[]本發(fā)明涉及一種不需要超聲波探頭的掃描的超聲波檢查裝置。本發(fā)明還涉及一種通過來自多個(gè)方向的超聲波照射重構(gòu)體組織三維結(jié)構(gòu)并評(píng)價(jià)其形態(tài)和動(dòng)態(tài)的方法、裝置和程序。

背景技術(shù)：

0、[背景技術(shù)]

1、在超聲波檢查中，醫(yī)師或檢查技師手持的超聲波探頭在體組織表面掃描成像。良好且全面的成像需要高度的專業(yè)技術(shù)，在實(shí)施場(chǎng)所、時(shí)間上存在限制。另外，在來自單一方向的超聲波照射中，還存在以下等限制：超聲波被具有高聲阻抗的結(jié)構(gòu)物反射而產(chǎn)生偽影，隨著向深部行進(jìn)，超聲波衰減，圖像變得不清晰(專利文獻(xiàn)1～3)。

2、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

3、專利文獻(xiàn)

4、專利文獻(xiàn)1：日本實(shí)開昭56-155808號(hào)公報(bào)

5、專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-137581號(hào)公報(bào)

6、專利文獻(xiàn)3：日本特開2015-107311號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、[
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
]

1、發(fā)明要解決的課題

2、在以往的超聲波檢查(專利文獻(xiàn)1～3)中，除了被檢者之外，還需要操作者。并且，檢查結(jié)果因操作者的熟練程度而產(chǎn)生偏差，另外，所得到的動(dòng)態(tài)圖像結(jié)果缺失超聲波探頭以哪個(gè)位置、哪個(gè)角度掃描了體組織表面的信息，在再現(xiàn)性、定量性上存在課題。

3、因此，本發(fā)明的目的在于提供一種裝置，被檢者自己作為使用者將本裝置纏繞到作為對(duì)象的體組織上，自動(dòng)解析、評(píng)價(jià)所得到的信號(hào)，從而無需特別訓(xùn)練即可實(shí)施檢查。

4、用于解決課題的手段

5、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于具有以下技術(shù)特征。

6、在本發(fā)明中，由多個(gè)超聲波探頭接收從多個(gè)超聲波探頭發(fā)出的超聲波，通過共同部分的疊加來構(gòu)建三維模型。由此進(jìn)行關(guān)注區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)，而無需超聲波探頭的自動(dòng)或手動(dòng)掃描、探頭內(nèi)的超聲波振子的擺動(dòng)。

7、另外，在本發(fā)明中，多次從不同的部位接收從單一的超聲波探頭發(fā)出的超聲波，由此，通過共同部分的疊加來構(gòu)建三維模型。此時(shí)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)或規(guī)定的方法自動(dòng)計(jì)算收發(fā)多次超聲波的部位。另外，此時(shí)，在探頭識(shí)別出最佳的時(shí)機(jī)和位置的情況下，探頭收發(fā)超聲波。由此進(jìn)行關(guān)注區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)，而無需超聲波探頭的手動(dòng)掃描或探頭內(nèi)的超聲波振子的擺動(dòng)。

8、至少一個(gè)超聲波探頭3內(nèi)置于具有供纏繞到體組織的柔軟性和貼合性的平面材料(以下稱為墊子)。在存在多個(gè)超聲波探頭3的情況下，多個(gè)超聲波探頭3根據(jù)固定的頻率和相位隔開時(shí)間差來收發(fā)超聲波，以使得相互不干擾。從某個(gè)探頭發(fā)送并在體組織內(nèi)反射的超聲波被發(fā)送源的探頭和存在于不同位置的探頭接收，作為通過運(yùn)算裝置在時(shí)間和空間上整合而制作三維結(jié)構(gòu)模型的原始信息。

9、針對(duì)進(jìn)行檢查的體組織的每個(gè)分類(頸部、腹部、大腿部等)，規(guī)定佩戴墊子的方向和位置。探頭的相互位置關(guān)系根據(jù)進(jìn)行檢查的體組織表面的形狀而變化，因此，將屈曲傳感器和伸展傳感器內(nèi)置于墊子，根據(jù)它們的信號(hào)計(jì)算墊子的曲率和伸展度，推定墊子內(nèi)的探頭的相互位置關(guān)系和角度?；诖耍瑢拇嬖谟诓煌恢玫亩鄬?duì)探頭得到的信號(hào)疊加，根據(jù)圖像拼接原理在空間上整合共同的關(guān)注區(qū)域。

