特許 6266537 軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6266537

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】軟組織軟骨境界面検出方法、軟組織軟骨境界面検出装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 8/08 20060101AFI20180115BHJP

【ＦＩ】

   A61B8/08ZDM

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-554214(P2014-554214)

(86)(22)【出願日】2013年11月5日

(86)【国際出願番号】JP2013079826

(87)【国際公開番号】WO2014103512

(87)【国際公開日】20140703

【審査請求日】2016年9月24日

(31)【優先権主張番号】特願2012-286738(P2012-286738)

(32)【優先日】2012年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】喜屋武 弥

【審査官】 永田 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０７９７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０００３０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５０５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８８９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２０３４３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ８／００ − ８／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検知体内の軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出方法であって、
第１の状態で超音波信号を前記被検知体内に送信して第１のエコー信号を得る第１エコー信号送受信工程と、
第２の状態で超音波信号を前記被検知体内に送信して第２のエコー信号を得る第２エコー信号送受信工程と、
前記第１のエコー信号を用いて前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号を検出し、前記第２のエコー信号を用いて前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号を検出する軟骨下骨検出工程と、
前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号とから、前記第１の状態から前記第２の状態への軟骨下骨の移動ベクトルを検出する、移動ベクトル検出工程と、
前記軟骨下骨の移動ベクトルにより、前記第１のエコー信号の各サンプル位置と、前記第２のエコー信号の各サンプル位置との位置合わせを行い、位置合わせ後の同一サンプル位置のエコー信号に基づいて、前記軟組織と前記軟骨の境界面を検出する、境界面検出工程と、
を有することを特徴とする軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項2】

請求項１に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記境界面検出工程は、
前記位置合わせ後における各サンプル位置での前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号の類似度を検出し、前記類似度から前記境界面を検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項3】

請求項２に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記境界面検出工程は、
前記類似度として、前記サンプル位置を含む比較対象領域の前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号の相関係数を算出し、該相関係数に基づいて前記境界面を検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項4】

請求項２に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記境界面検出工程は、
前記類似度として、前記サンプル位置を含む比較対象領域の前記第１のエコー信号と前記第２のエコー信号からノルムを算出し、当該ノルムに基づいて前記境界面を検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記移動ベクトル検出工程は、
前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号に対して注目領域を設定し、
前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号に対して下骨用比較対象領域を設定し、
前記注目領域に対して類似度が高い前記下骨用比較対象領域を類似領域として検出し、前記注目領域と前記類似領域との位置関係から前記移動ベクトルを検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項6】

請求項５に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記移動ベクトル検出工程は、
前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号に対して、前記注目領域よりも広い下骨用探索領域を設定し、該下骨用探索領域内で前記下骨用比較対象領域を設定する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記移動ベクトル検出工程は、
前記類似度として、前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号の相関係数を算出し、該相関係数に基づいて前記類似領域を検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項8】

請求項５または請求項６に記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記移動ベクトル検出工程は、
前記類似度として、前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号のノルムを算出し、該ノルムに基づいて前記類似領域を検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記軟骨下骨検出工程は、
前記第１のエコー信号の信号強度を深度方向に沿って表面側から順次取得していき、所定深度に亘り、前記信号強度が軟骨下骨検出用閾値未満であることを検出した後に、前記軟骨下骨検出用閾値以上の信号強度を検出した範囲の信号を、前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号として検出し、
前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２のエコー信号との類似度を検出し、最も類似度の高いエコー信号を前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項10】

請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出方法であって、
前記軟骨下骨検出工程は、
前記第１のエコー信号の信号強度を深度方向に沿って深部側から順次取得していき、前記軟骨下骨検出用閾値以上の信号強度を検出した範囲の信号を、前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号として検出し、
前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２のエコー信号との類似度を検出し、最も類似度の高いエコー信号を前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する、
軟組織軟骨境界面検出方法。

【請求項11】

被検知体内の軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出装置であって、
第１の状態で超音波信号を前記被検知体内に送信して第１のエコー信号を出力し、前記第１の状態とは前記軟組織と前記軟骨との位置関係が異なる第２の状態で前記超音波信号を前記被検知体内に送信して第２のエコー信号を出力する送受信部と、
前記第１のエコー信号を用いて前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号を検出し、前記第２のエコー信号を用いて前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号を検出し、前記第１の状態の軟骨下骨エコー信号と前記第２の状態の軟骨下骨エコー信号とから前記第１の状態から前記第２の状態への軟骨下骨の移動ベクトルを検出し、前記軟骨下骨の移動ベクトルにより、前記第１のエコー信号の各サンプル位置と、前記第２のエコー信号の各サンプル位置との位置合わせを行い、位置合わせ後の同一サンプル位置のエコー信号に基づいて、前記軟組織と前記軟骨の境界面を検出する、データ解析部と、
を備えることを特徴とする軟組織軟骨境界面検出装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
前記送受信部は、前記エコー信号を送受信する面に平行な方向に沿って配列された複数の振動子を備える、
軟組織軟骨境界面検出装置。

【請求項13】

請求項１１に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
前記送受信部は、前記エコー信号を送受信する面に平行な方向と、該エコー信号を送受信する面に平行な方向と前記超音波信号の送信方向に直交する方向とから規定される領域に二次元的に配列された複数の振動子を備える、
軟組織軟骨境界面検出装置。

【請求項14】

請求項１１に記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
前記送受信部は、単一の振動子と、該振動子を、前記エコー信号を送受信する面に平行な方向に移動させる移動機構とを備える、
軟組織軟骨境界面検出装置。

【請求項15】

請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の軟組織軟骨境界面検出装置であって、
前記エコー信号を送受信する面に平行な方向は、前記軟組織と前記軟骨の相対位置を変化させる方向である、
軟組織軟骨境界面検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟骨と軟組織との境界面を、外部からの超音波で検出する軟組織軟骨境界検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軟骨の状態を診断するための情報を生成する装置が、各種考案されている。例えば、特許文献１の超音波診断装置では、超音波を送受波するプローブを、膝の表面に当接させ、当該プローブで得た膝内部からのエコー信号で、軟骨の状態を診断している。すなわち、特許文献１の超音波診断装置は、非侵襲で軟骨の状態を診断している。そして、特許文献１の超音波診断装置では、深度方向のエコー信号のレベル（強度）の差から、軟骨を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−３０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の装置および方法では、軟組織（筋肉や皮膚）のエコー信号レベルと軟骨のエコー信号レベルとの差から、軟骨表面を検出している。したがって、軟組織と軟骨とで、エコー信号のレベルに差が無ければ、軟骨表面を正確に検出することができない。

