標算出部９による弾性指標の算出方法の例を説明する。
【００６８】
本実施形態では、弾性指標算出部９は、予め設定されている、弾性指標と、組織１１の厚さの変化量と、組織１１に対する押し付け力と、組織１１が層構造であるときにどこの層かを表す情報（以下、説明の便宜のため「層情報」という）と、組織１１の種類を示す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を計算する。
【００６９】
関係情報の具体的な態様は、例えば、テーブルである。つまり、弾性指標と、組織１１の厚さの変化量と、組織１１に対する押し付け力と、層情報と、組織１１の種類を示す情報との関係をテーブルにしておき、測定された変化量及び押し付け力、並びに、例えばユーザ等によって入力された測定対象組織の種類及び層情報とに基づいて弾性指標を算出する。一般式で表すと次の式（２）で表される。
【００７０】
ｋｔ＝ＴＡＢＬＥ（ｍ，Δｘ，ｎ，ｆ）・・・（２）
式（２）において、ｋｔは弾性指標であり、ｍは組織１１の種類を示す情報であり、Δｘは組織１１の厚さの変化量であり、ｎは層情報であり、ｆは組織１１に対する押し付け力である。
【００７１】
テーブルは記憶部（図示せず）に予め格納しておき、必要に応じて弾性指標算出部９が当該テーブルを読み出せるようにしておけばよい。
【００７２】
なお、層情報とは、例えば、弾性指標の算出対象の組織が、筋肉の層の上から１番目、２番目・・・のいずれであるかを示す情報であり、組織１１の表皮からの位置番号を予め決めておいて当該位置番号で表してもよい。
【００７３】
また、組織の種類を示す情報とは、測定対象の組織が筋肉か皮下脂肪か等を示す情報である。測定対象の組織が予め固定されている場合には、組織の種類を示す情報を除いたテーブルにしてもよい。つまり、例えば、測定対象の組織が筋肉であることが予め決まっている場合、筋肉用のテーブルを作成して記憶部に格納しておけばよい。
【００７４】
ここで、テーブルについて例示する。まずは、測定対象組織ｍが１種類の場合に必要なテーブルについて説明する。
【００７５】
測定対象組織ｍの組織が１層の場合は、例えば表１に示すテーブルを作成しておけばよい。以下のテーブルは、Δｘ（ｍｍ）とｆ（表では「Ｆ（ｇｆ）」）とからｋｔを求める表である。なお、数値等の以下に示す表の構成は例示に過ぎず、本発明において用いるテーブル（関係情報）の態様はこれに限定されない。
【００７６】
【表１】
【００７７】
組織が２層の場合は、例えば、以下の表２に示す２種類のテーブルを作成しておけばよい。層情報が１層目を示す情報であれば「１層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が２層目を示す情報であれば「２層目のテーブル」を用いてｋｔを算出する。
【００７８】
【表２】
【００７９】
組織が３層の場合は、例えば、以下の表３に示す３種類のテーブルを作成しておけばよい。層情報が１層目を示す情報であれば「１層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が２層目を示す情報であれば「２層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が３層目を示す情報であれば「３層目のテーブル」を用いてｋｔを算出する。
【００８０】
【表３】
【００８１】
次に、測定対象組織ｍが２種類（ｍ１、ｍ２）の場合に必要なテーブルを示す。なお、ｍ１及びｍ２は、それぞれ、例えば、皮下組織及び筋肉等のように組織の種類を示す情報である。
【００８２】
まず、ｍ１がｍ２の上にある組織の場合、以下の表４に示すようにｍ１のテーブルとｍ２のテーブルを作成する。
【００８３】
【表４】
【００８４】
組織の種類を示す情報がｍ１であるかｍ２であるかを取得すると共に、ｍ１とｍ２のどちらが上にあるかを示す、組織の上下関係を示す情報を入手して、これらの情報に対応するテーブルを用いる。換言すれば、ｍ１がｍ２の下にある場合には、そのことを示す上下関係を示す情報を入手して、以下の表５に示すｍ１のテーブルとｍ２のテーブルを作成する。このように上下関係によって用いるテーブルを分ける理由は、同じ種類の組織でも他の組織の上にあるか下にあるかによって弾性指標が異なるからである。
【００８５】
【表５】
【００８６】
組織が３層の場合は、これまでの説明と同様にテーブルを作成する。例えば、（ｉ）ｍ１、ｍ２１、ｍ２２となっている場合（ｍ２１、ｍ２２は同じ種類の組織だが２層構造になっている）、（ｉｉ）ｍ１１、ｍ１２、ｍ２となっている場合（ｍ１１、ｍ１２は同じ組織だが２層構造になっている）、（ｉｉｉ）ｍ１１、ｍ２、ｍ１２となっている場合（ｍ１１、ｍ１２はｍ２を挟んでいる）等には、それぞれの組織の種類、上下関係に応じたテーブルを作成すればよい。同じ種類の組織の場合は、組織の種類を示す情報にさらに１番目、２番目等の識別情報を関連付けて管理してもよいし、組織の種類を示す情報を同じにしておき、層情報で区別できるようにしてもよい。このように、層及び組織の種類の増加に応じてテーブルを追加すれば、様々な組織に対応した弾性指標を算出できる。なお、図５では１層の皮下脂肪（ｍ１）と２層の筋肉層（ｍ２１、ｍ２２）の例を示している。
【００８７】
また、これらのテーブルを年齢別、性別、人種別、身長別、体重別等に分けて作成してもよい。
【００８８】
なお、本実施形態では上述したテーブルを用いる場合について説明するが、組織１１を１次元のバネで単純化しフックの法則を適応してもよい。つまり、以下の数式を用いて弾性指標を算出してもよい。
Ｆ＝−ｋΔｘ
ただし、Ｆは押し付け力、ｋは弾性指標、Δｘは組織の移動量である。
【００８９】
組織１１を押し付け、弾性指標ｋを求めるためには、
ｋ＝−Ｆ／Δｘ
を計算すればよい。
【００９０】
ここで、本発明に係る超音波生体組織測定装置を用いた硬度（弾性指標）の評価の一例について図５〜図１０を用いて説明する。
【００９１】
図５は、超音波生体組織測定装置１の解析部３の処理を説明するための図である。図５の上段の押し付け力の特性図は押し付け力の増減の態様を示す。
【００９２】
図５の中段のイメージ画像は、エコー画像（Ｂモード）であり、その隣の特性図（線図：Ａモード）はエコー画像における中心の点線の特性を表す。画像１は荷重１５０ｇｆで２０／１００コマ目で取得した画像であり、画像２は荷重４５００ｇｆで９０／１００コマ目で取得した画像である。イメージ画像中の記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、となりの線図における頂点位置を示す。なお、記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、イメージ画像上の輝度が変化するＡモードの特性位置を示す。具体的にはＡからＢまでが皮下脂肪を示し、ＢからＣまでが筋肉の第一層を示し、ＣからＤまでが筋肉の第二層を示す。下段の特性表は、画像１および画像２におけるＡ〜Ｄの位置までの端点からの距離と、画像１の値と画像２の値との差（計測値差異）と、変化率（単位面積当たりの力の値を意味し、次元は（Ｎ／ｍ）又は（ｍ３／ｋｇ））である。押し付け力が加えられたことにより、ＡからＢまでの厚さ、ＢからＣまでの厚さ、ＣからＤまでの厚さが変化した。
【００９３】
図６はエコー画像及び組織の層の位置を示す図である。人間の上腕前部のエコー画像を取得すると図６の（ａ）のようになり、大腿前部のエコー画像を取得すると図６の（ｂ）のようになる。
【００９４】
図７は、押し付け力を変化させたときの組織の様子、厚さの変化を示す図である。図７の（ａ）に示すように押し付け力を連続的に変化させると、図７の（ｂ）に示すように組織部位が変化した。図７の（ｂ）はエコー画像である。また、組織部位の変化に伴う各層の間隔表は図７の（ｃ）に示すようになり、初期押し付け力からの変化率は図７の（ｄ）に示す特性表のようになった。
