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JP4654352B2 - Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus - Google Patents
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JP4654352B2 - Ultrasonic inspection method and ultrasonic inspection apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、超音波を利用して皮膚などの生体組織を検査する超音波検査方法、及び超音波検査装置に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic inspection method and an ultrasonic inspection apparatus that inspect a living tissue such as skin using ultrasonic waves.

従来、医療分野においては、超音波を利用して人体内部の診断を行う超音波検査装置が実用化されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の装置では、超音波を照射する超音波プローブユニットを人体の検査部位に直接当てて、臓器などで反射した反射波の信号を画像処理することにより人体内部の診断が行われる。また、その装置では、低周波振動子と高周波振動子との2つの超音波振動子を備え、周波数の異なる2種類の超音波を照射できるよう構成されている。超音波には、周波数が低くなるほど(即ち波長が長くなるほど)人体内部の奥深くまで入射するという特性がある。そのため、人体内の浅い部分の診断では高周波振動子が用いられ、深い部分の診断には低周波振動子が用いられる。
特開2004−305451号公報
Conventionally, in the medical field, an ultrasonic inspection apparatus for diagnosing the inside of a human body using ultrasonic waves has been put into practical use (see, for example, Patent Document 1). In the apparatus of Patent Document 1, an ultrasonic probe unit that irradiates an ultrasonic wave is directly applied to an examination part of a human body, and a signal of a reflected wave reflected by an organ or the like is image-processed to diagnose the inside of the human body. In addition, the apparatus includes two ultrasonic vibrators, a low-frequency vibrator and a high-frequency vibrator, so that two types of ultrasonic waves having different frequencies can be irradiated. Ultrasonic waves have a characteristic that the lower the frequency (that is, the longer the wavelength), the deeper the incident inside the human body. Therefore, a high-frequency vibrator is used for diagnosis of a shallow part in the human body, and a low-frequency vibrator is used for diagnosis of a deep part.
JP 2004-305451 A

ところで、人間の皮膚は層構造を有しており、表面側から表皮、真皮、皮下組織の順になっている。そして最近では、皮膚における各層の情報(例えば層の厚さや硬さなど)を取得して検査に役立てたいといった要望がある。そして、低周波の超音波ほど人体内部に入射しやすいといった上記特性を利用すれば、皮膚の層情報を取得することが可能である。ところが、特許文献1の装置では、超音波の周波数を2種類しか切り替えることができないので、3層構造からなる皮膚の層情報を正確に取得することが難しい。しかも、皮膚の各層の厚さは、個人差があり、また同一人物であっても部位による差があるため、このような情報の正確な取得は事実上極めて困難な状況にある。   By the way, human skin has a layer structure, and is in the order of epidermis, dermis, and subcutaneous tissue from the surface side. Recently, there is a demand for obtaining information on each layer in the skin (for example, the thickness and hardness of the layer) and using it for examination. Then, by utilizing the above characteristic that the lower frequency ultrasonic waves are more likely to enter the human body, it is possible to obtain skin layer information. However, in the apparatus of Patent Document 1, since only two types of ultrasonic frequencies can be switched, it is difficult to accurately acquire skin layer information having a three-layer structure. In addition, the thickness of each layer of the skin varies from person to person, and even the same person has a difference depending on the region. Therefore, it is practically extremely difficult to obtain such information accurately.

従来の超音波検査装置を用いて皮膚の層情報を取得しようとすれば、例えば、超音波を複数種類の周波数に切り替えて何回も測定するといった機能が必要になる。従って、パルス発生回路などの回路構成が複雑になって装置が高価格化することに加え、測定時間も長くなるといった問題が生じる。しかも、このような装置が実現できたとしても皮膚の層情報の正確な取得は依然として困難であると予想される。   If skin layer information is to be acquired using a conventional ultrasonic examination apparatus, for example, a function of measuring the number of times by switching the ultrasonic wave to a plurality of types of frequencies is required. Accordingly, there arises a problem that the circuit configuration such as the pulse generation circuit becomes complicated and the price of the apparatus is increased, and the measurement time is increased. Moreover, even if such a device can be realized, it is expected that accurate acquisition of skin layer information is still difficult.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体組織の層情報を正確にかつ迅速に取得できる超音波検査方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、生体組織の層情報を正確にかつ迅速に取得できるにもかかわらず、構造が比較的簡素な超音波検査装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection method capable of accurately and quickly acquiring layer information of a living tissue. Another object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus having a relatively simple structure even though layer information of a living tissue can be acquired accurately and quickly.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査する超音波検査方法であって、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射する第1ステップと、前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める第2ステップとを含むとともに、前記第2ステップでは、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を演算により求め、その音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数に対応する深さに層の界面があるものと判定するとともに、各層の厚さを判定することを特徴とする超音波検査方法をその要旨とする。なお、異なる周波数成分を含む超音波とは、ある程度広い幅の周波数帯域を持った超音波のことを指し、例えば数MHz〜数百MHzの周波数帯域を持った超音波が好適である。 In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, an ultrasonic inspection method in which a living tissue having a layer structure is irradiated with ultrasonic waves, and the living tissue is inspected based on the obtained reflected wave. A first step of irradiating the living tissue with ultrasonic waves that are pulse-excited and having different frequency components, and an acoustic impedance for different frequencies based on a reflected wave from the living tissue And calculating a sound impedance curve indicating a correlation between the frequency and the sound impedance by performing a second step of obtaining hardness information at different depths in the living tissue. And determine that there is a layer interface at a depth corresponding to the frequency where the slope of the acoustic impedance curve is greater than the specified value. With, the ultrasonic inspection method characterized by determining the thickness of each layer and its gist. In addition, the ultrasonic wave containing a different frequency component refers to the ultrasonic wave which has a frequency band of a certain wide width, for example, the ultrasonic wave which has a frequency band of several MHz-several hundred MHz is suitable.