【0005】

そして、概ね従来の超音波信号では、軟組織と軟骨表面との境界面で急激に且つ正確にエコー信号レベルが変化するわけではなく、この境界面においてエコー信号レベルに大きな差が無い。このため、従来の方法では、軟骨表面を正確に検出することができない。

【0006】

本発明の目的は、非侵襲で軟組織と軟骨表面の境界面を正確に検出できる軟組織軟骨境界面検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、軟組織と軟骨の境界面を検出する軟組織軟骨境界面検出方法に関するものであって、次の特徴を有する。軟組織軟骨境界面検出方法は、第１エコー信号送受信工程、第２エコー信号送受信工程、軟骨下骨検出工程、移動ベクトル検出工程、および、境界面検出工程を有する。

【0008】

第１エコー信号送受信工程は、第１の状態で超音波信号を被検知体内に送信して第１のエコー信号を得る。第２エコー信号送受信工程は、第２の状態で超音波信号を被検知体内に送信して第２のエコー信号を得る。

【0009】

軟骨下骨検出工程は、第１のエコー信号から第１の状態の軟骨下骨エコー信号を検出し、第２のエコー信号から第２の状態の軟骨下骨エコー信号を検出する。

【0010】

移動ベクトル検出工程は、第１の状態の軟骨下骨エコー信号と第２の状態の軟骨下骨エコー信号とから、第１の状態から第２の状態への軟骨下骨の移動ベクトルを検出する。

【0011】

境界面検出工程は、移動ベクトルに基づいて第１の状態と第２の状態のエコー信号のサンプル位置を補正して、軟組織と軟骨の境界面を検出する。

【0012】

この方法では、軟骨が軟骨下骨に付着しており、軟組織が軟骨に付着しておらず軟組織が軟骨表面を横滑りできるようになっていることを利用している。

【0013】

超音波信号を送信するプローブを被検知体に接触させて移動させると、軟組織は追随し、軟骨および軟骨下骨は追随しない。したがって、プローブに対する軟骨下骨の位置変化と軟骨の位置変化とは一致し、移動ベクトルに相当するが、これらの位置変化とプローブに対する軟組織の位置変化とは一致しない。また、プローブを被検知体に接触させた状態で、軟組織と軟骨および軟骨がある被検知体側を屈曲させても、同様に、プローブに対する軟骨下骨の位置変化と軟骨の位置変化とは一致し、プローブに対する軟骨下骨の位置変化と軟組織の位置変化とは一致しない。

【0014】

したがって、移動ベクトルによって第１の状態のエコー信号のサンプル位置と第２の状態のエコー信号のサンプル位置を補正して、各サンプル位置のエコー信号を比較すれば、比較結果が軟組織と軟骨（および軟骨下骨）とで異なる。この異なる点を利用することで、軟組織と軟骨とを判別でき、軟組織と軟骨との境界面を検出できる。

【0015】

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、軟骨下骨検出工程は、第１のエコー信号の信号強度を深度方向に沿って順次取得していき、軟骨下骨検出用閾値以上の信号強度を検出した範囲の信号を、第１の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する。軟骨下骨検出工程は、第１の状態の軟骨下骨エコー信号と第２のエコー信号との類似度を検出し、最も類似度の高いエコー信号を第２の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する。

【0016】

また、この発明の軟組織軟骨境界面検出方法では、軟骨下骨検出工程は、第１のエコー信号の信号強度を深度方向に沿って深部側から順次取得していき、軟骨下骨検出用閾値以上の信号強度を検出した範囲の信号を、第１の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する。軟骨下骨検出工程は、第１の状態の軟骨下骨エコー信号と第２のエコー信号との類似度を検出し、最も類似度の高いエコー信号を第２の状態の軟骨下骨エコー信号として検出する。

【0017】

これらの方法では、軟骨下骨の具体的な検出方法を示している。

【発明の効果】

【0018】

この発明によれば、膝等の被検知体の外部から超音波信号を送信し、そのエコー信号を被検知体の外部で受信しながら、軟組織と軟骨表面との境界面を正確に検出することができる。これにより、軟骨からのエコーを正確に検出することができ、軟骨の診断に効果的に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０のプローブ１００の被検知体に対する設置態様を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る軟骨表面の検出概念を説明するための図である。

【図4】本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界面検出方法のフローチャートである。

【図5】第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでの各エコー信号の波形例を示す図である。

【図6】本実施形態に係る移動ベクトルの検出概念を説明するための波形図である。

【図7】本実施形態に係る移動ベクトルの定義を示す図である。

【図8】本実施形態に係る移動ベクトルの分布状態を示す図である。

【図9】エコーデータが軟骨９０１に属するか軟組織９０３に属するかを検出する方法（第１の方法）を説明するための波形図である。

【図10】エコーデータが軟骨９０１に属するか軟組織９０３に属するかを検出する方法（第２の方法）を説明するための波形図である。

【図11】振動子を移動させるメカニカルスキャンによる検出構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界面検出方法および軟組織軟骨境界面検出装置について、図を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る軟組織軟骨境界検出装置１０のプローブ１００の被検知体に対する設置態様を示す図であり、図２（Ａ）は第１状態（ｔ＝Ｔ１）の場合を示し、図２（Ｂ）は第２状態（ｔ＝Ｔ２）の場合を示す。なお、以下の説明では、プローブ１００を移動させる例を示したが、被検知体を動かす場合にも、以下の方法や構成を適用できる。例えば、被検知体である膝にプローブ１００を当接して固定し、膝を屈伸させるような場合であっても、適用できる。すなわち、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とにおいて、軟組織と軟骨との位置関係が変化するような方法および構成であれば適用できる。