【００９５】
図８に、図７の（ｄ）の初期押し付け力からの変化率の特性表をグラフ化したものを示す図である。
【００９６】
図９は組織に押し付け力を加えたときの組織各層の伸縮態様を模式的に示す図である。層状の組織は図９の（ａ）のように複数のバネがつながったものに模式化できる。これに力Ｆを加えると図９の（ｂ）のようになる。組織各層は全体的に伸縮する。
【００９７】
図１０は、組織のＢ−Ｃ層及びＣ−Ｄ層の押し付け力に対する弾性指標の特性図である。
【００９８】
一般的に図８のように押し付け力に対して組織の厚さの変化は線形にはならない。これは押し付け力に伴って組織の硬度が増す、ひずみ硬化と呼ばれる現象である。そのため組織の評価のために必要となる、押し付け力に対して一定の（押し付け力に依存しない）指標を得るためには、押し付け力をある関数で変換し線形の近似を行なう必要がある。利用する関数を自然対数（ｌｎ）とし、Ｆを押し付け力、ｋ’を弾性指標、Δｘを組織の移動量とすると、
ｋ’＝−ｌｎ（Ｆ）／Δｘ
と表される。図１０は押し付け力Ｆに対する弾性指標ｋ’を計算してグラフ化したものである。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、超音波送受信部６、押し付け力受信部７、組織変形量検出部８等の部材を備える場合について説明したが、本発明に係る超音波生体組織測定装置は、このような構成に限定されるものではない。本発明に係る超音波生体組織測定装置は、押し付け力測定部から受信した測定結果と、超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出する弾性指標算出部を備え、押し付け力測定部は歪みセンサ又は圧力センサであればよい。
【０１００】
〔超音波生体組織測定装置１の動作の例１〕
次に、図１１を用いて超音波生体組織測定装置１の動作の一例について説明する。図１１は超音波生体組織測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。
【０１０１】
まず、メモリ（記録部）に、弾性指標ｋｔ、組織１１の種類を示す情報、押し付け力による組織１１の変化量Δｘ、層情報ｎ及び押し付け力ｆの関係を表すテーブル並びに窓幅ｗ、当該窓の移動間隔を記憶させておき（ステップＳ０）、その後、処理を開始する。
【０１０２】
次に、超音波送受信部６が超音波プローブ４から組織１１の深度に応じた超音波を組織１１に対して発するように制御する。そして、組織１１からのエコーを超音波プローブ４を介して受信し、エコーの深度−輝度特性（１次元及び２次元）を得て、その深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す信号を組織変形量検出部８及び表示部１０に出力する（ステップＳ１）。
【０１０３】
次に、組織変形量検出部８は、超音波送受信部６から受信した深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す信号に対して、メモリより読み出した窓幅ｗの窓を、メモリより読み出した移動間隔だけ、深さ方向にずらしながら最大値を算出していき、その最大値の曲線を求め、当該最大値が窓を窓幅の値だけ移動させても変化しない部分の中心位置を組織位置とする（ステップＳ２）。
【０１０４】
一方、押し付け力受信部７は、押し付け力測定センサ５から押し付け力の測定値Ｆを受信し、弾性指標算出部９に送信する（ステップＳ３）。
【０１０５】
弾性指標算出部９は、複数の押し付け力における組織位置の位置の変化量を、組織の厚さの変化量Δｘとして、当該Δｘと、押し付け力受信部７から得た押し付け力Ｆとを、メモリから読み出したテーブルに当てはめて、弾性指標ｋｔを算出する。このとき、弾性指標を算出する対象の組織１１の種類を示す情報及び層情報を、例えばユーザに入力を要求するなどして、入力部（図示せず）に入力させて、取得する。この組織１１の種類を示す情報及び層情報の取得は、ステップＳ０のとき等、弾性指標算出部９による処理の前に予め行なっておいてもよいし、弾性指標算出部９が処理する過程で、ユーザに入力を要求して取得してもよい。次に、弾性指標算出部９は、算出したｋｔ、算出に用いたΔｘ及び押し付け力Ｆを表示部１０に送信する（ステップＳ４）。
【０１０６】
最後に、超音波送受信部６から受信したエコーの深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す情報、弾性指標算出部９から受信したΔｘ、押し付け力Ｆ及び弾性指標ｋｔを表示部１０が表示して（ステップＳ５）処理を終える。
【０１０７】
以上のように本発明によれば、組織の硬さに関する指標を容易に取得することができる。また、本発明によれば、超音波測定の精度を向上させることにより、体組織のように皮膚、脂肪、筋、骨等と階層構造をなす軟組織に対しても、各階層毎に弾性指標を算出できる。
【０１０８】
〔超音波生体組織測定装置１の動作の例２〕
超音波生体組織測定装置１の動作の別の例について説明する。この例では、皮下組織の種類によって異なる、押し付けによる変形で分類することで、組織の状態を判定する。例えば、皮下脂肪及び筋肉の厚みと、被験者がリンパ浮腫に該当するかとの相関情報を図１２に示す。図１２は、本発明における状態−厚さ相関情報の一例を示す図である。超音波プローブを押し付ける前の測定対象組織の厚さを横軸にし、初期皮下脂肪厚としている。また、超音波プローブを押し付けることによる測定対象組織の厚さの変化を含む指標として、大腿直筋厚変化に対する皮下脂肪厚変化を縦軸としている。これは図５における、ＡからＢの厚さ／ＢからＣの厚さである（図１２中「Ａ−Ｂ／Ｂ−Ｃ」と示している。）。測定対象の組織１１の状態とは、図１２のグラフのプロット領域を４種類に分類したもののうちの、所属する領域である。領域Ｉ及び領域ＩＩはリンパ浮腫の症例が無いグループであり、領域ＩＩＩ及び領域ＩＶはリンパ浮腫の症例があるグループである。図１２中に、四角枠で囲った数字は被験者の番号を示す。また、エラーバーは図１３に基づいて算出したものである。図１３は被験者毎の大腿直筋厚と皮下脂肪厚との関係を示す図である。図１３に示すように被験者毎の大腿直筋厚及び皮下脂肪厚をグラフ上にプロットした上で、直線回帰させる。そのとき算出される標準誤差が上記エラーバーである。
【０１０９】
図１２のグラフで示される、状態−厚さ相関情報は、弾性指標算出部９のメモリ等に保存されていてもよく、外部の記録媒体に保存されていてもよい。
【０１１０】
超音波プローブ４により、組織１１の厚さの変化を測定し、測定結果が弾性指標算出部９に送られ、弾性指標算出部９が状態−厚さ相関情報に基づいて、測定した組織１１の厚さの変化に対応する組織１１の状態を判定する。つまり、弾性指標算出部９は、組織１１が領域Ｉ〜ＩＶのいずれの領域に属するかを判定する。組織１１がいずれの領域に属するかという結果が、弾性指標の一つである。即ち、組織１１が属する領域は、組織１１の弾性の指標ということができる。症例があるか否かと弾性とに相関関係があるからである。なお、初期の皮下脂肪の厚さは予め弾性指標算出部９のメモリ又は外部の記録媒体等に保存しておけばよい。
【０１１１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、組織の硬さ及び柔らかさ等の質を、非侵襲で測定することが求められる分野、例えば健康医療、農業（肉質の評価）、漁業（肉質の評価）で利用することができる。また超音波プローブ部分に移動機構等の大がかりな装置が必要ないので、屋内だけでなく屋外等に持ち運ぶための携帯用の装置としても使用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 超音波生体組織測定装置