従って、請求項1に記載の発明によれば、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波が、層構造を有する生体組織に向けて照射される。このとき、高周波数の超音波は生体組織の表面で反射するのに対し、低周波数の超音波は生体組織の表面を透過して組織内部に達して反射する。従って、生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算すれば、生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求めることができる。この測定方法では、パルス励起によって異なる周波数成分を含む超音波を得ることができるので、従来技術のように異なる周波数の超音波に切り替えて何回も測定するといった必要がない。ゆえに、1回の測定で生体組織における層情報を迅速にかつ正確に取得でき、検査に役立てることができる。   Therefore, according to the first aspect of the present invention, ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components are irradiated toward a living tissue having a layer structure. At this time, high-frequency ultrasonic waves are reflected on the surface of the biological tissue, whereas low-frequency ultrasonic waves are transmitted through the surface of the biological tissue and are reflected inside the tissue. Therefore, if the acoustic impedance for different frequencies is calculated based on the reflected wave from the biological tissue, the hardness information at different depths in the biological tissue can be obtained. In this measurement method, since ultrasonic waves containing different frequency components can be obtained by pulse excitation, it is not necessary to switch to ultrasonic waves of different frequencies and perform measurement many times as in the prior art. Therefore, the layer information in the living tissue can be acquired quickly and accurately by one measurement, which can be used for examination.

上記発明では、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を演算により求め、その音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数に対応する深さに層の界面があるものと判定するとともに、各層の厚さを判定する。 In the above invention, an acoustic impedance curve indicating the correlation between frequency and acoustic impedance is obtained by calculation, and there is a layer interface at a depth corresponding to the frequency at a location where the slope is larger than a predetermined value in the acoustic impedance curve. as well as determination, it determines the thickness of each layer.

層構造を有する生体組織においては、各層の音響インピーダンスが異なり、各層の界面で音響インピーダンスが大きく変化する。上記発明によれば、音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数を判定することで、層の界面がある深さを判定することができ、その界面の位置により層の厚さを判定することができる
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記第2ステップでは、前記箇所の周波数を挟んでその低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、異なる層の硬さを求めることを特徴とする超音波検査方法をその要旨とする。
請求項2に記載の発明によれば、音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数を判定することで、層の界面がある深さを判定することができる。そして、その傾きが大きい箇所の周波数の低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、界面よりも下層側及び上層側の層の硬さ情報を求めることができる。
In a living tissue having a layer structure, the acoustic impedance of each layer is different, and the acoustic impedance changes greatly at the interface of each layer. According to the above-described invention, by determining the frequency of the portion where the slope is larger than the predetermined value in the acoustic impedance curve, the depth at which the interface of the layer is present can be determined, and the thickness of the layer can be determined by the position of the interface. Can be determined .
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein, in the second step, the hardness of different layers is determined by obtaining acoustic impedances on the low frequency side and the high frequency side across the frequency of the part. The gist is an ultrasonic inspection method characterized in that it is obtained.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to determine the depth at which the interface of the layer is present by determining the frequency of the portion where the slope is larger than the predetermined value in the acoustic impedance curve. And the hardness information of the lower layer side and the upper layer side from the interface can be obtained by obtaining the acoustic impedance on the low frequency side and the high frequency side of the frequency of the portion where the inclination is large.

請求項3に記載の発明は、層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査する超音波検査方法であって、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射する第1ステップと、前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める第2ステップとを含むとともに、前記第2ステップでは、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を演算により求め、その音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数に対応する深さに層の界面があるものと判定するとともに、前記箇所の周波数を挟んでその低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、異なる層の硬さを求めることを特徴とする超音波検査方法をその要旨とする。 The invention according to claim 3 is an ultrasonic inspection method for irradiating a living tissue having a layer structure with ultrasonic waves, and inspecting the living tissue based on the obtained reflected wave, and is pulse-excited. A first step of irradiating the living tissue with ultrasonic waves including different frequency components, and calculating an acoustic impedance for different frequencies based on a reflected wave from the living tissue; A second step for obtaining hardness information at different depths in the tissue, and in the second step, an acoustic impedance curve indicating a correlation between the frequency and the acoustic impedance is obtained by calculation, and an inclination is determined in the acoustic impedance curve. It is determined that there is a layer interface at a depth corresponding to the frequency at a location where is greater than a predetermined value, and the frequency at the location is determined. Sandwiched therebetween by determining the low frequency side and the acoustic impedance of the high-frequency side, respectively, as its gist the ultrasonic inspection method characterized by determining the hardness of the different layers.