【0021】

図３は、本実施形態に係る軟組織軟骨境界面の検出概念を説明するための図であり、図３（Ａ）は第１状態［Ｔ１］（ｔ＝Ｔ１）を示し、図３（Ｂ）は第２状態［Ｔ２］（ｔ＝Ｔ２）を示す。図３は、超音波信号が送信される領域およびその近傍領域の表面を平坦な平面に置き換えて見たものである。

【0022】

軟組織軟骨境界面検出装置１０は、操作部１１、送信制御部１２、エコー信号受信部１３、データ解析部１４、およびプローブ１００を備える。送信制御部１２、エコー信号受信部１３およびプローブ１００が、本発明の「送受信部」に相当する。

【0023】

操作部１１は、ユーザの操作入力を受け付ける。例えば、操作部１１は、複数の操作子（図示せず）を備え、操作子に対するユーザの操作から、軟骨表面を検出する処理の実行開始を送信制御部１２へ指示する。

【0024】

送信制御部１２は、超音波の周波数からなる搬送波をパルス状に波形成形した超音波信号を生成する。送信制御部１２は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］のそれぞれで、超音波信号を生成する。

【0025】

送信制御部１２は、超音波信号をプローブ１００へ出力する。プローブ１００は、送受波面に平行な方向へ配列された複数の振動子を備える（図３参照）。この振動子の配列方向が走査方向となる。各振動子は、所定の送信ビーム角からなる超音波信号を、被検知体内に向けて送信する。各振動子は、所定の時間間隔で超音波信号を送信し、その反射エコー信号を受信する。

【0026】

プローブ１００は、具体的には、図２に示すように、被検知体である膝の軟組織９０３の表面に、送受波面側の端面が当接するように配置される。ここで、図３に示すように、軟組織９０３とは、皮膚および筋肉を含む体内部分であり、軟骨９０１よりも被検知体の表面側に存在する部位である。軟骨９０１は、軟骨下骨９１１に付着しており、軟骨下骨９１１は、骨（海綿骨）９０２に結合した組織である。

【0027】

図２（Ａ）に示すようにプローブ１００を軟組織９０３の表面に接触させながら、図２（Ｂ）に示すようにプローブ１００を表面に沿って移動させる。これにより、図２に示すように、軟組織９０３は、軟骨９０１の表面を滑りながら、プローブ１００に従って移動する。このプローブ１００を移動させる前の図２（Ａ）の状態が第１状態（ｔ＝Ｔ１）であり、プローブ１００を移動させた後の図２（Ｂ）の状態が第２状態（ｔ＝Ｔ２）である。この際、プローブ１００は振動子の配列方向（走査方向）に沿って移動させる。

【0028】

各振動子は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ１］のそれぞれにおいて、超音波信号を被検知体内に向けて送信する。この際、プローブ１００の各振動子は、軟組織９０３の表面に対して直交する方向が送信ビームの中心軸の方向となるように、超音波信号を送信する。

【0029】

プローブ１００の各振動子は、超音波信号が被検知体内の軟組織９０３、軟骨９０１および軟骨下骨９１１で反射したエコー信号を受信し、エコー信号受信部１３へ出力する。プローブ１００は、第１状態［Ｔ１］において各振動子で得られたエコー信号からなる第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］と、第２状態［Ｔ２］において各振動子で得られたエコー信号から第２エコー信号群ＳＷ［Ｔ２］を、それぞれエコー信号受信部１３へ出力する。

【0030】

エコー信号受信部１３は、各エコー信号に対して所定の増幅処理を行い、データ解析部１４へ出力する。エコー信号受信部１３は、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］の各エコー信号と、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］の各エコー信号を、個別に増幅処理して、データ解析部１４へ出力する。

【0031】

データ解析部１４は、ＡＤ変換部１４１、記憶部１４２、判定部１４３を備える。ＡＤ変換部１４１は、エコー信号を所定の時間間隔でサンプリングすることで、離散データ化する。この離散データ化されたエコー信号がエコーデータとなる。これにより、スイープ毎に深度方向に所定間隔でデータサンプリングされたエコーデータを得ることができる。すなわち、走査方向と深度方向による二次元領域に分布されたエコーデータを得ることができる。以下では、このエコーデータ群を、単に、二次元分布のエコーデータと称する。ＡＤ変換部１４１は、各エコーデータを記憶部１４２へ出力する。

【0032】

記憶部１４２は、ＡＤ変換部１４１から出力された各エコーデータを記憶する。記憶部１４２は、第１状態で得られた二次元分布のエコーデータと、第２状態で得られた二次元分布のエコーデータとを記憶する容量を備える。

【0033】

判定部１４３は、具体的な処理方法は後述するが、図４に示すフローにしたがって、軟組織と軟骨との境界面を検出する。図４は本発明の実施形態に係る軟組織軟骨境界面検出方法のフローチャートである。

【0034】

判定部１４３は、記憶部１４２に記憶されている第１状態で得られた二次元分布のエコーデータと、第２状態で得られた二次元分布のエコーデータとを読み出して、取得する（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。

【0035】

判定部１４３は、第１状態の二次元分布のエコーデータから、第１状態での軟骨下骨９１１のエコーデータ（本発明の「第１状態の軟骨下骨エコー信号」に相当する。）を検出する。判定部１４３は、第２状態の二次元分布のエコーデータから、第２状態での軟骨下骨９１１のエコーデータ（本発明の「第２状態の軟骨下骨エコー信号」に相当する。）を検出する（Ｓ１０３）。

【0036】

判定部１４３は、第１状態の軟骨下骨エコーデータと第２状態の軟骨下骨エコーデータとから軟骨下骨エコーデータの移動ベクトルを検出する（Ｓ１０４）。

【0037】

判定部１４３は、移動ベクトルに基づいて、第１状態の二次元分布のエコーデータと第２状態の二次元分布のエコーデータとの比較対象のサンプルデータの位置合わせを行う（Ｓ１０５）。