２、２０２、２０２’、２０２’’ 測定部
３ 解析部
４、２０４、 超音波プローブ
５ 押し付け力測定センサ（押し付け力測定部、歪みセンサ）
６ 超音波送受信部
７ 押し付け力受信部
８ 組織変形量検出部
９ 弾性指標算出部
１０ 表示部
１１ 組織（測定対象組織）
２０４ａ 端面
２０５ 押し付け力測定センサ（押し付け力測定部、圧力センサ）
２１２ 筐体
２１２ａ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波生体組織測定装置に関するものであり、例えば、組織に対する押し付け力と組織の厚さの変化から組織の硬さに関する情報を得ることができる超音波生体組織測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の医療現場で使用されている超音波エコー装置は、映し出される画像の形状から組織の状態を診断している。その際、経験的にプローブを体に押し付けて組織の同定の参考にしている。
【０００３】
従来の超音波エコー装置に組織弾性率を測定できる機能を付加したエラストグラフィーという装置が開発されている。これはプローブを体に押し付け組織の変形の程度を画像から読み取り、そのひずみ量から相対的な弾性率を推定する装置である。装置の構成は通常の超音波エコー装置と同じである。押し付け前後の超音波信号から装置に組み込まれたソフトウェアで計算している。この装置では押し付け力を測定していないため、弾性率は周りの組織に対する相対的な値しか得られない。
【０００４】
既存特許などでは、押し付け力及びプローブの移動量を測定し、硬さに関する値を計算する技術がある。例えば、下記の技術がある。
【０００５】
（１）特許文献１に記載されている超音波を利用した軟組織の粘弾性推定装置及びプログラムに関する技術は、体組織のように皮膚、脂肪、筋、骨等と階層構造をなす軟組織に対しても、各階層に弾性、粘性、慣性を推定することを目的とする技術である。具体的には、超音波信号を送受信するための超音波プローブと、そこで受信したデータの時間変化から対象物形状の変形量を計算する対象物変形量計算部と、超音波プローブを移動させるための移動機構と、それを制御するプローブ制御部と、プローブの位置を計測するための位置センサと、プローブ部に負荷される力を計測する力センサと、位置センサ、力センサ、対象物変形量計算部のそれぞれから得られる値をもとに対象物の粘弾性を推定する粘弾性推定部と、推定した粘弾性を使用者に提示する粘弾性表示部から構成されている。
【０００６】
（２）特許文献２には超音波診断装置が記載されている。具体的には、磁気センサに代表される３次元の位置情報を検出する位置検出手段を超音波探触子に取り付け、位置検出手段が、ある点に固定された基点をもとに、磁気センサにより空間位置を把握する。
【０００７】
（３）特許文献３には超音波探触子及び超音波診断装置に関する技術が記載されている。具体的には、超音波探触子の被検体に当接する当接面に設けられている振動子の周囲に圧力伝達媒体を満たしたチューブを設け、チューブ内の圧力伝達媒体の圧力を検出する圧力センサを設け、これによって、外部の測定機器などでこの超音波探触子の当接面が被検体に押し付けられる接触圧力を測定する。
【０００８】
（４）特許文献４にはエラストグラフィー測定、撮像法及びこの方法を実施する装置に関する技術が記載されている。具体的には、標準型トランスデューサ又は軸方向に並進されるトランスデューサデバイスを使用し、ターゲット体の近位端区域を既知の小増分だけ圧縮または移動させる。ここで、各増分において、パルスが放出され、ターゲット中の音走行通路またはトランスデューサビームに沿った区域からエコー系列（Ａ−ライン）が検出される。ターゲット中のフィーチャに対応するエコーセグメント中の時間ずれが音通路にそって音速の変動する各区域について修正されて、圧縮によって生じた歪に関する相対的定量的情報を提供する。
【０００９】
（５）特許文献５には超音波診断装置に関する技術が記載されている。具体的には、断層走査手段によって得た時系列の二つの断層像間で演算を行なって断層像上の各点の移動量又は変位を計測する変位計測手段と、被検体の診断部位の体腔内圧力を計測又は推定する圧力計測手段と、各計測手段で求めた変位及び圧力から断層像上の各点の弾性率を演算して弾性画像データを生成する弾性率演算手段と、弾性率演算手段からの弾性画像データを入力して色相情報を付与する色相情報変換手段と、断層走査手段からの白黒の断層像データと色相情報変換手段からのカラーの弾性画像データとを加算又は切り換える切換加算手段とを備え、切換加算手段からの画像データを画像表示手段に表示するようにしたものである。
【００１０】
（６）特許文献６には生体軟組織の硬さ検出方法及びこれに用いる検出装置に関する技術が記載されている。具体的には、この検出装置は、対物接触振動子及び振動検出部からなるセンサ部と、該センサ部からの出力信号を増幅器で増幅し、これを帯域フィルター又はピーキング増幅器を通して、対物接触振動子に強制帰還してなる自励発振回路部と、該自励発振回路の周波数変化量を計測する計測部とから構成されている。
【００１１】
（７）特許文献７には、探触子を被測定部に押圧したときの押圧力と押圧前後の筋肉層の厚さの変化量とから筋肉層の圧縮率を演算する筋肉硬さ測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１４４１５５号公報（２００５年６月９日公開）
【特許文献２】特開２００４−８９３６２号公報（２００４年３月２５日公開）
【特許文献３】特開平０８−０３３６２３号公報（１９９６年２月６日公開）
【特許文献４】特表２００１−５１９６７４号公報（２００１年１０月２３日公開）
【特許文献５】特開平０５−３１７３１３号公報（１９９３年１２月３日公開）
【特許文献６】特開平８−２９３１２号公報（１９９６年２月２日公開）
【特許文献７】特開２００８−１６８０６３号公報（２００８年７月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載の技術は、押し付け力の測定機構に加えて、組織の変形量を計算するためプローブの移動量を何らかの形で測定する必要があり、そのため移動量を測定するための機構が必要となり、装置機構が大がかりになり、実際の測定現場では使いにくい。また、使用時にプローブ周りの取り回しが困難になり、また可搬性を確保することが難しいという問題がある。
【００１４】
特許文献２に記載の技術は、プローブの３次元位置情報を検出する機構が必要となる。また、押し付け力の測定は行わない。
【００１５】
特許文献３に記載の技術は、押し付け力を測定し、プローブと生体の接触圧力が所定の圧力以上になった場合に、アラーム音等による警告を発する技術であり、正確な測定ができない。
【００１６】
特許文献４に記載の技術は、モータで超音波プローブを移動し、組織を変形させるので、モータ周りの制御装置等を別途必要とし、更に押し付け力の測定は行わない。
【００１７】
特許文献５に記載の技術は、生体内に圧力センサを挿入して内部応力を測定する侵襲方式である。
【００１８】
特許文献６に記載の技術は、超音波の周波数を変化させて弾性率を測定する技術であり、測定結果から周波数の影響を排除する校正処理が困難な処理となり、実用的でない。
【００１９】
特許文献７に記載の技術は、押圧した際の筋肉の圧縮率を算出するが、組織の硬さを測定することはできない。また、圧力センサとの探触子との間にバネがあるため正確に押圧力を測定することができない。
【００２０】