請求項3に記載の発明によれば、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波が、層構造を有する生体組織に向けて照射される。このとき、高周波数の超音波は生体組織の表面で反射するのに対し、低周波数の超音波は生体組織の表面を透過して組織内部に達して反射する。従って、生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算すれば、生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求めることができる。この測定方法では、パルス励起によって異なる周波数成分を含む超音波を得ることができるので、従来技術のように異なる周波数の超音波に切り替えて何回も測定するといった必要がない。ゆえに、1回の測定で生体組織における層情報を迅速にかつ正確に取得でき、検査に役立てることができる。また、音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数を判定することで、層の界面がある深さを判定することができる。そして、その傾きが大きい箇所の周波数の低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、界面よりも下層側及び上層側の層の硬さ情報を求めることができる。 According to the third aspect of the present invention, ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components are irradiated toward a living tissue having a layer structure. At this time, high-frequency ultrasonic waves are reflected on the surface of the biological tissue, whereas low-frequency ultrasonic waves are transmitted through the surface of the biological tissue and are reflected inside the tissue. Therefore, if the acoustic impedance for different frequencies is calculated based on the reflected wave from the biological tissue, the hardness information at different depths in the biological tissue can be obtained. In this measurement method, since ultrasonic waves containing different frequency components can be obtained by pulse excitation, it is not necessary to switch to ultrasonic waves of different frequencies and perform measurement many times as in the prior art. Therefore, the layer information in the living tissue can be acquired quickly and accurately by one measurement, which can be used for examination. Further, by determining the frequency of the portion where the slope is larger than the predetermined value in the acoustic impedance curve, the depth at which the interface of the layer is present can be determined. And the hardness information of the lower layer side and the upper layer side from the interface can be obtained by obtaining the acoustic impedance on the low frequency side and the high frequency side of the frequency of the portion where the inclination is large.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記第1ステップでは、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含み、かつ前記生体組織の表層部を焦点として収束する超音波を、二次元走査しながら前記生体組織に向けて照射することをその要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, in the first step, the first step is pulse-excited, includes different frequency components, and focuses on a surface layer portion of the living tissue. The gist of the present invention is to irradiate the living body tissue with two-dimensional scanning with an ultrasonic wave that converges as follows.

従って、請求項4に記載の発明によれば、生体組織の奥行き方向の情報に加えて、平面方向の情報を取得することができる。つまり、生体組織における三次元情報を取得することができ、生体組織の検査をより正確に行うことができる。しかも、生体組織の表層部を焦点として収束する超音波であることから、生体組織内の微細な構造についても把握することが可能である。   Therefore, according to the fourth aspect of the invention, in addition to the information on the depth direction of the living tissue, the information on the plane direction can be acquired. That is, three-dimensional information in the living tissue can be acquired, and the living tissue can be examined more accurately. Moreover, since the ultrasonic waves converge with the surface layer portion of the living tissue as a focal point, it is possible to grasp the fine structure in the living tissue.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記生体組織は皮膚であることをその要旨とする。   The gist of the fifth aspect of the present invention is that, in any one of the first to fourth aspects, the biological tissue is skin.

従って、請求項5に記載の発明によれば、皮膚を構成する表皮、真皮、皮下組織の各層の厚さや硬さ情報を取得することができ、それに応じて皮膚の健康状態を検査することが可能となる。   Therefore, according to the invention described in claim 5, the thickness and hardness information of each layer of the epidermis, dermis and subcutaneous tissue constituting the skin can be acquired, and the health condition of the skin can be inspected accordingly. It becomes possible.

請求項6に記載の発明は、層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査するにあたり、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法を実行する超音波検査装置であって、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射するとともに、前記生体組織からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める演算手段とを備えることを特徴とする超音波検査装置をその要旨とする。 The invention described in claim 6 is directed to any one of claims 1 to 3 in which the living tissue having a layer structure is irradiated with ultrasonic waves and the living tissue is inspected based on the obtained reflected wave. An ultrasonic inspection apparatus that executes the method according to claim 1, wherein the ultrasonic wave that is pulse-excited and includes different frequency components is irradiated toward the biological tissue, and a reflected wave from the biological tissue is emitted. Obtaining hardness information at different depths in the living tissue by calculating an acoustic impedance for different frequencies based on an ultrasonic transducer that receives and converts it into an electrical signal and a reflected wave from the living tissue The gist of the present invention is an ultrasonic inspection apparatus comprising a computing means.

請求項6に記載の発明によれば、超音波振動子によって、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波が、層構造を有する生体組織に向けて照射される。このとき、高周波数の超音波は生体組織の表面で反射するのに対し、低周波数の超音波は生体組織の表面を透過して組織内部に達して反射する。そして、演算手段によって、生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスが演算され、生体組織における異なる深さでの硬さ情報が求められる。この装置によれば、パルス励起によって異なる周波数成分を含む超音波を得ることができるので、異なる周波数の超音波に切り替えて何回も測定するための複雑な回路構成を必要とせず、構造が比較的簡素なものとなる。また、1回の測定で生体組織における層情報を迅速にかつ正確に取得でき、検査に役立てることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components by the ultrasonic transducer are irradiated toward a living tissue having a layer structure. At this time, high-frequency ultrasonic waves are reflected on the surface of the biological tissue, whereas low-frequency ultrasonic waves are transmitted through the surface of the biological tissue and are reflected inside the tissue. Then, the calculation means calculates the acoustic impedance for different frequencies based on the reflected wave from the living tissue, and obtains hardness information at different depths in the living tissue. According to this device, ultrasonic waves containing different frequency components can be obtained by pulse excitation, so there is no need for a complicated circuit configuration for switching to ultrasonic waves of different frequencies, and the structure is compared. Simple. In addition, layer information in a living tissue can be acquired quickly and accurately by a single measurement, which can be used for examination.

