JP4532150B2 - 探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、探触信号を被検物に送信し、被検物から反射されてきた信号を受信して信号処理することによって被検物内部の態様を探触する探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法に関するものである。

従来の探触システムは、図６に示すように、被検物に探触信号を送受信する探触子１０１と、その制御を行う探触装置１０２で構成され、探触装置１０２は、探触子１０１で受信した探触信号を入力する探触信号入出力部１０３と、信号処理を行う信号処理部１０４と、画像を表示する表示部１０７と、探触装置の制御を司る装置制御部１０５と、探触装置１０２を操作する操作入力部１０６とで構成されており、被検物内部の態様を外部からの走査により被検物を開いたり破壊したりすることなく表示部１０７に表示するものである。
一方、探触子（超音波プローブ）に加速度センサを備え、超音波プローブの回転に応じて表示画像を自動的に回転させることによって、診断中に超音波プローブの角度を変えても、臓器イメージが回転せず、臓器やその位置の認識が容易となる超音波診断装置が提案されている（例えば下記の特許文献１参照）。
特開平７−１２４１５６号公報

しかしながら、従来の探触システムにおいては、被検物の探触を行う場合に、探触子を片手に持ち、もう一方の手で本体（探触装置）の操作をしなければならなかった。
また、特許文献１に記載された技術は、表示のみの制御であり、本体の操作制御を行うことはできず、また表示した画像の角度などを積極的に変えることもできない。
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、被検物を探触する探触子のみで本体（探触装置）のキーボードなどの操作部に触れることなく装置を操作することができる探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の探触システムは、動きを検出する動き検出手段及び被検物に探触信号を送受信する探触素子とを有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触装置は、前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、前記探触装置の動作モードの遷移を行う。
この構成により、探触子の動き検出手段によって探触子の動きを検出することができ、あらかじめ設定された動かし方で探触子を動かすことによって探触装置の操作をすることができることとなる。

請求項２に記載の探触システムは、前記探触子が、動き検出許可スイッチを有し、前記動き検出許可スイッチの操作に基づいて、前記装置制御部が探触装置の動作制御を行うことを特徴とする。
この構成により、動き検出許可スイッチが操作されたときや操作されているときに、探触子の動き応じた操作を可能にすることによって、誤操作を防ぐことが可能となる。

請求項３に記載の探触システムは、前記探触装置は、前記探触子に対して探触信号を入出力する探触信号入出力部と、前記探触信号入出力部に入力された探触信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理された画像を表示する表示手段とを有し、
前記装置制御部は、画像を連続的に記憶可能な記憶手段を有し、前記信号処理された探触信号を画像に変換して前記画像を前記記憶手段に記憶するとともに連続画像及び静止画像を再生して前記表示手段に表示する制御を行うとともに前記動き検出信号解析手段で解析された前記探触子の動きに基づいて、前記連続画像及び静止画像の再生制御を行うことを特徴とする。
この構成により、探触子を動かすことによって、探触装置における画像表示の制御をすることができることとなる。

請求項４に記載の探触システムは、前記探触子は、前記画像を静止させるフリーズスイッチを有し、前記フリーズスイッチの操作に基づいて、前記装置制御部が前記画像を静止させることを特徴とする。
この構成により、探触子を動かすことなく、かつ探触装置本体も操作することなく、探触して表示した画像を静止させることができることとなる。

請求項５に記載の探触システムは、動きを検出する動き検出手段及び被検物に探触信号を送受信する探触素子とを有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触装置は、前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、任意に動かされた前記探触子の動きを記憶し、前記探触子の任意の動きと前記探触装置の動作制御とを任意に対応づけることにより、操作者が任意に設定した探触子の動きによって前記探触装置の制御を可能とする。
この構成により、操作者の嗜好に応じて任意の探触子の動かし方を定義することができ、この定義した動かし方で探触子を動かすことによって、探触装置の任意の操作をすることができることとなる。

請求項６に記載の探触システムは、被検体に探触信号を送受信する探触素子を有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触子は、動きを検出する動き検出手段を係止可能な係止手段を有し、前記探触装置は、前記探触子に係止された動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、前記探触装置の動作モードの遷移を行う。
この構成により、探触子内手段に動き検出手段を設けなくとも、動き検出手段を探触子に係止させることができ、この係止された動き検出手段によって探触子の動きを検出して探触装置の操作をすることができることとなる。