本発明の目的は、上記従来例の問題点に鑑み、非侵襲で、超音波プローブの押し付け力と組織の変形の関係から組織の硬さに関する値を算出することができる超音波生体組織測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明に係る超音波生体組織測定装置は、測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、
測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、弾性指標算出部とを備え、上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである。
【００２２】
上記の構成によれば、組織に対する押し付け力に対応した組織の厚さの変化と、押し付け力とに基づいて、弾性指標算出部が組織の弾性指標を、非侵襲で、算出できる。また、歪みセンサ又は圧力センサによって、押し付け及び押し付け力の測定を簡便に行なうことができる。
【００２３】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサであってもよい。
【００２４】
超音波プローブ自体の歪みを押し付け力測定部が直接測定するので、測定部の構造を簡易にすることができる。
【００２５】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記超音波プローブが、開口部を有する筐体に、当該開口部から上記超音波プローブの測定対象組織に押し付ける端面が出た状態で、格納されており、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであり、上記圧力センサは、上記端面の重心を通り、上記端面に垂直な線上であって、上記超音波プローブの表面と上記筐体との間に設置されていてもよい。
【００２６】
上記端面の重心上に圧力センサが設置されていることにより、超音波プローブを押し付けたときに発生する超音波プローブと筐体との間の圧力をより正確に測定することができる。例えば、上記端面の重心上に圧力センサがないとき、当該端面に垂直で圧力センサを通る直線と当該端面とが交わる点から重心の距離に応じたモーメントの影響を受けるが、上記構成によればこのモーメントの影響を抑制して圧力を測定できる。
【００２７】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記弾性指標算出部は、予め設定されている、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を算出するものであることがより好ましい。
【００２８】
上記関係情報にて、測定対象組織の厚さの変化量、測定対象組織に対する押し付け力及び測定対象組織が層構造であるときにどこの層が測定対象であるかを示す情報と弾性指標との関係が予め定まっているので、上記関係情報に基づいてより正確に弾性指標を算出することができる。また、例えば、測定対象組織の種類を予め決定しておき、当該種類の組織に対応した関係情報を予め設定しておく（メモリ等の記録部に記録させておく）ことによって、より正確に当該測定対象組織の弾性指標を算出することができる。
【００２９】
また、本発明に係る超音波生体組織測定装置では、上記関係情報は、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報と、さらに、測定対象組織の種類を示す情報との関係を示す情報であることがより好ましい。
【００３０】
関係情報に測定対称組織の種類を示す情報が含まれることにより、様々な種類の組織について弾性指標を算出することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、弾性指標算出部とを備え、上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであるので、超音波プローブの押し付け力と組織の変形の関係から組織の硬さに関する値を、非侵襲で、算出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１が備える測定部２の構成を模式的に示す図である。
【図３】超音波による組織の測定方法の種類を示す図である。
【図４】組織位置を求める方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の処理を説明するための図である。
【図６】エコー画像及び組織の層の位置を示す図である。
【図７】押し付け力を変化させたときの組織の様子、厚さの変化を示す図である。
【図８】図７の（ｄ）の初期押し付け力からの変化率の特性表をグラフ化したものを示す図である。
【図９】組織に押し付け力を加えたときの組織各層の伸縮態様を模式的に示す図である。
【図１０】図５における組織のＢ−Ｃ層及びＣ−Ｄ層の押し付け力に対する弾性指標の特性図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。
【図１２】本発明における状態−厚さ相関情報の一例を示す図である。
【図１３】被験者毎の大腿直筋厚と皮下脂肪厚との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る超音波生体組織測定装置の一実施形態について、詳細に説明する。
【００３４】
＜超音波生体組織測定装置１の構成＞
まず、本実施形態に係る超音波生体組織測定装置１の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は超音波生体組織測定装置１の構成を模式的に示す図である。図２は測定部２の構成を模式的に示す図である。図１に示すように超音波生体組織測定装置１は、測定部２、解析部３を備えている。なお、本実施形態では、組織（測定対象組織）１１の硬度を測定するものとする。
【００３５】
〔測定部２の構成〕
測定部２は、超音波プローブ４及び押し付け力測定センサ（押し付け力測定部）５を備えている。
【００３６】
測定部２は、図２の（ａ）に示すように、超音波プローブ４の周囲に４つの押し付け力測定センサ５が貼り付けられている。押し付け力測定センサ５は、超音波プローブ４が組織１１に押し付けられたときに生じる超音波プローブ４の歪みを測定する歪みセンサである。また、本実施形態では測定部２は矢印Ａの方向に組織１１に押し付けられる。
【００３７】
超音波プローブ４の材質としては、超音波を発し且つ反射してくる超音波（エコー）を検知することが可能であり、組織に押し付けられることによって歪みを生じるものであればよく、例えば、金属、高分子材料、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ、アクリル、ポリカーボネイト、それらの複合体等が挙げられる。また、超音波プローブ４は組織１１から反射した超音波を後述の超音波送受信部６に送信するための超音波信号に変換する。
【００３８】
また、押し付け力測定センサ５（歪みセンサ）としては、超音波プローブ４の歪みを測定できるものであればよく、例えば、従来公知の歪みセンサを採用できる。押し付け力測定センサ５を設ける位置としては、超音波プローブ４の歪みを測定できる位置であればよいが、２個の押し付け力測定センサ５が、超音波プローブ４の表面上であって、超音波プローブ４の組織１１に押し付けられる端面の中心を通る線上の互いに対称に配置することが好ましい。これにより、超音波プローブ４を押し付ける力をより正確に測定できる。また、このように対称に配置された２個１組の押し付け力測定センサ５を図２の（ａ）に示すように２組設けることがより好ましく、より正確に測定する観点から３組以上であってもよい。
【００３９】