請求項7に記載の発明は、請求項6において、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を示す画像データを生成する処理を行う画像生成手段をさらに備えることをその要旨とする。   The gist of the invention described in claim 7 is that, in claim 6, it further comprises image generating means for performing processing for generating image data indicating hardness information at different depths in the living tissue.

従って、請求項7に記載の発明によれば、画像生成手段により、生体組織における異なる深さでの硬さ情報を示す画像データが生成されるので、生体組織の断面構造を容易に可視化することができる。   Therefore, according to the seventh aspect of the present invention, the image generating means generates image data indicating hardness information at different depths in the living tissue, so that the cross-sectional structure of the living tissue can be easily visualized. Can do.

請求項8に記載の発明は、請求項6または7において、前記超音波の照射点を前記生体組織の表面に沿って二次元的に走査する二次元走査手段をさらに備え、前記超音波振動子は、前記超音波を前記生体組織の表層部を焦点として収束させて照射する機能を有することをその要旨とする。   The invention according to claim 8 is the ultrasonic transducer according to claim 6 or 7, further comprising two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning the ultrasonic irradiation point along the surface of the living tissue. The gist thereof is that it has a function of focusing and irradiating the ultrasonic wave with the surface layer portion of the living tissue as a focal point.

従って、請求項8に記載の発明によれば、二次元走査手段によって、生体組織の奥行き方向の情報に加えて、平面方向の情報を取得することができる。つまり、生体組織における三次元情報を取得することができ、生体組織の検査をより正確に行うことができる。しかも、生体組織の表層部を焦点として収束する超音波であることから、生体組織内の微細な構造についても把握することが可能である。   Therefore, according to the eighth aspect of the invention, in addition to the information on the depth direction of the living tissue, the information on the plane direction can be acquired by the two-dimensional scanning unit. That is, three-dimensional information in the living tissue can be acquired, and the living tissue can be examined more accurately. Moreover, since the ultrasonic waves converge with the surface layer portion of the living tissue as a focal point, it is possible to grasp the fine structure in the living tissue.

以上詳述したように、請求項1〜5に記載の発明によると、生体組織の層情報を正確にかつ迅速に取得できる超音波検査方法を提供することができる。また、請求項6〜8に記載の発明によると、生体組織の層情報を正確にかつ迅速に取得できるにもかかわらず、構造が比較的簡素な超音波検査装置を提供することができる。   As described in detail above, according to the first to fifth aspects of the invention, it is possible to provide an ultrasonic inspection method capable of accurately and quickly acquiring layer information of a living tissue. In addition, according to the inventions described in claims 6 to 8, it is possible to provide an ultrasonic inspection apparatus having a relatively simple structure even though layer information of a living tissue can be acquired accurately and quickly.

[第1の実施の形態] [First Embodiment]

以下、本発明を具体化した第1の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本実施の形態における超音波検査装置1を示す概略構成図である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A first embodiment embodying the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic inspection apparatus 1 according to the present embodiment.

超音波検査装置1は、超音波プローブユニット2と、パーソナルコンピュータ(パソコン)3とから構成されている。超音波プローブユニット2とパソコン3とは例えばUSBケーブル4を介して接続される。   The ultrasonic inspection apparatus 1 includes an ultrasonic probe unit 2 and a personal computer (personal computer) 3. The ultrasonic probe unit 2 and the personal computer 3 are connected via, for example, a USB cable 4.

超音波プローブユニット2は、超音波プローブ5と、先端部にその超音波プローブ5を着脱可能なハンドピース部6とを備える。この超音波プローブ5は、超音波を二次元走査しながら被検査物に照射して、その被検査物からの反射波を電気信号に変換して出力する機能を有している。このハンドピース部6はいわゆる把持部であって、手で把持可能な長さ及び直径を有している。それゆえ、この超音波プローブユニット2は、例えば、医師などが被診察者の皮膚の健康状態を検査するために用いられる。この場合、使用者はハンドピース部6を手で持ち、超音波プローブ5を被診察者の皮膚に直接当てるようにする。   The ultrasonic probe unit 2 includes an ultrasonic probe 5 and a handpiece part 6 to / from which the ultrasonic probe 5 can be attached / detached. The ultrasonic probe 5 has a function of irradiating an inspection object while scanning ultrasonic waves two-dimensionally, converting a reflected wave from the inspection object into an electric signal, and outputting the electric signal. The handpiece portion 6 is a so-called gripping portion, and has a length and a diameter that can be gripped by a hand. Therefore, the ultrasonic probe unit 2 is used by, for example, a doctor or the like to examine the skin health of the examinee. In this case, the user holds the handpiece unit 6 by hand and directly touches the ultrasonic probe 5 against the skin of the examinee.