請求項８に記載の探触子は、前記請求項１から７までのいずれか１つに記載の探触システムに接続可能な、動き検出手段を有する。
この探触子により、探触装置の制御を行うことができることとなる。

請求項９に記載の探触装置は、前記請求項１から８までのいずれか１つに記載の探触子が接続可能である。
この構成により、動き検出手段を有した探触子を接続できるので、探触装置自体を操作しなくても、装置の制御を行うことができることとなる。

請求項１０に記載の探触システム制御方法は、動きを検出する動き検出手段を有した探触子から入力された動き検出信号を解析し、前記動き検出信号の解析結果に基づいて、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、動作モードの遷移を行う。
この構成により、探触子の動き検出手段によって探触子の動きを検出することができ、探触子を動かすことによって探触装置の操作をすることができることとなる。

請求項１１に記載の探触システム制御方法は、動きを検出する動き検出手段を有した探触子から入力された動き検出信号を解析して任意に動かされた探触子の動きを記憶し、前記探触子の任意の動きと探触装置の動作制御とを任意に対応づけることにより、操作者が任意に設定した探触子の動きによって前記探触装置の制御を可能とする。
この構成により、操作者の嗜好に応じて任意の探触子の動かし方を定義することができ、この定義された動かし方で探触子を動かすことによって、探触装置の任意の操作をすることができることとなる。

本発明は、探触子に動き検出手段を設け、この動き検出手段で検出した動き検出信号を解析する手段と、その解析結果に応じて探触装置の制御を行う装置制御手段を探触装置に設けることにより、探触子を動かすことによって本体（探触装置）を操作することができるので操作性が向上するという効果を有する探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法について、図面を用いて説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る探触システム、探触装置及び探触子を図１に示す。ここでは一例として、本実施の形態の探触装置が超音波診断装置本体、探触子が超音波プローブであるとして説明する。

本実施の形態の探触システムは、動き検出部３を内蔵し、生体に対して超音波を送受信する探触子１と、探触子１で受信した超音波信号及び動き検出信号を入力し、動き検出信号を解析してその動きに応じて、受信した超音波信号の信号処理や画像表示制御を行う探触装置２とで構成される。

探触子１は、超音波パルスを被検物（生体）に送信し、生体内部の組織から反射してきた反射超音波信号を受信する探触素子（図示せず）及び動きを検出する動き検出部３で構成される超音波プローブである。ここで、探触子１がアレイプローブである場合は、探触素子は複数設けられており、そのそれぞれが超音波パルスを送信し反射超音波信号を受信する。
動き検出部３は、加速度センサ、ジャイロセンサ又は振動センサなどが好適であり、探触子１の動きを検出し、動きに応じた信号を動き検出信号として出力する。

探触装置２は、動き検出信号入力部４、動き検出信号解析部５、探触信号入出力部６、信号処理部７、装置制御部８、表示部９で構成される超音波診断装置本体である。
動き検出信号入力部４は、動き検出部３で検出された探触子１の動きに応じた信号が入力され、フィルタ処理、増幅処理などを行って動き検出信号を動き検出信号解析部５へ出力する。
動き検出信号解析部５は、動き検出信号入力部４から出力された動き検出信号を解析する。加速度センサなどの検出信号は通常加速度の大きさに応じた電圧値で示されるので、この電圧値の大きさ、変化を解析することによって、探触子１がどのように動いたかを解析する。
探触信号入出力部６は、探触子１から生体へ送信される超音波パルスを発生させるとともに、探触子１で受信して出力された探触信号である反射超音波信号が入力され、フィルタ処理、増幅処理などを行って反射超音波信号を信号処理部７へ出力する。
信号処理部７は、受信した反射超音波信号を表示部９へ表示するために、複数の反射超音波信号の遅延加算処理、A/D変換処理、スキャンコンバートなどの通常の超音波診断装置において一般に行われている処理を行う。
装置制御部８は、動き検出、動き解析の処理を行い、その動きに応じた操作の制御を行うとともに、超音波画像表示のために探触装置２全体の制御を行う。
表示部９は、超音波画像などの表示を行う、ＣＲＴや液晶などの表示装置である。

以上のように構成された探触システム、探触装置及び探触子の動作について説明する。
超音波画像の表示については通常の超音波診断装置において一般に行われている処理と同様であるので、ここでは説明を割愛し、動き検出とそれによる探触装置の操作制御について説明する。