なお、符号１２はケーブルを示している。ケーブル１２は、解析部３から超音波プローブ４に超音波を発するための信号を伝え、超音波プローブ４が検知した超音波の信号を解析部３に伝え、また、押し付け力測定センサ５が測定した歪みを示す信号を解析部３に伝えるためのケーブルである。なお、後述の測定部２の変形例においては、ケーブル１２は歪みではなく、ロードセルが測定した圧力を解析部３に伝える。なお、ケーブル１２の代わりに電磁波、赤外線等で測定部２から解析部３に歪み、圧力等を伝えてもよい。
【００４０】
（測定部２の別の形態１）
ここで、測定部２の別の形態について説明する。
【００４１】
測定部２の別の形態の一つである測定部２０２は、図２の（ｂ）に示すように、超音波プローブ２０４、押し付け力測定センサ２０５、筐体２１２を備えている。
【００４２】
超音波プローブ２０４は超音波プローブ４とほぼ同じ構成であるが、筐体２１２の内側に設けられた平行移動確保用溝に突合するための平行移動確保用突起２１３が形成されている点で異なる。平行移動確保用溝及びこれに突合するための平行移動確保用突起２１３が形成されていることにより、超音波プローブ２０４を矢印Ａ方向へより正確に移動させ、押し付け力測定センサ２０５により、正確に、超音波プローブ２０４と筐体２１２との間に生じる圧力を測定することができる。但し、本形態については、後述のように押し付け力測定センサ２０５が端面２０４ａの重心を通り端面２０４ａに垂直な線上（押し付ける方向に平行な線上）にあるので、押し付け力測定センサ２０５は、平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３が無くても超音波プローブ２０４と筐体２１２との間の圧力を正確に測定することができる。
【００４３】
また、超音波プローブ２０４の端面２０４ａが、組織１１に押し付けられ、端面２０４ａから超音波を発し、また、端面２０４ａにて組織１１から反射してきた超音波を受ける。
【００４４】
筐体２１２は超音波プローブ２０４を格納するものである。筐体２１２は開口部２１２ａを有している。超音波プローブ２０４は、開口部２１２ａから端面２０４ａが筐体２１２の外に出た状態で格納されている。
【００４５】
押し付け力測定センサ２０５は、超音波プローブ２０４が組織１１に押し付けられたときに超音波プローブ２０４が筐体２１２に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである。押し付け力測定センサ２０５の具体例としては、例えば、従来公知のロードセルが挙げられる。
【００４６】
押し付け力測定センサ２０５（圧力センサ）は、端面２０４ａの重心を通り、端面２０４ａに垂直な線上（本形態において押し付ける方向に平行な線上と一致している）であって、超音波プローブ２０４の表面と筐体２１２との間に設置されている。これにより、超音波プローブ２０４と筐体２１２との間の圧力を正確に測定できる。つまり、後述する図２の（ｅ）のモーメントＢを排除して当該圧力を正確に測定できる。また、特許文献７のように超音波プローブと圧力センサとの間にバネ等の弾性体を備えていないので、弾性体による影響を受けず圧力を正確に測定することができる。
【００４７】
（測定部２の別の形態２）
測定部２の別の形態である測定部２０２’について図２の（ｃ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、上記測定部２の別の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４８】
測定部２０２’は、押し付け力測定センサ２０５の数及び位置が測定部２０２と異なる。つまり、押し付け力測定センサ２０５は、２個設けられている。そして、２個の押し付け力測定センサ２０５は、互いに、端面２０４ａの重心上であって、押し付け方向に平行な直線を中心として対象に設置されている。このような配置であれば、後述する図２の（ｅ）のモーメントＢを排除して当該圧力を正確に測定できる。
【００４９】
（測定部２の別の形態３）
測定部２の別の形態である測定部２０２’’について図２の（ｄ）及び図２の（ｅ）を用いて説明する。なお、説明の便宜上、上記測定部２の別の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５０】
測定部２０２’’は、押し付け力測定センサ２０５の位置が測定部２０２と異なる。つまり、図２の（ｄ）に示すように押し付け力測定センサ２０５は、測定部２０２のように、端面２０４ａの重心を通り、端面２０４ａに垂直な線上（押し付ける方向に平行な線上）ではない場所に設けられている。そのため、超音波プローブ２０４を、より正確に矢印Ａの方向に移動させることが必要であるため平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３を設けることが好ましい。
【００５１】
また、平行移動確保用溝及び平行移動確保用突起２１３を設けたとしても、測定部２０２’を組織１１に押し付けると、図２の（ｅ）に示す矢印Ｂの方向にモーメントが発生し、正確な押し付け力を測定できない場合がある。よって、このモーメントを補正する計算を行なうことが好ましい。
【００５２】
〔解析部３の構成〕
解析部３は超音波送受信部６、押し付け力受信部７、組織変形量検出部８、弾性指標算出部９及び表示部１０を備えている。
【００５３】
超音波送受信部６は、超音波プローブ４に超音波を発せさせる発信信号を送信するものであり、且つ、組織１１から反射して超音波プローブ４によって変換された超音波信号を受信して、組織変形量検出部８及び表示部１０に出力するものである。例えば、超音波送受信部６は電圧によって超音波プローブ４による超音波の発射を制御する。
【００５４】
押し付け力受信部７は、押し付け力測定センサ５から受信した測定結果を弾性指標算出部９に送信するものである。
【００５５】
組織変形量検出部８は、超音波送受信部６から受信した超音波信号から組織１１の厚さの変化を検出し、検出結果を弾性指標算出部９へ出力するものである。ここで、厚さとは、組織１１における力の押し付け方向の厚さをいい、厚さの変化は、組織１１の表面から押し付け方向における位置座標ｘの、力を押し付けられたことによる位置の変化であるΔｘで表すことができる。
【００５６】
弾性指標算出部９は押し付け力受信部７から受信した測定結果と組織変形量検出部８から受信した組織１１の厚さの変化から組織１１の弾性指標を算出するものである。具体的な計算方法については後述する。また、算出結果を表示部１０に送信する。
【００５７】
表示部１０は、弾性指標算出部９が算出した弾性指標等の様々な情報を表示するものである。
【００５８】
〔組織変形量の測定〕
次に、組織変形量検出部８が行なう組織変形量の測定方法について、図３及び図４を用いて説明する。
【００５９】
超音波による測定には、Ｂモードと呼ばれる超音波信号の振幅を輝度に変換して２次元画像として表示する方法と、Ａモードと呼ばれる超音波の振幅を曲線として描く方法がある。図３にＡモードとＢモードの例を示す。図３は超音波による組織の測定方法の種類を示す図である。
【００６０】
図３の（ａ）はＢモード（輝度モード）の２次元画像で、破線方向が組織の表面からの深さ方向で、画像中白色部分は輝度が高い箇所で黒色部分は輝度が低い箇所を表す。
【００６１】
図３の（ｂ）はＡモード（輝度の振幅モード）の特性図で、Ｂモードの２次元画像における破線部（１次元画像）の輝度変化特性を表し、その縦軸は組織の深さ方向の距離を表し、その横軸は輝度値を表す。Ｂモード画像中の破線部の輝度を抜き出して超音波信号の変化として表示したグラフがＡモードに相当する。
【００６２】
各組織の変形量は、このＡモードの超音波信号変化から求める。
【００６３】
位置の変化を算出する基準となる位置（組織位置）を求める方法について図４を用いて説明する。図４は組織位置を求める方法を説明するための説明図である。図４において縦軸は輝度値、横軸は深さ方向の距離を表す。予め、超音波信号（エコー信号）は、組織１１から反射して超音波プローブ４によって電圧に変換された超音波信号として超音波送受信部６から出力されている。