具体的には、超音波プローブ5は、プローブケース11と、超音波振動子としてのトランスデューサ12と、二次元走査手段としての第1ロータ部13及び第2ロータ部14と、リファレンス部材15とを備える。プローブケース11は、生体組織とは異なる既知の音響インピーダンスを有し、超音波を透過しうる材料(例えば、アクリル樹脂)を用いて、先端部が略半球形状に形成されている。プローブケース11の内部には、超音波伝達媒体(具体的には純水)Wが充填されている。   Specifically, the ultrasonic probe 5 includes a probe case 11, a transducer 12 as an ultrasonic transducer, a first rotor portion 13 and a second rotor portion 14 as two-dimensional scanning means, and a reference member 15. Prepare. The probe case 11 has a known acoustic impedance different from that of a living tissue, and a tip portion is formed in a substantially hemispherical shape using a material (for example, acrylic resin) that can transmit ultrasonic waves. The probe case 11 is filled with an ultrasonic transmission medium (specifically pure water) W.

本実施の形態では、プローブケース11の内部に第1ロータ部13及び第2ロータ部14が収納されており、ケース先端側に設けられた第1ロータ部13の外周面には、2つのトランスデューサ12が設けられている。これら2つのトランスデューサ12は、高分子系の圧電材料からなり、第1ロータ部13の回転軸13aを中心として180度離れた位置に設けられている。この構成であると、回転軸13aを中心とする重量バランスがよくなるので、振動の発生を確実に防止することができる。   In the present embodiment, the first rotor portion 13 and the second rotor portion 14 are accommodated in the probe case 11, and two transducers are provided on the outer peripheral surface of the first rotor portion 13 provided on the front end side of the case. 12 is provided. These two transducers 12 are made of a polymer-based piezoelectric material, and are provided at a position 180 degrees away from the rotation axis 13 a of the first rotor portion 13. With this configuration, the weight balance around the rotation shaft 13a is improved, so that the occurrence of vibrations can be reliably prevented.

トランスデューサ12が照射する超音波は、超音波伝達媒体Wを介して円錐状に収束されてプローブケース11の外表面で焦点を結ぶようになっている。なお本実施の形態では、トランスデューサ12として、例えば、口径が3mm、高さ3mm、帯域幅が数MHz〜数百MHz程度の仕様のものを用いている。   The ultrasonic waves irradiated by the transducer 12 are converged in a conical shape via the ultrasonic transmission medium W and focused on the outer surface of the probe case 11. In the present embodiment, for example, a transducer having a diameter of 3 mm, a height of 3 mm, and a bandwidth of about several MHz to several hundred MHz is used as the transducer 12.

本実施の形態において、第1ロータ部13は、超音波プローブユニット2の短手方向と平行な回転軸13aを介してハウジング17に回転可能に支持されている。また、第2ロータ部14は、超音波プローブユニット2の長手方向と平行な回転軸14aを介してハウジング17を支持しており、そのハウジング17とともに第1ロータ部13を回転させる。これらロータ部13,14は、回転速度や回転位置が制御可能な周知の電動モータで構成される。なお、第1ロータ部13への電源供給やトランスデューサ12に対する電気信号の授受は図示しないスリップリングを介して行われる。   In the present embodiment, the first rotor portion 13 is rotatably supported by the housing 17 via a rotation shaft 13 a parallel to the short direction of the ultrasonic probe unit 2. Further, the second rotor portion 14 supports the housing 17 via a rotating shaft 14 a parallel to the longitudinal direction of the ultrasonic probe unit 2, and rotates the first rotor portion 13 together with the housing 17. These rotor parts 13 and 14 are comprised with the known electric motor which can control a rotational speed and a rotation position. The power supply to the first rotor unit 13 and the transmission / reception of electric signals to the transducer 12 are performed via a slip ring (not shown).

また、プローブケース11の外表面において超音波の照射点が走査される範囲内には、リファレンス部材15が設けられている。本実施形態のリファレンス部材15は、例えば、エポキシ樹脂により形成される。従って、リファレンス部材15は、アクリル樹脂からなるプローブケース11とは異なる既知の音響インピーダンスを有している。   In addition, a reference member 15 is provided in a range where the ultrasonic irradiation point is scanned on the outer surface of the probe case 11. The reference member 15 of the present embodiment is formed of, for example, an epoxy resin. Therefore, the reference member 15 has a known acoustic impedance different from the probe case 11 made of acrylic resin.

超音波プローブユニット2におけるハンドピース部6内には、各ロータ部13,14を駆動制御するロータ制御回路21、超音波を送受信するための信号処理回路22、電気信号の入出力を行うためのI/F回路23などが設けられている。I/F回路23としては、パソコン等の標準インターフェースであるUSBインターフェースが用いられる。なお、I/F回路23としては、USBインターフェースの他にIEEE1394インターフェースを採用してもよく、また、データ転送速度は遅くなるが、シリアルインターフェースやパラレルインターフェースを採用することもできる。   In the hand piece portion 6 of the ultrasonic probe unit 2, a rotor control circuit 21 for driving and controlling the rotor portions 13 and 14, a signal processing circuit 22 for transmitting and receiving ultrasonic waves, and an input / output of electric signals An I / F circuit 23 and the like are provided. As the I / F circuit 23, a USB interface which is a standard interface such as a personal computer is used. As the I / F circuit 23, an IEEE 1394 interface may be employed in addition to the USB interface, and a serial interface or a parallel interface may be employed although the data transfer speed is reduced.