動き検出部３は、加速度を検出する加速度センサ又は角速度を検出する角速度センサ（ジャイロセンサ）などを利用することができ、通常これらのセンサは所定方向への動きなどを検出すると、その動きの大きさに応じた電圧値を出力する。
これらのセンサの１つを、例えば、図２に示す動き方向１１、動き方向１２の方向を検出するように探触子１に設置すれば、この動き方向１１、１２の二次元方向の動きを検出でき、その動きの大きさが電圧値として出力される。そして出力信号である動き検出信号が探触装置２の動き検出信号入力部４に入力される。

また、動き方向１１、１２に対して垂直方向にさらなるセンサを設置すれば、三次元方向の動きを検出することができ、これによって図２に示す動き方向１３のような探触子１の回転や、動き方向１４のような動きも検出することができる。
動き検出信号４に入力された動き検出信号は、動き検出信号解析部５において、探触子１がどのように動かされたかを解析する。
この動き検出信号解析部５によって、図２で示した動き方向１１、１２の二次元方向のみの動きや、動き方向１３に示す回転、そして動き方向１４に示した「Ｎ」のような動きを検出することができる。

そして装置制御部８が動き検出信号解析部５によって解析されたプローブの動きに応じて、装置を制御する。
例えば、「Ｃ」を描くようにプローブが動かされたときは、カラーフローモードになると定義している場合は、操作者が「Ｃ」を描くようにプローブを動かすとカラーフローモードに遷移するように制御され、また、「Ｎ」を描くようにプローブを動かすと、フリーズが解除される、といった制御を行うことができるので、プローブを動かすことによって装置本体に触れることなく、装置の操作をすることができるようになる。

プローブの動きと装置の動作との対応は、あらかじめ設定されたものだけでなく、操作者の嗜好に応じて、カスタマイズすることも可能である。
カスタマイズの方法について図５を用いて一例を説明する。
まず、探触装置２上の操作卓（図示せず）にある所定のキー又はメニューの選択により、動きを記憶させるためのカスタマイズモードに入ると、カスタマイズモードに入ったことが表示部９に表示される（ステップＳ４１）。
このときに所定のキー（仮に設定キーと呼ぶ）を押しながらプローブを所望の方向に移動や回転などをさせ、この設定キーの押下が終了したときまでのプローブの動きを検出、解析し装置制御部８内のメモリー（図示せず）に記憶する（ステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４）。

設定キーの押下が終了するとプローブの動き検出を終了し（ステップＳ４５）、「今動かしたプローブの動きに対応した機能を選択してください」と表示部９に表示し（ステップＳ４６）、このときに対応させたいキーを押すか、又はメニューを選択する。
ここで押下されたキー又はメニューの機能と、先だって記憶させたプローブの動きが対応づけられて記憶され（ステップＳ４７）、カスタマイズモードが終了する。
このようにすることによって、所望の動きと所望の操作とを対応させることができ、以後ここで記憶させたようにプローブを動かすことによって、装置の操作卓を操作することなく、プローブのみを動かすことによって装置の所望の操作を行うことができるようになる。

また、超音波診断装置では、一般にシネメモリと呼ばれる画像メモリーを備えており、このシネメモリに受信した超音波信号から描画すべき画像を逐次記憶しておき、その記憶した画像を連続的に動画として再生させることができる。

このシネメモリの操作について以下に説明する。
信号処理部７で処理された超音波画像は、装置制御部８内の画像メモリー（図示せず）に記憶され、同様に装置制御部８内のシネメモリ（図示せず）へ逐次記憶されていく。 このシネメモリに記憶された連続画像を再生する場合、経過時間に従って再生する順方向再生と、経過時間とは逆に再生する逆方向再生とを行うことができ、これらの再生で、画像の読み出しスピードを可変させることによってその再生スピードを変えることができる。