【0038】

判定部１４３は、位置あわせによって同一の比較対象サンプル位置となる第１状態のエコーデータと第２状態のエコーデータとの相関係数を算出する。具体的には、判定部１４３は、比較対象サンプル位置を含み深度方向に所定幅の領域からなる比較対象領域を設定する。判定部１４３は、比較対象領域内における第１状態のエコーデータからなる波形と、比較対象領域内における第２状態のエコーデータからなる波形の相関係数を算出する（Ｓ１０６）。

【0039】

判定部１４３は、相関係数が高い比較対象サンプル位置の集合する領域と、相関係数が低い比較対象サンプル位置の集合する領域とを検出し、これら２つの領域の境界を検出する（Ｓ１０７）。

【0040】

上述のように、軟骨９０１は軟骨下骨９１１と同じ移動態様となり、軟素子９０３は、軟骨下骨９１１と異なる移動態様となる。このため、移動ベクトルによる位置合わせ後においては、軟骨下骨９１１と同じ移動態様からなる軟組織９０１のエコーデータは相関係数が高くなる。一方、移動ベクトルによる位置合わせ後においては、軟骨下骨９１１と異なる移動態様からなる軟組織９０１のエコーデータは相関係数が低くなる。したがって、ステップＳ１０７で検出した境界面は、軟組織９０３と軟骨９０１との境界面となる。このように、上述の処理を用いることで、軟組織９０３と軟骨９０１との境界面を検出することができる。

【0041】

なお、軟骨９０１の表面（軟組織９０３と軟骨９０１との境界面）が検出されると、図示しない軟骨診断用情報生成部は、軟骨９０１部分エコーデータに基づいて、軟骨変性の診断に利用可能な情報を生成する。具体的には、軟骨診断用情報生成部は、軟骨表面付近のエコーデータと軟骨下骨のエコーデータとの組を、異なる複数の時期に取得する。軟骨診断用情報生成部は、これらのエコーデータの組の組成の時期間における遷移から、軟骨表面の変性に起因する変化量を検出するなどしてもよい。軟骨診断用情報生成部は、この検出結果を、軟骨変性の診断に利用可能な情報として出力する。

【0042】

次に、データ解析部１４で実行される軟組織と軟骨との境界面の検出方法を、より具体的に図を参照して説明する。なお、説明を簡単にするために、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］との間でのプローブ１００（各振動子）の移動距離Δｘは、振動子の配置間隔に一致したものとして説明する。

【0043】

まず、第１状態［Ｔ１］として、例えば、被検知体である膝を第１の角度で曲げた状態で、プローブ１００を膝の表面に当接させる。言い換えれば、プローブ１００を軟組織９０３の表面に当接させる。これは、図３（Ａ）の状態である。

【0044】

プローブ１００に配置された複数の振動子は、それぞれ軟組織９０３の表面に平行な方向（送受波面に平行な走査方向）に所定間隔で配置されている。複数の振動子は、走査方向に直交する方向へ超音波信号を送信する。図３の例であれば、プローブ１００には、五個の振動子が走査方向に沿って等間隔で配置されており、図３（Ａ）に示すように、それぞれの位置に配置された各振動子は、軟組織９０３の表面に直交する方向へ超音波信号を送信する。この各配置位置から送信された超音波信号は、軟組織９０３や軟骨９０１、軟骨下骨９１１の各深度位置で反射し、各振動子によって受信され、データ解析部１４でサンプリングされる。この第１状態［Ｔ１］で受信したエコーデータＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５のエコーデータ群が第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］となる。

【0045】

次に、プローブ１００を軟組織９０３に当接させたままの状態で、プローブ１００を軟組織９０３の表面に平行な方向で且つ走査方向に平行な方向へ、距離Δｘだけ移動させる。この状態が第２状態［Ｔ２］であり、図３（Ｂ）の状態である。

【0046】

この時、軟組織９０３は、プローブ１００の移動に追随して移動する。したがって、プローブ１００の送受波面と軟組織９０３の走査方向の各位置との相対的な位置関係は、プローブ１００の移動に応じることなく変化しない。

【0047】

一方、軟骨９０１は、軟骨下骨９１１を介して骨９０２に固着しているので、プローブ１００の移動があっても移動しない。したがって、プローブ１００の送受波面と軟骨９０１および軟組織９１１の走査方向の各位置との相対的な位置関係は、プローブ１００の移動に応じて変化する。

【0048】

第２状態になった後、図３（Ｂ）に示すように、プローブ１００の各振動子から、軟組織９０３の表面に直交する方向（送受波面（走査方向）に直交する方向）へ超音波信号を送信する。この各配置位置から送信された超音波信号は、軟組織９０３や軟骨９０１、軟骨下骨９１１の各深度位置で反射し、各振動子によって受信され、データ解析部１４でサンプリングされる。この第２状態［Ｔ２］で受信したエコーデータＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５のエコーデータ群が第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］となる。

【0049】

このように、プローブ１００の移動前に、複数のエコーデータＳＷＴ１１，ＳＷＴ１２，ＳＷＴ１３，ＳＷＴ１４，ＳＷＴ１５からなる第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］を取得する。そして、プローブ１００の移動後に、複数のエコーデータＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３，ＳＷＴ２４，ＳＷＴ２５からなる第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］を取得する。

【0050】

図５は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とでの各エコー波形の例を示す図である。なお、図５では本願発明の特徴を分かりやすく図示するために、プローブ１００が移動した距離（移動量）Δｘと、各振動子の間隔、すなわち走査位置の間隔が等しいものとしている。また、以下では、この条件において軟組織軟骨境界面の検出の説明を行う。

【0051】

（ｉ）軟骨９０１および軟骨下骨９１１ プローブ１００が移動しても、軟骨９０１および軟骨下骨９１１は移動しない。したがって、プローブ１００が距離Δｘだけ移動すると、プローブ１００の各振動子の位置（各走査位置）と軟骨９０１および軟骨下骨９１１の各位置との位置関係が、走査方向に沿って移動量Δｘだけずれる。

【0052】

この場合、図５の第１状態［Ｔ１］の各エコー波形および第２状態［Ｔ２］の各エコー波形に示すように、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域のエコーデータＳＷＴ１１は、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコーデータＳＷＴ２１の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域の波形とは一致せず、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコーデータＳＷＴ２２の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域の波形と略一致する。