図2は、超音波検査装置1の電気的な構成を示すブロック回路図である。   FIG. 2 is a block circuit diagram showing an electrical configuration of the ultrasonic inspection apparatus 1.

図2に示されるように、超音波プローブユニット2におけるロータ制御回路21は、各ロータ部13,14に接続されており、パソコン3から出力される駆動制御信号をI/F回路23を介して取り込み、その駆動制御信号に基づいて各ロータ部13,14を駆動して各ロータ部13,14とともにトランスデューサ12を回転させる。具体的には、ロータ制御回路21は、第1ロータ部13を所定の回転速度で回転させ、第1ロータ部13が半回転(180°回転)する度に第2ロータ部14を所定の角度だけ回転させる。これにより、プローブケース11の外表面(つまり生体組織である皮膚の表面)に沿って超音波の照射点が二次元的に走査される。   As shown in FIG. 2, the rotor control circuit 21 in the ultrasonic probe unit 2 is connected to the rotor units 13 and 14, and the drive control signal output from the personal computer 3 is transmitted via the I / F circuit 23. Then, the rotor units 13 and 14 are driven based on the drive control signal to rotate the transducer 12 together with the rotor units 13 and 14. Specifically, the rotor control circuit 21 rotates the first rotor unit 13 at a predetermined rotation speed, and each time the first rotor unit 13 rotates halfway (rotates 180 °), the second rotor unit 14 rotates at a predetermined angle. Just rotate. As a result, the ultrasonic irradiation point is two-dimensionally scanned along the outer surface of the probe case 11 (that is, the surface of the skin that is a living tissue).

信号処理回路22は、送信回路24、受信回路25、送受波分離回路26、検波回路27、A/D変換回路28を備える。   The signal processing circuit 22 includes a transmission circuit 24, a reception circuit 25, a transmission / reception wave separation circuit 26, a detection circuit 27, and an A / D conversion circuit 28.

送信回路24は、トランスデューサ12を駆動させるためのパルスを発生させる回路であり、トリガ回路24aとパルス発生回路24bとを備える。送信回路24において、トリガ回路24aは、パソコン3から出力される制御信号をI/F回路23を介して取り込み、その制御信号に基づいて第1ロータ部13の回転に同期したトリガ信号を生成する。パルス発生回路24bは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路26を介してトランスデューサ12に供給されてトランスデューサ12から超音波が照射される。なお、本実施の形態では、第1ロータ部13の回転によりトランスデューサ12がプローブケース11の先端側の走査範囲内に移動したときに、制御信号に基づいてトリガ信号が生成され、その走査範囲内でのみ超音波が照射されるようになっている。   The transmission circuit 24 is a circuit that generates a pulse for driving the transducer 12, and includes a trigger circuit 24a and a pulse generation circuit 24b. In the transmission circuit 24, the trigger circuit 24a takes in a control signal output from the personal computer 3 via the I / F circuit 23, and generates a trigger signal synchronized with the rotation of the first rotor unit 13 based on the control signal. . The pulse generation circuit 24b generates an excitation pulse in response to the trigger signal. The excitation pulse is supplied to the transducer 12 via the transmission / reception wave separation circuit 26, and ultrasonic waves are emitted from the transducer 12. In the present embodiment, when the transducer 12 moves into the scanning range on the distal end side of the probe case 11 due to the rotation of the first rotor section 13, a trigger signal is generated based on the control signal, and within the scanning range. Ultrasonic waves are emitted only at.

本実施の形態のトランスデューサ12は、送受波兼用の超音波振動子であり、皮膚で反射した超音波(反射波)を電気信号に変換する。そして、その反射波の信号は送受波分離回路26を介して受信回路25に供給される。受信回路25は、信号増幅回路を含み、反射波の信号を増幅して検波回路27に出力する。検波回路27は、ゲート回路を含み、皮膚からの反射波信号を抽出してA/D変換回路28に出力する。A/D変換回路28は、検波回路27の出力信号をA/D変換した後、I/F回路23を介してパソコン3に転送する。   The transducer 12 according to the present embodiment is an ultrasonic transducer that is also used for transmitting and receiving waves, and converts ultrasonic waves (reflected waves) reflected by the skin into electrical signals. The reflected wave signal is supplied to the receiving circuit 25 via the transmission / reception wave separation circuit 26. The reception circuit 25 includes a signal amplification circuit, amplifies the reflected wave signal, and outputs the amplified signal to the detection circuit 27. The detection circuit 27 includes a gate circuit, extracts a reflected wave signal from the skin, and outputs it to the A / D conversion circuit 28. The A / D conversion circuit 28 A / D converts the output signal of the detection circuit 27 and then transfers the signal to the personal computer 3 via the I / F circuit 23.

パソコン3は、CPU31、I/F回路32、高速フーリエ変換回路33、メモリ34、記憶装置35、入力装置36、及び表示装置37を備え、それらはバス38を介して相互に接続されている。   The personal computer 3 includes a CPU 31, an I / F circuit 32, a fast Fourier transform circuit 33, a memory 34, a storage device 35, an input device 36, and a display device 37, which are connected to each other via a bus 38.

CPU31は、メモリ34を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、各ロータ部13,14による二次元走査を制御するためのプログラムや音響インピーダンスを算出するためのプログラムなどを含む。   The CPU 31 executes a control program using the memory 34 and controls the entire apparatus in an integrated manner. The control program includes a program for controlling two-dimensional scanning by the rotor units 13 and 14, a program for calculating acoustic impedance, and the like.