このシネメモリ再生の制御を、プローブの動きによって行うことができる。すなわち、図２に示す、動き方向１１の方向にプローブを動かすと逆方向再生、動き方向１２の方向にプローブを動かすと順方向再生とすれば、プローブの動きによってシネメモリの再生方向を制御することができる。
また、動き方向１１、１２への傾きの大きさに応じて再生速度を可変させることもでき、動き方向１１、１２への傾ける速度に応じて再生速度を可変させるようにしてもよい。
このようにプローブの動きに応じてシネメモリの再生制御を行うことによって、装置本体に触れることなく、プローブの動きのみでシネメモリの再生操作を行うことができるようになるので、操作性が向上する。
超音波診断装置における診断において、超音波画像を取り込み、その取り込んだ画像をシネメモリで再生させることは頻繁に行われていることであり、この操作をプローブのみの操作により実現できるということは、超音波診断装置による診断の操作性を飛躍的に向上させることができるものである。

以上のように本発明の第１の実施の形態の探触システムによれば、探触子１の動きを検出して、それに対応した探触装置２の操作をすることができ、探触装置２本体に触れることなく操作することができるようになる。
超音波診断装置のような探触装置においては、操作者が操作するもっとも頻度が高いものはプローブであり、そのプローブのみを動かすことによって装置本体を操作することが可能となるので、操作性を飛躍的に向上させることができるようになる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の探触子を図３に示す。
図３において、フリーズスイッチ２１は、プローブ（探触子１）を被検体にあて、所望の超音波診断画像を表示部９に表示したときに、その画像を静止させて内部のメモリーに一時的に記憶させるためにプローブの押しやすい位置に設置されたスイッチである。
動き検出許可スイッチ２２は、動き検出によって探触装置２を操作したいときに押すスイッチである。
プローブの動きによって探触装置２を制御する場合、診断のために被検体にプローブをあてているときはプローブを動かすことができないので、フリーズスイッチ２１をプローブに設置しておくことによって操作がさらに便利になる。フリーズスイッチ２１のようなスイッチをプローブに設けることは従来から知られている構成であるが、本発明の、プローブの動きによって探触装置２を操作するという構成においては、さらに操作性を向上させるものである。

また、プローブの動きによって探触装置２の操作を行う場合、プローブによって被検体をスキャンしているときにも、動かし方によって探触装置２本体が操作されてしまうこともありうる。そこで、動き検出許可スイッチ２２を設け、動き検出をさせたいときにこの動き検出許可スイッチ２２を押してプローブに所望の動きを与えれば、スキャンの動きを、操作のための動きと誤認識してしまうことを避けることができるので、誤操作をさけることが可能となる。
ここで、動き検出を許可するときはこの動き検出許可スイッチ２２を１回押した後の動きを検出するようにしてもよいし、動き検出許可スイッチ２２を押しながらプローブを動かしたときに動きを検出するようにしてもよい。
以上のように本発明の第２の実施の形態の探触子１を探触装置２に接続することによって、操作性の向上と、誤操作の回避が可能となる。

＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態の探触子を図４に示す。
図４（ａ）において、係止部３１は、動き検出部３を係止させることができる窪みや突起などである。また、図４（ｂ）はこの係止部３１に動き検出部３を装着させた探触子１を示している。
探触子１の内部に動き検出部３を組み込むことがスペースの都合などで困難な場合、またはすでに完成されたプローブにおいても動き検出をさせたい場合には、プローブの外部に動き検出部３を装着すればよい。プローブに係止部３１を設けることによって動き検出部３１をプローブに装着させることができるようになる。

ところで、通常超音波診断装置を用いた診断では、バイオプシ（穿刺針）という針を、超音波画像でガイドしながら体内に挿入して体内の細胞を摂取することが行われている。通常超音波診断装置のプローブにはこのバイオプシを用いるためのアタッチメントを装着するための窪みなどの係止部３１が設けられている。
動き装着部３１を装着するために係止部３１を設けてもよいし、このバイオプシアタッチメントを装着するための係止部３１を、動き検出部３を装着するために兼用することもできる。

動き検出部３１で検出した動き検出信号は、図４（ｂ）に示したように信号線によって装置本体に導くこともできるが、動き検出部３側に無線送信部を、探触装置２側に無線受信部を設ければ、無線通信によって信号線を用いることなく動き検出信号を装置本体に伝達することができ、煩雑な配線が不要となる。
以上のように本発明の第３の実施の形態の探触子１を探触装置２に接続することによって、動き検出部を内蔵しないプローブにおいても動き検出部３を外部に係止することによって動き検出による操作をすることができるようになる。