【００６４】
そこで、図４に示すｘを組織の表面からの深さ方向の位置とすると、組織変形量検出部８は、超音波送受信部６を介して得た超音波信号（エコー信号）変化ｂ（ｘ）に対してある幅をもった窓を設定し、その窓幅Ｗの中で超音波信号の最大値を見つけ出す。この窓を順次、窓の幅より小さい間隔（十分に小さい間隔が好ましく、例えば窓の幅の１／１０）の間隔でｘ軸方向にずらしながら最大値の曲線ｐ（ｘ）を求める。数式で表すと下記数式１のようになる。ｍａｘは最大値を求める関数である。
【００６５】
【数１】
【００６６】
この最大値が予め設定した値（許容変動値Ａｔ）以上に変化しない部分が窓幅Ｗ以上連続している部分の中心位置を組織の位置（組織位置）とする。窓幅を組織の厚みが最小となる値とすることで適切に組織の位置を同定することができる。押し付け力によって変化する組織の厚みの変化（Δｘ）は、２種類の押し付け力による組織の厚みを比較することで算出できる。生体組織において上腕部又は大腿部では皮下脂肪部分が組織の厚さの最小となるので、窓幅は１０ｍｍとすることが適切である。
【００６７】
〔弾性指標の算出〕
次に、弾性指標算出部９による弾性指標の算出方法の例を説明する。
【００６８】
本実施形態では、弾性指標算出部９は、予め設定されている、弾性指標と、組織１１の厚さの変化量と、組織１１に対する押し付け力と、組織１１が層構造であるときにどこの層かを表す情報（以下、説明の便宜のため「層情報」という）と、組織１１の種類を示す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を計算する。
【００６９】
関係情報の具体的な態様は、例えば、テーブルである。つまり、弾性指標と、組織１１の厚さの変化量と、組織１１に対する押し付け力と、層情報と、組織１１の種類を示す情報との関係をテーブルにしておき、測定された変化量及び押し付け力、並びに、例えばユーザ等によって入力された測定対象組織の種類及び層情報とに基づいて弾性指標を算出する。一般式で表すと次の式（２）で表される。
【００７０】
ｋｔ＝ＴＡＢＬＥ（ｍ，Δｘ，ｎ，ｆ）・・・（２）
式（２）において、ｋｔは弾性指標であり、ｍは組織１１の種類を示す情報であり、Δｘは組織１１の厚さの変化量であり、ｎは層情報であり、ｆは組織１１に対する押し付け力である。
【００７１】
テーブルは記憶部（図示せず）に予め格納しておき、必要に応じて弾性指標算出部９が当該テーブルを読み出せるようにしておけばよい。
【００７２】
なお、層情報とは、例えば、弾性指標の算出対象の組織が、筋肉の層の上から１番目、２番目・・・のいずれであるかを示す情報であり、組織１１の表皮からの位置番号を予め決めておいて当該位置番号で表してもよい。
【００７３】
また、組織の種類を示す情報とは、測定対象の組織が筋肉か皮下脂肪か等を示す情報である。測定対象の組織が予め固定されている場合には、組織の種類を示す情報を除いたテーブルにしてもよい。つまり、例えば、測定対象の組織が筋肉であることが予め決まっている場合、筋肉用のテーブルを作成して記憶部に格納しておけばよい。
【００７４】
ここで、テーブルについて例示する。まずは、測定対象組織ｍが１種類の場合に必要なテーブルについて説明する。
【００７５】
測定対象組織ｍの組織が１層の場合は、例えば表１に示すテーブルを作成しておけばよい。以下のテーブルは、Δｘ（ｍｍ）とｆ（表では「Ｆ（ｇｆ）」）とからｋｔを求める表である。なお、数値等の以下に示す表の構成は例示に過ぎず、本発明において用いるテーブル（関係情報）の態様はこれに限定されない。
【００７６】
【表１】
【００７７】
組織が２層の場合は、例えば、以下の表２に示す２種類のテーブルを作成しておけばよい。層情報が１層目を示す情報であれば「１層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が２層目を示す情報であれば「２層目のテーブル」を用いてｋｔを算出する。
【００７８】
【表２】
【００７９】
組織が３層の場合は、例えば、以下の表３に示す３種類のテーブルを作成しておけばよい。層情報が１層目を示す情報であれば「１層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が２層目を示す情報であれば「２層目のテーブル」を用いてｋｔを算出し、層情報が３層目を示す情報であれば「３層目のテーブル」を用いてｋｔを算出する。
【００８０】
【表３】
【００８１】
次に、測定対象組織ｍが２種類（ｍ１、ｍ２）の場合に必要なテーブルを示す。なお、ｍ１及びｍ２は、それぞれ、例えば、皮下組織及び筋肉等のように組織の種類を示す情報である。
【００８２】
まず、ｍ１がｍ２の上にある組織の場合、以下の表４に示すようにｍ１のテーブルとｍ２のテーブルを作成する。
【００８３】
【表４】
【００８４】
組織の種類を示す情報がｍ１であるかｍ２であるかを取得すると共に、ｍ１とｍ２のどちらが上にあるかを示す、組織の上下関係を示す情報を入手して、これらの情報に対応するテーブルを用いる。換言すれば、ｍ１がｍ２の下にある場合には、そのことを示す上下関係を示す情報を入手して、以下の表５に示すｍ１のテーブルとｍ２のテーブルを作成する。このように上下関係によって用いるテーブルを分ける理由は、同じ種類の組織でも他の組織の上にあるか下にあるかによって弾性指標が異なるからである。
【００８５】
【表５】
【００８６】
組織が３層の場合は、これまでの説明と同様にテーブルを作成する。例えば、（ｉ）ｍ１、ｍ２１、ｍ２２となっている場合（ｍ２１、ｍ２２は同じ種類の組織だが２層構造になっている）、（ｉｉ）ｍ１１、ｍ１２、ｍ２となっている場合（ｍ１１、ｍ１２は同じ組織だが２層構造になっている）、（ｉｉｉ）ｍ１１、ｍ２、ｍ１２となっている場合（ｍ１１、ｍ１２はｍ２を挟んでいる）等には、それぞれの組織の種類、上下関係に応じたテーブルを作成すればよい。同じ種類の組織の場合は、組織の種類を示す情報にさらに１番目、２番目等の識別情報を関連付けて管理してもよいし、組織の種類を示す情報を同じにしておき、層情報で区別できるようにしてもよい。このように、層及び組織の種類の増加に応じてテーブルを追加すれば、様々な組織に対応した弾性指標を算出できる。なお、図５では１層の皮下脂肪（ｍ１）と２層の筋肉層（ｍ２１、ｍ２２）の例を示している。
【００８７】
また、これらのテーブルを年齢別、性別、人種別、身長別、体重別等に分けて作成してもよい。
【００８８】
なお、本実施形態では上述したテーブルを用いる場合について説明するが、組織１１を１次元のバネで単純化しフックの法則を適応してもよい。つまり、以下の数式を用いて弾性指標を算出してもよい。
Ｆ＝−ｋΔｘ
ただし、Ｆは押し付け力、ｋは弾性指標、Δｘは組織の移動量である。
【００８９】
組織１１を押し付け、弾性指標ｋを求めるためには、
ｋ＝−Ｆ／Δｘ
を計算すればよい。
【００９０】
ここで、本発明に係る超音波生体組織測定装置を用いた硬度（弾性指標）の評価の一例について図５〜図１０を用いて説明する。
【００９１】
図５は、超音波生体組織測定装置１の解析部３の処理を説明するための図である。図５の上段の押し付け力の特性図は押し付け力の増減の態様を示す。
【００９２】