I/F回路32は、超音波プローブユニット2との間で信号の授受を行うためのインターフェース(具体的には、USBインターフェース)であり、超音波プローブユニット2に制御信号(ロータ制御回路21や送信回路24への制御信号)を出力したり、超音波プローブユニット2からの転送データ(A/D変換回路28からI/F回路23を介して転送されるデータ)を入力したりする。   The I / F circuit 32 is an interface (specifically, a USB interface) for transmitting and receiving signals to and from the ultrasonic probe unit 2. Control signals (the rotor control circuit 21 and the rotor control circuit 21 and the like) are sent to the ultrasonic probe unit 2. Control signal to the transmission circuit 24) or transfer data (data transferred from the A / D conversion circuit 28 via the I / F circuit 23) from the ultrasonic probe unit 2 is input.

高速フーリエ変換回路33は、反射波信号の周波数成分を得るためにフーリエ変換処理を行う。表示装置37は、例えば、LCDやCRTなどのカラーディスプレイであり、音響インピーダンス像を表示したり、各種設定の入力画面を表示したりするために用いられる。入力装置36は、キーボードやマウス装置などであり、ユーザからの要求や指示、パラメータの入力に用いられる。   The fast Fourier transform circuit 33 performs a Fourier transform process to obtain a frequency component of the reflected wave signal. The display device 37 is, for example, a color display such as an LCD or a CRT, and is used to display an acoustic impedance image or an input screen for various settings. The input device 36 is a keyboard, a mouse device, or the like, and is used for inputting requests, instructions, and parameters from the user.

記憶装置35は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などであり、その記憶装置35には制御プログラム及び各種のデータが記憶されている。CPU31は、入力装置36による指示に従い、プログラムやデータを記憶装置35からメモリ34へ転送し、それを逐次実行する。なお、CPU31が実行するプログラムとしては、メモリカード、フレキシブルディスク、光ディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には記憶装置35にインストールして利用する。   The storage device 35 is a magnetic disk device or an optical disk device, and the storage device 35 stores a control program and various data. The CPU 31 transfers programs and data from the storage device 35 to the memory 34 in accordance with instructions from the input device 36, and executes them sequentially. Note that the program executed by the CPU 31 may be a program stored in a storage medium such as a memory card, a flexible disk, or an optical disk, or a program downloaded via a communication medium. To do.

次に、本実施の形態における皮膚の検査方法について説明する。   Next, a skin inspection method in the present embodiment will be described.

図3に示すように、皮膚39は、その表面側から表皮40、真皮41、皮下組織42で構成されている。表皮40は、皮膚39の最も外側にあり、肌のうるおいを保つための角質層43を含む。一般的に、表皮40の厚さは100μm程度であり、角質層43の厚さは20μm程度である。また、表皮40、真皮41を合わせると0.4mm〜1.4mm程度の厚さである。つまり、皮膚39は、各層の厚さが表面から内部に行くに従って順番に厚くなる層構造を有している。   As shown in FIG. 3, the skin 39 is composed of an epidermis 40, a dermis 41, and a subcutaneous tissue 42 from the surface side. The epidermis 40 is on the outermost side of the skin 39 and includes a stratum corneum 43 for keeping the moisture of the skin. Generally, the thickness of the epidermis 40 is about 100 μm, and the thickness of the stratum corneum 43 is about 20 μm. Further, when the epidermis 40 and dermis 41 are combined, the thickness is about 0.4 mm to 1.4 mm. That is, the skin 39 has a layer structure in which the thickness of each layer increases in order from the surface toward the inside.

この皮膚39に対してその表面側から広帯域(数MHz〜数百MHz)の周波数成分を含む超音波Soを照射する場合、表皮40の角質層43の厚さよりも波長が短い高周波数の超音波Soは、角質層43で反射する。また、角質層43の厚さよりも波長が長い超音波Soは角質層43を透過する。角質層43を透過した超音波Soのうち、表皮40の厚さよりも波長が短い超音波Soは表皮40で反射し、表皮40の厚さよりも波長が長い超音波Soは表皮40を透過する。さらに、表皮40を透過した超音波Soのうち、真皮41の厚さよりも波長が短い超音波Soは真皮41で反射し、真皮41の厚さよりも波長が長い超音波Soは真皮41を透過する。   When irradiating the skin 39 with an ultrasonic wave So containing a broadband (several MHz to several hundred MHz) frequency component from the surface side, the high frequency ultrasonic wave having a wavelength shorter than the thickness of the stratum corneum 43 of the epidermis 40. So is reflected by the stratum corneum 43. The ultrasonic wave So having a wavelength longer than the thickness of the stratum corneum 43 is transmitted through the stratum corneum 43. Among the ultrasonic waves So transmitted through the stratum corneum 43, the ultrasonic waves So having a wavelength shorter than the thickness of the epidermis 40 are reflected by the epidermis 40, and the ultrasonic waves So having a wavelength longer than the thickness of the epidermis 40 are transmitted through the epidermis 40. Further, among the ultrasonic waves So transmitted through the epidermis 40, an ultrasonic wave So having a wavelength shorter than the thickness of the dermis 41 is reflected by the dermis 41, and an ultrasonic wave So having a wavelength longer than the thickness of the dermis 41 transmits the dermis 41. .