以上のように、本発明にかかる探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法は、探触子を動かすことによって本体（探触装置）を操作することができるので操作性が向上するという効果を有し、超音波診断装置をはじめ、被検物内部の態様を探触する探触システム、探触装置及び探触子並びに探触システム制御方法などとして有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る探触システムのブロック図 本発明の第１の実施の形態における探触子の動きを示した図 本発明の第２の実施の形態における探触子の図 （ａ）本発明の第３の実施の形態における探触子の図 （ｂ）本発明の第３の実施の形態における探触子に動き検出部を取り付けた図 本発明の第１の実施の形態におけるカスタマイズの動作説明のためのフロー図 従来の探触装置のブロック図

符号の説明

１ 探触子
２ 探触装置
３ 動き検出部
４ 動き検出信号入力部
５ 動き検出信号解析部
６ 探触信号入出力部
７ 信号処理部
８ 装置制御部
９ 表示部
１１〜１４ 動き方向
２１ フリーズスイッチ
２２ 動き検出許可スイッチ
３１ 係止部

Claims (11)

1. 動きを検出する動き検出手段及び被検物に探触信号を送受信する探触素子とを有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触装置は、前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、前記探触装置の動作モードの遷移を行う探触システム。
2. 前記探触子が、動き検出許可スイッチを有し、前記動き検出許可スイッチの操作に基づいて、前記装置制御部が探触装置の動作制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の探触システム。
3. 前記探触装置は、前記探触子に対して探触信号を入出力する探触信号入出力部と、前記探触信号入出力部に入力された探触信号の信号処理を行う信号処理部と、前記信号処理された画像を表示する表示手段とを有し、
   前記装置制御部は、画像を連続的に記憶可能な記憶手段を有し、前記信号処理された探触信号を画像に変換して前記画像を前記記憶手段に記憶するとともに連続画像及び静止画像を再生して前記表示手段に表示する制御を行うとともに前記動き検出信号解析手段で解析された前記探触子の動きに基づいて、前記連続画像及び静止画像の再生制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の探触システム。
4. 前記探触子は、前記画像を静止させるフリーズスイッチを有し、前記フリーズスイッチの操作に基づいて、前記装置制御部が前記画像を静止させることを特徴とする請求項１に記載の探触システム。
5. 動きを検出する動き検出手段及び被検物に探触信号を送受信する探触素子とを有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触装置は、前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、任意に動かされた前記探触子の動きを記憶し、前記探触子の任意の動きと前記探触装置の動作制御とを任意に対応づけることにより、操作者が任意に設定した探触子の動きによって前記探触装置の制御を可能とする探触システム。
6. 被検体に探触信号を送受信する探触素子を有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触子は、動きを検出する動き検出手段を係止可能な係止手段を有し、前記探触装置は、前記探触子に係止された前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、前記探触装置の動作モードの遷移を行う探触システム。
7. 被検体に探触信号を送受信する探触素子を有する探触子と、前記探触子が接続可能な探触装置とを備え、前記探触子は、動きを検出する動き検出手段を係止可能な係止手段を有し、前記探触装置は、前記探触子に係止された前記動き検出手段が検出した動き検出信号を入力する動き検出入力手段と、入力された前記動き検出信号を解析する動き検出信号解析手段と、前記動き検出信号解析手段で解析した結果に基づいて探触装置の動作制御を行う装置制御部を有し、前記装置制御部が、任意に動かされた前記探触子の動きを記憶し、前記探触子の任意の動きと前記探触装置の動作制御とを任意に対応づけることにより、操作者が任意に設定した探触子の動きによって前記探触装置の制御を可能とする探触システム。
8. 前記請求項１から７までのいずれか１つに記載の探触システムに接続可能な、動き検出手段を有した探触子。
9. 前記請求項１から８までのいずれか１つに記載の探触子が接続可能な探触装置。
10. 動きを検出する動き検出手段を有した探触子から入力された動き検出信号を解析し、前記動き検出信号の解析結果に基づいて、あらかじめ決められた前記探触子の動きに対応して、動作モードの遷移を行う探触システム制御方法。
11. 動きを検出する動き検出手段を有した探触子から入力された動き検出信号を解析して任意に動かされた探触子の動きを記憶し、前記探触子の任意の動きと探触装置の動作制御とを任意に対応づけることにより、操作者が任意に設定した探触子の動きによって前記探触装置の制御を可能とする探触システム制御方法。