図５の中段のイメージ画像は、エコー画像（Ｂモード）であり、その隣の特性図（線図：Ａモード）はエコー画像における中心の点線の特性を表す。画像１は荷重１５０ｇｆで２０／１００コマ目で取得した画像であり、画像２は荷重４５００ｇｆで９０／１００コマ目で取得した画像である。イメージ画像中の記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、となりの線図における頂点位置を示す。なお、記号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、イメージ画像上の輝度が変化するＡモードの特性位置を示す。具体的にはＡからＢまでが皮下脂肪を示し、ＢからＣまでが筋肉の第一層を示し、ＣからＤまでが筋肉の第二層を示す。下段の特性表は、画像１および画像２におけるＡ〜Ｄの位置までの端点からの距離と、画像１の値と画像２の値との差（計測値差異）と、変化率（単位面積当たりの力の値を意味し、次元は（Ｎ／ｍ）又は（ｍ３／ｋｇ））である。押し付け力が加えられたことにより、ＡからＢまでの厚さ、ＢからＣまでの厚さ、ＣからＤまでの厚さが変化した。
【００９３】
図６はエコー画像及び組織の層の位置を示す図である。人間の上腕前部のエコー画像を取得すると図６の（ａ）のようになり、大腿前部のエコー画像を取得すると図６の（ｂ）のようになる。
【００９４】
図７は、押し付け力を変化させたときの組織の様子、厚さの変化を示す図である。図７の（ａ）に示すように押し付け力を連続的に変化させると、図７の（ｂ）に示すように組織部位が変化した。図７の（ｂ）はエコー画像である。また、組織部位の変化に伴う各層の間隔表は図７の（ｃ）に示すようになり、初期押し付け力からの変化率は図７の（ｄ）に示す特性表のようになった。
【００９５】
図８に、図７の（ｄ）の初期押し付け力からの変化率の特性表をグラフ化したものを示す図である。
【００９６】
図９は組織に押し付け力を加えたときの組織各層の伸縮態様を模式的に示す図である。層状の組織は図９の（ａ）のように複数のバネがつながったものに模式化できる。これに力Ｆを加えると図９の（ｂ）のようになる。組織各層は全体的に伸縮する。
【００９７】
図１０は、組織のＢ−Ｃ層及びＣ−Ｄ層の押し付け力に対する弾性指標の特性図である。
【００９８】
一般的に図８のように押し付け力に対して組織の厚さの変化は線形にはならない。これは押し付け力に伴って組織の硬度が増す、ひずみ硬化と呼ばれる現象である。そのため組織の評価のために必要となる、押し付け力に対して一定の（押し付け力に依存しない）指標を得るためには、押し付け力をある関数で変換し線形の近似を行なう必要がある。利用する関数を自然対数（ｌｎ）とし、Ｆを押し付け力、ｋ’を弾性指標、Δｘを組織の移動量とすると、
ｋ’＝−ｌｎ（Ｆ）／Δｘ
と表される。図１０は押し付け力Ｆに対する弾性指標ｋ’を計算してグラフ化したものである。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、超音波送受信部６、押し付け力受信部７、組織変形量検出部８等の部材を備える場合について説明したが、本発明に係る超音波生体組織測定装置は、このような構成に限定されるものではない。本発明に係る超音波生体組織測定装置は、押し付け力測定部から受信した測定結果と、超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出する弾性指標算出部を備え、押し付け力測定部は歪みセンサ又は圧力センサであればよい。
【０１００】
〔超音波生体組織測定装置１の動作の例１〕
次に、図１１を用いて超音波生体組織測定装置１の動作の一例について説明する。図１１は超音波生体組織測定装置１の動作の一例を示すフロー図である。
【０１０１】
まず、メモリ（記録部）に、弾性指標ｋｔ、組織１１の種類を示す情報、押し付け力による組織１１の変化量Δｘ、層情報ｎ及び押し付け力ｆの関係を表すテーブル並びに窓幅ｗ、当該窓の移動間隔を記憶させておき（ステップＳ０）、その後、処理を開始する。
【０１０２】
次に、超音波送受信部６が超音波プローブ４から組織１１の深度に応じた超音波を組織１１に対して発するように制御する。そして、組織１１からのエコーを超音波プローブ４を介して受信し、エコーの深度−輝度特性（１次元及び２次元）を得て、その深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す信号を組織変形量検出部８及び表示部１０に出力する（ステップＳ１）。
【０１０３】
次に、組織変形量検出部８は、超音波送受信部６から受信した深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す信号に対して、メモリより読み出した窓幅ｗの窓を、メモリより読み出した移動間隔だけ、深さ方向にずらしながら最大値を算出していき、その最大値の曲線を求め、当該最大値が窓を窓幅の値だけ移動させても変化しない部分の中心位置を組織位置とする（ステップＳ２）。
【０１０４】
一方、押し付け力受信部７は、押し付け力測定センサ５から押し付け力の測定値Ｆを受信し、弾性指標算出部９に送信する（ステップＳ３）。
【０１０５】
弾性指標算出部９は、複数の押し付け力における組織位置の位置の変化量を、組織の厚さの変化量Δｘとして、当該Δｘと、押し付け力受信部７から得た押し付け力Ｆとを、メモリから読み出したテーブルに当てはめて、弾性指標ｋｔを算出する。このとき、弾性指標を算出する対象の組織１１の種類を示す情報及び層情報を、例えばユーザに入力を要求するなどして、入力部（図示せず）に入力させて、取得する。この組織１１の種類を示す情報及び層情報の取得は、ステップＳ０のとき等、弾性指標算出部９による処理の前に予め行なっておいてもよいし、弾性指標算出部９が処理する過程で、ユーザに入力を要求して取得してもよい。次に、弾性指標算出部９は、算出したｋｔ、算出に用いたΔｘ及び押し付け力Ｆを表示部１０に送信する（ステップＳ４）。
【０１０６】
最後に、超音波送受信部６から受信したエコーの深度−輝度特性（１次元及び２次元）を示す情報、弾性指標算出部９から受信したΔｘ、押し付け力Ｆ及び弾性指標ｋｔを表示部１０が表示して（ステップＳ５）処理を終える。
【０１０７】
以上のように本発明によれば、組織の硬さに関する指標を容易に取得することができる。また、本発明によれば、超音波測定の精度を向上させることにより、体組織のように皮膚、脂肪、筋、骨等と階層構造をなす軟組織に対しても、各階層毎に弾性指標を算出できる。
【０１０８】
〔超音波生体組織測定装置１の動作の例２〕
超音波生体組織測定装置１の動作の別の例について説明する。この例では、皮下組織の種類によって異なる、押し付けによる変形で分類することで、組織の状態を判定する。例えば、皮下脂肪及び筋肉の厚みと、被験者がリンパ浮腫に該当するかとの相関情報を図１２に示す。図１２は、本発明における状態−厚さ相関情報の一例を示す図である。超音波プローブを押し付ける前の測定対象組織の厚さを横軸にし、初期皮下脂肪厚としている。また、超音波プローブを押し付けることによる測定対象組織の厚さの変化を含む指標として、大腿直筋厚変化に対する皮下脂肪厚変化を縦軸としている。これは図５における、ＡからＢの厚さ／ＢからＣの厚さである（図１２中「Ａ−Ｂ／Ｂ−Ｃ」と示している。）。測定対象の組織１１の状態とは、図１２のグラフのプロット領域を４種類に分類したもののうちの、所属する領域である。領域Ｉ及び領域ＩＩはリンパ浮腫の症例が無いグループであり、領域ＩＩＩ及び領域ＩＶはリンパ浮腫の症例があるグループである。図１２中に、四角枠で囲った数字は被験者の番号を示す。また、エラーバーは図１３に基づいて算出したものである。図１３は被験者毎の大腿直筋厚と皮下脂肪厚との関係を示す図である。図１３に示すように被験者毎の大腿直筋厚及び皮下脂肪厚をグラフ上にプロットした上で、直線回帰させる。そのとき算出される標準誤差が上記エラーバーである。
【０１０９】
図１２のグラフで示される、状態−厚さ相関情報は、弾性指標算出部９のメモリ等に保存されていてもよく、外部の記録媒体に保存されていてもよい。
【０１１０】