【0053】

同様に、エコーデータＳＷＴ１２の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とエコーデータＳＷＴ２３の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とで、波形が略一致する。エコーデータＳＷＴ１３の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とエコーデータＳＷＴ２４の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とで波形が略一致する。エコーデータＳＷＴ１４の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とエコーデータＳＷＴ２５の軟骨９０１および軟骨下骨９１１の領域とで波形が略一致する。

【0054】

したがって、軟骨９０１および軟骨下骨９１１内では、各走査位置のエコーデータは、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、移動量Δｘ分、すなわち走査位置が振動子の配置間隔で一つ分ずれた状態で略一致する。すなわち、軟骨９０１および軟骨下骨９１１内では、プローブ１００を基準とした各エコーデータのサンプル位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、移動量Δｘ分だけ変化する。このように、軟骨９０１と軟骨下骨９１１は同じ移動態様となる。

【0055】

（ｉｉ）軟組織９０３ 上述のように、プローブ１００は軟組織９０３の表面に当接しており、軟組織９０３は軟骨９０１の表面に固定されていない。したがって、プローブ１００が移動量Δｘだけ移動すると、軟組織９０３も、プローブ１００の移動に追随して、移動量Δｘだけ移動する。

【0056】

この場合、図５の第１状態［Ｔ１］の各エコー波形および第２状態［Ｔ２］の各エコー波形に示すように、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］の軟組織９０３の領域のエコーデータＳＷＴ１１は、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］の軟組織９０３の領域のエコーデータＳＷＴ２１の波形と略一致する。

【0057】

同様に、エコーデータＳＷＴ１２の軟組織９０３の領域とエコーデータＳＷＴ２２の軟組織９０３の領域とで波形が略一致する。エコーデータＳＷＴ１３の軟組織９０３の領域とエコーデータＳＷＴ２３の軟組織９０３の領域とで波形が略一致する。エコーデータＳＷＴ１４の軟組織９０３の領域とエコーデータＳＷＴ２４の軟組織９０３の領域とで波形が略一致する。エコーデータＳＷＴ１５の軟組織９０３の領域とエコーデータＳＷＴ２５の軟組織９０３の領域とで波形が略一致する。

【0058】

したがって、軟組織９０３内では、各走査位置のエコーデータは、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、プローブ１００に対する走査方向に沿った位置が略一致する。すなわち、軟組織９０３内では、プローブ１００を基準とした各エコーデータのサンプル位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで変化しない。このため、軟組織９０３のエコーデータの移動態様は、上述の軟骨９０１や軟骨下骨９１１のようなプローブ１００の移動に応じてエコーデータのサンプル位置が変化する移動態様とは異なる。

【0059】

このように、軟骨下骨９１１および軟骨９０１における特定位置（第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］で同じ）で反射したエコーデータのプローブ１００を基準としたサンプル位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで、移動量Δｘだけ走査方向に沿って移動する。

【0060】

一方、軟組織９０３における特定位置（第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］で同じ）で反射したエコーデータのプローブ１００を基準としたサンプル位置は、第１状態［Ｔ１］と第２状態［Ｔ２］とで変化しない。

【0061】

この特性を利用し、本実施形態の軟組織軟骨境界面検出装置では、上述のステップＳ１０４に示すように、軟骨下骨９１１のエコーデータの移動ベクトルを検出する。そして、上述のステップＳ１０５に示すように、この移動ベクトルを用いて、第１状態［Ｔ１］のエコーデータのサンプル位置と、第２状態［Ｔ２］のエコーデータのサンプル位置との位置合わせを行う。言い換えれば、比較対象となる第１状態［Ｔ１］のエコーデータのサンプル位置と第２状態［Ｔ２］のエコーデータのサンプル位置との組合せを決定する。

【0062】

この際、まず、上述のステップＳ１０３に示すように、軟骨下骨９１１のエコーデータを検出する。図４に示すように、軟骨下骨９１１のエコーデータは、高いエコーレベル（振幅）となっている。軟骨９０１は、軟骨表面でエコーレベルが高くなるが、当該軟骨表面と軟骨下骨９１１との間の領域では、エコーレベルは低い。

【0063】

したがって、まず、第１エコー群ＳＷ［Ｔ１］のエコーデータＳＷＴ１１−ＳＷＴ１５のエコーレベルを深度方向に沿って順次取得していく。そして、所定深度（軟骨の厚さによって適宜設定）に亘り、エコーレベルが軟骨下骨検出用閾値未満であることを検出し、その後に、軟骨下骨検出用閾値以上のエコーレベルを検出する。これにより、このサンプル位置以降を軟骨下骨９１１のエコーデータとして検出することができる。

【0064】

次に、第２状態［Ｔ２］の軟骨下骨９１１のエコーデータの取得と、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］への軟骨下骨９１１のエコーデータの移動ベクトルを検出する。図６は、本実施形態に係る移動ベクトルの検出概念を説明するための波形図である。なお、波形自体は、図５の波形図と同じである。

【0065】

第１状態［Ｔ１］で取得した軟骨下骨９１１のエコーデータ群に対して、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳを設定する。この場合、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳは、深度方向（時間方向）の長さで規定されている。具体的には、例えば、図６に示すように、各エコーデータＳＷＴ１１−ＳＷＴ１５によって決まる走査方向と深度方向とからなる二次元領域に対して、１本のエコーデータの深度方向（時間方向）に沿った所定の範囲を注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳに設定する。次に、当該注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳ内に含まれるエコーデータを抽出する。これは、言い換えれば、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳで切り取られたエコーデータ群の波形に相当する。

【0066】

次に、第２エコー群ＳＷ［Ｔ２］のエコーデータＳＷＴ２１−ＳＷＴ２５に対して、探索領域Ｚ_Ｒ１を設定する。探索領域Ｚ_Ｒ１は、プローブ１００に対して注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳの位置を基準として、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳよりも広い範囲のエコーデータを含むように決定される。