10、高速重復(fù)進(jìn)行來自多個(gè)方向的超聲波收發(fā)和信號(hào)的整合，描繪三維結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)態(tài)變化。通過充分提高刷新率，能夠評(píng)價(jià)例如妊娠腹部?jī)?nèi)的胎兒的呼吸樣運(yùn)動(dòng)、四肢的運(yùn)動(dòng)并評(píng)價(jià)胎兒的健康狀況。另外，能夠利用超聲波的多普勒效應(yīng)來評(píng)價(jià)血流速度，但以往必須相對(duì)于血流平行地投射超聲波。在本發(fā)明中，在將從多個(gè)方向得到的信號(hào)在時(shí)間和空間上整合而構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)模型中，能夠根據(jù)任意截面、角度來推定作為目標(biāo)的血流動(dòng)態(tài)。

11、體組織內(nèi)的結(jié)構(gòu)物的硬度和組成通過測(cè)量由以與超聲波的行進(jìn)方向不同的角度產(chǎn)生的聲輻射壓產(chǎn)生的剪切波的傳播速度來推定。在本發(fā)明中，發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的超聲波探頭存在于與超聲波通過的關(guān)注區(qū)域不同的角度和位置，因此能夠更定量且立體地評(píng)價(jià)在朝向單一方向配置的超聲波探頭中受限地得到的體組織的硬度和組成。

12、如果充分提高配置在平面上的超聲波探頭的密度，具體而言，如果與現(xiàn)有探頭內(nèi)的超聲波振子的密度相同程度地鋪設(shè)，則能夠得到關(guān)注區(qū)域內(nèi)的全面且高精度的反射圖像。將以此為基礎(chǔ)構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)模型作為教師數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)學(xué)習(xí)，使得即使是從逐漸降低了平面上的探頭的配置密度的檢查設(shè)備得到的信號(hào)，也能夠構(gòu)建同等的模型。由此，能夠降低超聲波探頭的密度而不會(huì)使性能降低，進(jìn)行成本效益高的配置。

13、在本發(fā)明中，使用者自己將墊子纏繞到作為對(duì)象的體組織周圍來進(jìn)行檢查。當(dāng)空氣進(jìn)入墊子與體組織表面之間時(shí)，由于聲阻抗的不同，超聲波會(huì)發(fā)生漫反射、衰減、干擾，會(huì)產(chǎn)生與本來的體組織不同的反射圖像(偽影)。因此，在墊子與體組織表面接觸且在正上方不存在超聲波探頭的部位，刻有用于排出氣泡的微細(xì)氣孔、排出槽。另外，關(guān)于氣泡無法完全排出而產(chǎn)生偽影的超聲波探頭，將對(duì)其自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并將其從信息的整合和解析中排除的算法搭載于運(yùn)算處理裝置。

14、三維結(jié)構(gòu)模型及其形態(tài)、動(dòng)態(tài)、硬度和組成的信息被發(fā)送至使用者手邊的顯示器或位于遠(yuǎn)程的信息共享者。關(guān)于使用者希望共享的信息，也能夠向外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

15、本發(fā)明由主體(超聲波診斷裝置)和信息終端裝置構(gòu)成，該主體由具有柔軟性和皮膚親和性、對(duì)皮膚的貼合性、超聲波透射性和耐久性的平面墊子、多個(gè)超聲波探頭和構(gòu)成其的超聲波振子、運(yùn)算處理裝置、無線或有線通信裝置、無線或有線供電裝置、屈曲和伸展傳感器構(gòu)成。信息終端裝置包括按檢查構(gòu)建關(guān)注區(qū)域內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)的算法或人工智能以及使它們學(xué)習(xí)的累積數(shù)據(jù)、作為使用者手邊的顯示器的輸出接口、遠(yuǎn)程的信息共享者使用的計(jì)算機(jī)、云端上的系統(tǒng)或無線或有線通信裝置。

16、主體根據(jù)作為對(duì)象的體組織部位來規(guī)定佩戴的位置和方向。使用者自己將主體佩戴于體組織周圍，貼合面的氣泡通過墊子表面的微細(xì)孔和槽被自然地排出。墊子的聲阻抗與人體為相同程度，因此從超聲波探頭發(fā)出的超聲波以最低限度的偽影投射到體組織內(nèi)部。

17、在體組織內(nèi)傳播的超聲波在聲阻抗變化的部位反射。反射波被包括發(fā)出源探頭在內(nèi)的多個(gè)探頭接收。基于以與投射角顯著不同的角度反射的超聲波，測(cè)量聲輻射壓和剪切波的傳播速度，推定體組織內(nèi)結(jié)構(gòu)物的硬度和組成。從各超聲波探頭發(fā)出的超聲波的反射、接收、衰減進(jìn)展，以毫秒、毫米為單位管理時(shí)間和空間上的差，使得不與接下來發(fā)出的超聲波干擾。以較高的刷新率從各超聲波探頭進(jìn)行收發(fā)，捕捉體組織內(nèi)的形態(tài)及其變化。