超音波プローブ４により、組織１１の厚さの変化を測定し、測定結果が弾性指標算出部９に送られ、弾性指標算出部９が状態−厚さ相関情報に基づいて、測定した組織１１の厚さの変化に対応する組織１１の状態を判定する。つまり、弾性指標算出部９は、組織１１が領域Ｉ〜ＩＶのいずれの領域に属するかを判定する。組織１１がいずれの領域に属するかという結果が、弾性指標の一つである。即ち、組織１１が属する領域は、組織１１の弾性の指標ということができる。症例があるか否かと弾性とに相関関係があるからである。なお、初期の皮下脂肪の厚さは予め弾性指標算出部９のメモリ又は外部の記録媒体等に保存しておけばよい。
【０１１１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、組織の硬さ及び柔らかさ等の質を、非侵襲で測定することが求められる分野、例えば健康医療、農業（肉質の評価）、漁業（肉質の評価）で利用することができる。また超音波プローブ部分に移動機構等の大がかりな装置が必要ないので、屋内だけでなく屋外等に持ち運ぶための携帯用の装置としても使用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 超音波生体組織測定装置
２、２０２、２０２’、２０２’’ 測定部
３ 解析部
４、２０４、 超音波プローブ
５ 押し付け力測定センサ（押し付け力測定部、歪みセンサ）
６ 超音波送受信部
７ 押し付け力受信部
８ 組織変形量検出部
９ 弾性指標算出部
１０ 表示部
１１ 組織（測定対象組織）
２０４ａ 端面
２０５ 押し付け力測定センサ（押し付け力測定部、圧力センサ）
２１２ 筐体
２１２ａ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、
測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、
弾性指標算出部とを備え、
上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである、超音波生体組織測定装置。
【請求項２】
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサである、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項３】
上記超音波プローブが、開口部を有する筐体に、当該開口部から上記超音波プローブの測定対象組織に押し付ける端面が出た状態で、格納されており、
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであり、
上記圧力センサは、上記端面の重心を通り、上記端面に垂直な線上であって、上記超音波プローブの表面と上記筐体との間に設置されている、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項４】
上記弾性指標算出部は、予め設定されている、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を算出するものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項５】
上記関係情報は、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報と、さらに、測定対象組織の種類を示す情報との関係を示す情報である、請求項４に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項６】
上記弾性指標算出部は、超音波プローブを押し付ける前の測定対象組織の厚さと、超音波プローブを押し付けることによる測定対象組織の厚さの変化を含む指標と、測定対象組織の状態との関係を示す状態−厚さ相関情報から、超音波プローブを押し付けることによって測定された測定対象組織の厚さの変化に基づいて、上記弾性指標である測定対象組織の状態を判定する、測定対象組織状態判定手段をさらに含む、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項１】
測定対象組織に超音波を発し、且つ、測定対象組織から反射した超音波を受信する超音波プローブと、
測定対象組織に対して、上記超音波プローブを押し付ける力を測定する押し付け力測定部と、
弾性指標算出部とを備え、
上記弾性指標算出部は上記押し付け力測定部から受信した測定結果と、上記超音波プローブが受信した超音波信号から検出した測定対象組織の厚さの変化とから測定対象組織の弾性指標を算出するものであり、
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサ、又は、上記超音波プローブが筐体に格納されており、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサである、超音波生体組織測定装置。
【請求項２】
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに生じる上記超音波プローブの歪みを測定する歪みセンサである、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項３】
上記超音波プローブが、開口部を有する筐体に、当該開口部から上記超音波プローブの測定対象組織に押し付ける端面が出た状態で、格納されており、
上記押し付け力測定部は、上記超音波プローブが測定対象組織に押し付けられたときに上記超音波プローブが上記筐体に押し付けられることによって生じる圧力を測定する圧力センサであり、
上記圧力センサは、上記端面の重心を通り、上記端面に垂直な線上であって、上記超音波プローブの表面と上記筐体との間に設置されている、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項４】
上記弾性指標算出部は、予め設定されている、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報との関係を示す関係情報から、測定された変化量及び押し付け力に基づいて弾性指標を算出するものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項５】
上記関係情報は、弾性指標と、測定対象組織の厚さの変化量と、測定対象組織に対する押し付け力と、測定対象組織が層構造であるときにどこの層かを表す情報と、さらに、測定対象組織の種類を示す情報との関係を示す情報である、請求項４に記載の超音波生体組織測定装置。
【請求項６】
上記弾性指標算出部は、超音波プローブを押し付ける前の測定対象組織の厚さと、超音波プローブを押し付けることによる測定対象組織の厚さの変化を含む指標と、測定対象組織の状態との関係を示す状態−厚さ相関情報から、超音波プローブを押し付けることによって測定された測定対象組織の厚さの変化に基づいて、上記弾性指標である測定対象組織の状態を判定する、測定対象組織状態判定手段をさらに含む、請求項１に記載の超音波生体組織測定装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８６００２（Ｐ２０１２−８６００２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８５０９（Ｐ２０１１−１１８５０９）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５１０１７０３６１）株式会社グローバルヘルス (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５１０１７０３６１）株式会社グローバルヘルス (1)
【Ｆターム（参考）】
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