【0067】

具体的には、第２状態［Ｔ２］においてプローブ１００に対して注目領域Ｚ_Ｔ１ｃｓと同じ位置を、深度方向および走査方向の中心として、深度方向および走査方向の両方に所定範囲拡張した領域によって設定される。例えば、図６に示すように、深度方向において、エコー信号ＳＷＴ１２の深度位置Ｐ１ｃｓに注目領域Ｚ_Ｔ１ｃｓの中心が設定されている場合、第２状態［Ｔ２］のエコー信号ＳＷＴ２２の深度位置Ｐ１ｃｓに探索領域Ｚ_Ｒ１の中心を設定する。そして、注目領域の深度方向の長さよりも長い範囲を探索領域Ｚ_Ｒ１の深度方向の範囲に設定する。なお、深度位置Ｐ１ｃｓは、探索領域Ｚ_Ｒ１内であれば、探索領域Ｚ_Ｒ１の中心でなくてもよい。

【0068】

また、走査方向においてエコーデータＳＷＴ１２に注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳが設定されている場合、走査方向の中心がエコーデータＳＷＴ２２となるように、エコーデータＳＷＴ２１，ＳＷＴ２２，ＳＷＴ２３を含むように、探索領域Ｚ_Ｒ１の走査方向の範囲を設定する。

【0069】

次に、第２状態［Ｔ２］で取得した軟骨下骨９１１のエコーデータ群に対して、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳを設定する。この際、図６に示すように、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｃｓは、１本のエコー信号を選択し、深度方向に所定長さの領域とする。下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｃｓの深度方向の長さは、注目領域Ｚ_Ｔ１ｃｓの深度方向の長さと一致するように設定されている。

【0070】

下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳは、上述のように設定した探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に亘るように設定されている。このように設定された下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳ毎に、エコーデータを取得する。

【0071】

次に、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳのエコーデータと、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳのエコーデータとを相関処理して相関係数を算出する。

【0072】

注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳのエコーデータと、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳのエコーデータとの相関係数の算出は、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳの位置を順次変更させながら、探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に亘って行う。

【0073】

このような一つの注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳに対する相関係数の算出を、探索領域Ｚ_Ｒ１の全域に対して実行する。

【0074】

次に、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳ毎に相関係数が最大となる下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳを検出する。これが軟骨下骨９１１領域における最も類似する領域に相当し、第２状態［Ｔ２］での軟骨下骨９１１のエコーデータとなる。このようにエコー信号の類似度から第２状態［Ｔ２］での軟骨下骨９１１のエコーデータを検出する。

【0075】

次に、第１状態［Ｔ１］から第２状態［Ｔ２］への軟骨下骨９１１のエコーデータの移動ベクトル（移動方向、移動量）を検出する。

【0076】

ここで、移動ベクトルとは、次のように定義することができる。図７は本実施形態に係る移動ベクトルの定義を示す図である。なお、図７では注目領域と下骨用比較対象領域を用いた場合を示す。移動ベクトルｖ_ｍは、互いに最も類似すると判断された注目領域の代表点と下骨用比較対象領域の代表点の位置から定義される。移動ベクトルｖ_ｍは、注目領域の代表点を始点として、下骨用比較対象領域の代表点を終点とするベクトルであり、移動方向と移動量とによって定義される。

【0077】

具体的に、例えば、図７の例では、注目領域の代表点は、エコー信号ＳＷＴ１１上すなわち走査方向位置Ｐ１で、所定の深度位置に存在する。また、下骨用比較対象領域の代表点は、エコー信号ＳＷＴ２２上すなわち走査方向位置Ｐ２で、所定の深度位置に存在する。注目領域の代表点の深度位置と下骨用比較対象領域の代表点の深度位置は、同じである。

【0078】

この場合、移動ベクトルｖ_ｍは、走査方向を移動方向とし、走査位置Ｐ１，Ｐ２の間隔Δｘを移動量とするベクトルとなる。

【0079】

このような移動ベクトルの算出は、軟骨下骨９１１の全てのエコーデータで行ってもよく、代表する１つもしくは複数のエコーデータで行ってもよい。全てのエコーデータもしくは複数のエコーデータで行う場合には、それぞれに算出された移動ベクトルの平均を、軟骨下骨９１１の移動ベクトルとするとよい。

【0080】

このように移動ベクトルが算出された場合、軟骨９０１および軟組織９０３の各エコーデータの移動ベクトルは図８のような分布となる。図８は、本実施形態に係る移動ベクトルの分布状態を示す図である。図８に示すように、軟骨下骨９１１領域のエコーデータの移動ベクトルｖｍがΔｘであると、軟骨９０１領域のエコーデータの移動ベクトルｖｍもΔｘとなる。しかしながら、軟組織９０３のエコーデータの移動ベクトルｖｍは０となり、軟骨下骨９１１および軟骨９０１の移動ベクトルとは異なる。

【0081】

この特性を利用し、次に示す方法で、各エコーデータが軟骨９０１に属するか、軟組織９０３に属するかを検出する。図９はエコーデータが軟骨９０１に属するか軟組織９０３に属するかを検出する方法（第１の方法）を説明するための波形図である。

【0082】

第１状態［Ｔ１］で取得したエコーデータ群に対して、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎを設定する（ｎは深度方向に沿ったサンプル位置数から決定される整数である）。この場合、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎは、深度方向（時間方向）の長さで規定されている。具体的な例としては、例えば、図９に示すように、各エコーデータＳＷＴ１１−ＳＷＴ１５によって決まる走査方向と深度方向とからなる二次元領域に対して、１本のエコーデータの深度方向（時間方向）に沿った所定の範囲を第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１に設定する。次に、当該第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１内に含まれるエコーデータを抽出する。これは、言い換えれば、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１で切り取られたエコーデータ群の波形に相当する。なお、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１は、軟骨下骨９１１の領域を除いて設定すればよく、軟骨９０１における軟骨下骨９１１に近いエコーレベルの低い領域も除いて設定してもよい。

【0083】

次に、第２状態［Ｔ２］で取得したエコーデータ群に対して、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎを設定する（ｎは深度方向に沿ったサンプル位置数から決定される整数である）。この場合、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎは、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎを移動ベクトルで移動させた位置に設定されている。