18、通過確保足夠高的刷新率和覆蓋關(guān)注區(qū)域的投射范圍，捕捉以幾秒至幾十秒為單位變化的體組織(膽囊收縮、消化道的蠕動(dòng)、子宮收縮)的運(yùn)動(dòng)。

19、通過多普勒效應(yīng)的利用、縮小關(guān)注區(qū)域的測(cè)量，還捕捉在更短時(shí)間內(nèi)變化的血流動(dòng)態(tài)、胎兒心率及其瞬間變化。

20、從多個(gè)超聲波探頭得到的信號(hào)被發(fā)送至主體內(nèi)或通過通信發(fā)送至外部的運(yùn)算處理裝置，通過算法或?qū)W習(xí)完畢的人工智能整合為三維結(jié)構(gòu)模型。

21、各超聲波探頭的相互位置和角度由墊子內(nèi)的屈曲和伸展傳感器推定。另外，通過使相鄰的超聲波探頭收集到的反射圖像中共同的部位疊加、平滑化、插補(bǔ)，構(gòu)建關(guān)注區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)模型。

22、構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)模型的算法或人工智能被設(shè)計(jì)為，基于累積的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)最佳的參數(shù)，即使是更少的輸入信號(hào)、計(jì)算資源，性能也不會(huì)降低，考慮噪聲魯棒性和節(jié)能性能、準(zhǔn)確性的平衡來進(jìn)行運(yùn)用。

23、三維結(jié)構(gòu)模型的形態(tài)、動(dòng)態(tài)、硬度和組成被自動(dòng)評(píng)價(jià)，并顯示于使用者手邊的顯示器、遠(yuǎn)程的信息共享者使用的計(jì)算機(jī)或云端上的系統(tǒng)。例如，可以基于胎頭雙頂徑·腹圍·股骨長(zhǎng)測(cè)量?jī)和耐贫w重，也可以基于呼吸樣運(yùn)動(dòng)·心率·四肢和軀干的運(yùn)動(dòng)、以及羊水量測(cè)量健康狀況。該評(píng)價(jià)值使用基于通常的醫(yī)療知識(shí)的計(jì)算式，但不限于此，也可以通過將所得到的三維結(jié)構(gòu)模型作為說明變量、將健康狀況和推定體重等評(píng)價(jià)值作為目的變量的機(jī)器學(xué)習(xí)來獲取評(píng)價(jià)值。

24、在三維結(jié)構(gòu)模型的評(píng)價(jià)中確認(rèn)了異常值的情況下，向手邊的顯示器、遠(yuǎn)程的信息共享者使用的計(jì)算機(jī)或云端上的系統(tǒng)傳達(dá)存在異常值的情況。

25、發(fā)明效果

26、本發(fā)明的系統(tǒng)不需要操作者，因此能夠與被指出長(zhǎng)期短缺的醫(yī)生、檢查技師的可接診范圍的限制無關(guān)地進(jìn)行檢查。不用支付時(shí)間單價(jià)較高的醫(yī)務(wù)工作者的人力成本，因此使檢查費(fèi)用降低，對(duì)篩選檢查的普及和疾病的早期發(fā)現(xiàn)有效。不經(jīng)由人工，因此能夠進(jìn)行定量的檢查結(jié)果的收集和比較，容易進(jìn)行基于匯集了在多個(gè)設(shè)施間進(jìn)行的檢查結(jié)果的大數(shù)據(jù)的研究。另外，通過在勞動(dòng)密集型醫(yī)療現(xiàn)場(chǎng)中減少檢查所需的工作量，還能夠增加分配給治療、患者說明等其他業(yè)務(wù)的時(shí)間。另外，還具有縮短門診、病房中的被檢者的等待時(shí)間、糾正由醫(yī)療資源的多少引起的地區(qū)差異的優(yōu)點(diǎn)。

27、[附圖的簡(jiǎn)單說明]

28、圖1是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的框圖。

29、圖2是示出將主體纏繞到體組織周圍并實(shí)施檢查的方法的說明圖。

30、圖3是構(gòu)成主體的墊子、多個(gè)探頭、屈曲傳感器和伸展傳感器、運(yùn)算處理裝置、無線或有線供電裝置、無線或有線信息通信設(shè)備的配置說明圖。

31、圖4是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的超聲波診斷方法的流程圖。

32、圖5是通過主體內(nèi)或云端上的運(yùn)算處理裝置將多個(gè)信號(hào)整合并構(gòu)建關(guān)注區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)模型的說明圖。