【0084】

より具体的には、第１状態［Ｔ１］で第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータを得た振動子と同じ振動子によって、第２状態［Ｔ２］で第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎと同じ深度領域を検出する。そして、この領域を移動ベクトルで移動させて得られる第２状態［Ｔ２］での深度領域を、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎに設定する。すなわち、比較対象とする第１状態［Ｔ１］のエコーデータのサンプル位置と第２状態［Ｔ２］のエコーデータのサンプル位置を、移動ベクトルによって位置合わせする。

【0085】

具体的な例としては、上述のような走査方向にのみ移動する移動ベクトルΔｘが得られた場合、図９に示すように、第１状態［Ｔ１］のエコーデータＳＷＴ１２の所定深度位置Ｐ１１に第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１が設定されると、同じ振動子によって第２状態［Ｔ２］で得られるエコーデータＳＷＴ２２から移動ベクトルΔｘだけ移動したエコーデータＳＷＴ２３の所定深度位置Ｐ２１に第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１を設定する。

【0086】

同様に、図９に示すように、第１状態［Ｔ１］のエコーデータＳＷＴ１２の所定深度位置Ｐ１２に第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１２が設定されると、同じ振動子によって第２状態［Ｔ２］で得られるエコーデータＳＷＴ２２から移動ベクトルΔｘだけ移動したエコーデータＳＷＴ２３の所定深度位置Ｐ２２に第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２２を設定する。

【0087】

次に、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎのエコーデータとの相関係数を算出する。

【0088】

ここで、上述のように、軟骨９０１は、軟骨下骨９１１と同じ移動ベクトルで移動しており、移動態様は同じとなる。したがって、移動ベクトルによって位置合わせされた第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎのエコーデータとの相関係数は略１になる。すなわち、相関係数は高くなる。

【0089】

一方、軟組織９０３は、軟骨９０１および軟骨下骨９１１と同じように移動しないので、移動態様は異なる。したがって、移動ベクトルによって位置合わせされた第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎのエコーデータとの相関係数は０に近づく。すなわち、相関係数は低くなる。

【0090】

例えば、図９に示すように、軟骨９０１内に設定された第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１２のエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２２のエコーデータは同じ波形であり、相関係数は高くなる。一方、軟組織９０３内に設定された第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１のエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１のエコーデータは異なる波形であり、相関係数は低くなる。

【0091】

このように、相関係数が高い比較対象領域のエコーデータは、軟骨９０１内のエコーデータであると判断でき、相関係数が低い比較対象領域のエコーデータは、軟組織９０３内のエコーデータであると判断できる。

【0092】

したがって、このような第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１のエコーデータと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１の相関係数を、軟骨下骨９１１の領域以外の各エコーデータに対して算出することで、各エコーデータが軟組織９０３内であるか軟骨９０１内であるかを検出することができる。そして、軟組織９０３内と判断されたエコーデータ群と軟骨９０１内と判断されたエコーデータ群との境界を検出することで、軟組織９０３と軟骨９０１の境界面を検出することができる。

【0093】

以上のように、本実施形態の構成および処理を用いることで、非侵襲で正確に軟組織と軟骨との境界面を検出することができる。なお、非侵襲な方法としては、全てのエコーデータを注目領域に設定し、それぞれの注目領域に相関係数の高い比較対象領域を探索して検出し、注目領域と比較対象領域との移動態様から軟組織と軟骨の境界面を検出することもできる。しかしながら、本実施形態の構成および処理を用いることで、全ての領域に対する探索処理を行う必要が無いので、軟組織と軟骨の境界面を、より高速に検出することができる。

【0094】

なお、上述の説明では、第２状態［Ｔ２］で取得したエコーデータのサンプル位置を移動ベクトルで移動させて、比較対象領域を設定する例を示したが、第１状態［Ｔ１］で取得したエコーデータのサンプル位置を移動ベクトルに基づいて移動させて、比較対象領域を設定してもよい。

【0095】

図１０はエコーデータが軟骨９０１に属するか軟組織９０３に属するかを検出する方法（第２の方法）を説明するための波形図である。第２の方法では、第２状態［Ｔ２］で取得したエコーデータを基準とする。

【0096】

第２状態［Ｔ２］で取得したエコーデータ群に対して、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎを設定する（ｎは深度方向に沿ったサンプル位置数から決定される整数である）。具体的な例としては、例えば、図１０に示すように、各エコーデータＳＷＴ２１−ＳＷＴ２５によって決まる走査方向と深度方向とからなる二次元領域に対して、１本のエコーデータの深度方向（時間方向）に沿った所定の範囲を第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１に設定する。次に、当該第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１内に含まれるエコーデータを抽出する。これは、言い換えれば、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１で切り取られたエコーデータ群の波形に相当する。

【0097】

次に、第１状態［Ｔ１］で取得したエコーデータ群に対して、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎを設定する（ｎは深度方向に沿ったサンプル位置数から決定される整数である）。この場合、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎは、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎを移動ベクトルに基づいて、移動ベクトルと反対方向で且つ移動ベクトルの大きさに応じた移動させた位置に設定されている。

【0098】

より具体的には、第２状態［Ｔ２］で第１比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎのエコーデータを得た振動子と同じ振動子によって、第１状態［Ｔ１］で第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎと同じ深度領域を検出する。そして、この領域を移動ベクトルに基づいて移動させて得られる第１状態［Ｔ１］での深度領域を、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎに設定する。すなわち、比較対象とする第２状態［Ｔ２］のエコーデータのサンプル位置に対して、第１状態［Ｔ１］のエコーデータのサンプル位置を、移動ベクトルに基づいて位置合わせする。

【0099】

具体的な例としては、上述のような走査方向にのみ移動する移動ベクトルΔｘが得られた場合、図１０に示すように、第２状態［Ｔ２］のエコーデータＳＷＴ２２の所定深度位置Ｐ２１に第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２１が設定されると、同じ振動子によって第１状態［Ｔ１］で得られるエコーデータＳＷＴ１２から移動ベクトルΔｘだけ反対方向に移動したエコーデータＳＷＴ１１の所定深度位置Ｐ１１に第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１１を設定する。

【0100】

同様に、図１０に示すように、第２状態［Ｔ２］のエコーデータＳＷＴ２２の所定深度位置Ｐ２２に第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２２が設定されると、同じ振動子によって第１状態［Ｔ１］で得られるエコーデータＳＷＴ１２から移動ベクトルΔｘだけ反対方向に移動したエコーデータＳＷＴ１１の所定深度位置Ｐ１２に第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１２を設定する。

【0101】

次に、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎのエコーデータと第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータとの相関係数を算出する。

【0102】

このような処理を行っても、非侵襲で正確に軟組織と軟骨との境界面を検出することができる。

【0103】

また、上述の説明では、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎのエコーデータと第２比較対象領域_Ｔ１ｎのエコーデータとの相関係数から軟組織および軟骨を判別する例を示した。しかしながら、第１状態［Ｔ１］の各スイープのエコー信号の波形と、第２状態［Ｔ２］の各スイープのエコー信号の波形との類似度を、別の方法で検出し、この類似度から軟組織および軟骨を判別してもよい。

【0104】

具体的な一例としては、ノルムを用いる方法がある。ノルムＮｏｒｍは、次に示す式により定義することができる。

【0105】

【数1】

【0106】

ここで、Ｄｄｚｔ１（ｉ）は、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎの深度方向位置ｉの点のエコーデータ値である。Ｄｄｚｔ２（ｉ）は、第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎの深度方向位置ｉの点のエコーデータ値である。ｋは、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎおよび第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎの分解能に相当し、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎおよび第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎに含まれるエコーデータの総数を示す。ｍは適宜設定した定数である。

【0107】

このように、ノルムＮｏｒｍは、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎの同一位置のエコーデータの差分の絶対値をｎ乗し、このｎ乗値を領域全体で加算して、１／ｎ乗した値である。したがって、第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎとが類似度が高いほどノルムＮｏｒｍは小さくなり、類似度が低いほどノルムＮｏｒｍは大きくなる。

【0108】

これにより、ノルムが小さい第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎは、相関係数が高い場合に相当し、軟骨９０１内であると判断できる。そして、ノルムが大きい第１比較対象領域Ｚ_Ｔ１ｎと第２比較対象領域Ｚ_Ｔ２ｎは、相関係数が低い場合に相当し、軟組織９０３内であると判断できる。

【0109】

このようなノルムを用いる方法は、軟骨下骨９１１の移動ベクトルを検出する場合にも利用できる。具体的には、注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳに対して最もノルムＮｏｒｍの小さい下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳを検出する。そして、ノルムＮｏｒｍが最小となる組合せの注目領域Ｚ_Ｔ１ＣＳの代表位置を起点として、下骨用比較対象領域Ｚ_Ｔ２ＣＳの代表位置を終点とするベクトルを算出することで、移動ベクトルを検出することができる。

【0110】

なお、上述の説明では、軟骨表面検出のための各処理を複数の機能ブロックで実現する例を示した。しかしながら、上述の軟骨表面検出処理をプログラム化して記憶しておき、コンピュータで当該プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

【0111】

また、上述の説明では、被検知体である膝の軟組織９０３の表面にプローブ１００を当接し、当該プローブ１００を走査方向に移動させる例を示した。しかしながら、プローブ１００を固定し、膝を治具等で屈曲させることで、プローブ１００と軟組織９０３、軟骨９０１および軟骨下骨９１１との相対位置関係を変化させてもよい。

【0112】

また、上述の説明のプローブは、振動子を走査方向の一方向のみに沿って配列設置したものである。しかしながら、走査方向と、走査方向および深度方向に直交する方向との二次元領域において所定間隔をおいて振動子を配列するようにしてもよい。

【0113】

また、振動子を１つにして、当該振動子を走査方向に移動させる構成であってもよい。図１１は、振動子を移動させるメカニカルスキャンによる検出構成を示す図である。

【0114】

メカニカルスキャン型のプローブ１００Ａは、振動子を有する送受波器を備える。送受波器は、走査軸に沿って移動可能に設置されている。送受波器は、走査軸に沿って移動する。送受波器の振動子は、走査方向に直交する方向に超音波信号を送信する。この送受波器を、走査方向に移動させながら、複数の走査位置で停止して超音波信号を送信し、そのエコー信号を受信することで、振動子を複数有するプローブ１００と同じエコー信号を得ることができる。

【0115】

なお、上述の説明では、プローブ１００に対する軟骨９０１および軟骨下骨９１１の各サンプル位置が走査方向にのみ移動する場合を示したが、走査方向と深度方向の両方に移動する場合にも、上述のような構成及び処理を適用することができる。

【0116】

また、第１状態［Ｔ１］での軟骨下骨の検出方法は、上述のように、深度の浅い側から順にエコーレベルを閾値と比較する方法に限らず、深度の深い側から順にエコーレベルを閾値と比較する方法を用いてもよい。具体的には、軟骨下骨よりも内側の骨内部はエコーの減衰量が大きいため、エコーレベルは略０となる。したがって、閾値を略０よりも大きな所定値に設定する。そして、深度の深い側、すなわち、骨内部側からエコーレベルを閾値と比較し、エコーレベルが当該閾値以上になった位置のエコーデータを軟骨下骨のエコーデータとして取得する。

【0117】

また、上述の説明では、第２状態［Ｔ２］での軟骨下骨の検出方法として、第１状態［Ｔ１］のエコー信号との類似度を用いる例を示したが、第２状態［Ｔ２］の軟骨下骨エコー信号も、第１状態［Ｔ１］の軟骨下骨エコー信号の検出と同様に、閾値との比較で行ってもよい。

【符号の説明】

【0118】

１０：軟組織軟骨境界面検出装置、１１：操作部、１２：送信制御部、１３：エコー信号受信部、１４：データ解析部、１００，１００Ａ：プローブ、１４１：ＡＤ変換部、１４２：記憶部、１４３：判定部、９０１：軟骨、９０２：骨、９０３：軟組織、９１１：軟骨下骨

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】