従って、皮膚39からの反射波をデジタル解析してその反射波の周波数成分を取り出すことにより、皮膚39の厚さ方向(奥行き方向)の情報を取得することが可能となる。   Therefore, it is possible to acquire information on the thickness direction (depth direction) of the skin 39 by digitally analyzing the reflected wave from the skin 39 and extracting the frequency component of the reflected wave.

本実施の形態の超音波検査装置1は、リファレンス部材15からの反射波と皮膚39からの反射波とを取得し、それら反射波に基づいて皮膚39の音響インピーダンスを周波数毎に求める。そして、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を求めて、その音響インピーダンス曲線に基づいて、皮膚39における層間の界面の位置や各層の厚さなどの情報を取得する。   The ultrasonic inspection apparatus 1 according to the present embodiment acquires the reflected wave from the reference member 15 and the reflected wave from the skin 39, and obtains the acoustic impedance of the skin 39 for each frequency based on the reflected wave. Then, an acoustic impedance curve indicating the correlation between the frequency and the acoustic impedance is obtained, and information such as the position of the interface between layers in the skin 39 and the thickness of each layer is acquired based on the acoustic impedance curve.

詳しくは、図4(a)に示すように、プローブケース11を介してリファレンス部材15に超音波Soを照射し、リファレンス部材15での反射波Srを取得する。そして、反射波Srの信号をフーリエ変換することにより、反射波Srの強度スペクトルの周波数特性データを得る。   Specifically, as illustrated in FIG. 4A, the reference member 15 is irradiated with the ultrasonic wave So via the probe case 11, and the reflected wave Sr at the reference member 15 is acquired. Then, the frequency characteristic data of the intensity spectrum of the reflected wave Sr is obtained by Fourier transforming the signal of the reflected wave Sr.

また、図4(b)に示すように、皮膚39表面に超音波Soを照射し、皮膚39での反射波Stを取得する。そして、反射波Stの信号をフーリエ変換することにより、反射波Stの強度スペクトルの周波数特性データを得る。   Further, as shown in FIG. 4B, the surface 39 of the skin 39 is irradiated with the ultrasonic wave So, and the reflected wave St on the skin 39 is acquired. Then, frequency characteristic data of the intensity spectrum of the reflected wave St is obtained by Fourier transforming the signal of the reflected wave St.

リファレンス部材15においてその表面と直交する角度で照射される超音波(入射波)Soと反射波Srとの間には、次式(1)の関係が成り立つ。

Figure 0004654352
The relationship of the following formula (1) is established between the ultrasonic wave (incident wave) So and the reflected wave Sr irradiated at an angle orthogonal to the surface of the reference member 15.
Figure 0004654352

ただし、Zsはプローブケース11の音響インピーダンスであり、Zrはリファレンス部材15の音響インピーダンスである。   However, Zs is the acoustic impedance of the probe case 11, and Zr is the acoustic impedance of the reference member 15.

また、皮膚39表面と直交する角度で照射される超音波Soと反射波Stとの間には、次式(2)の関係が成り立つ。   Moreover, the relationship of following Formula (2) is formed between the ultrasonic wave So and the reflected wave St with an angle orthogonal to the skin 39 surface.

Figure 0004654352
Figure 0004654352

ただし、Ztは皮膚39の音響インピーダンスである。   Where Zt is the acoustic impedance of the skin 39.

従って、上記式(1),(2)から皮膚39の音響インピーダンスZtは、次式(3)により求められる。   Accordingly, the acoustic impedance Zt of the skin 39 is obtained by the following equation (3) from the above equations (1) and (2).

Figure 0004654352
Figure 0004654352

上記式(3)の演算を周波数毎に行うことで、図5に示すような音響インピーダンス曲線を求めることができる。   By performing the calculation of the above formula (3) for each frequency, an acoustic impedance curve as shown in FIG. 5 can be obtained.

ここで、皮膚39の最上層である角質層43の厚さよりも波長が短い超音波は、角質層43で反射するため、その超音波に対応する高周波数での反射波Sr,Stの信号強度を用いれば、上記式(3)の演算により角質層43の音響インピーダンスZtを求めることができる。   Here, since the ultrasonic wave having a wavelength shorter than the thickness of the stratum corneum 43 which is the uppermost layer of the skin 39 is reflected by the stratum corneum 43, the signal intensity of the reflected waves Sr and St at a high frequency corresponding to the ultrasonic wave. , The acoustic impedance Zt of the stratum corneum 43 can be obtained by the calculation of the above formula (3).

また、低周波数の超音波は角質層43を透過してその下層の表皮40に達するため、算出した角質層43の音響インピーダンスZtと低周波数での反射波Sr,Stの信号強度とを用いて、表皮40の音響インピーダンスZtを求める。同様に、算出した表皮40の音響インピーダンスZtと低周波数での反射波Sr,Stの信号強度とを用いて、真皮41の音響インピーダンスZtを求める。   Further, since the low-frequency ultrasonic wave passes through the stratum corneum 43 and reaches the underlying skin 40, the calculated acoustic impedance Zt of the stratum corneum 43 and the signal strengths of the reflected waves Sr and St at low frequencies are used. The acoustic impedance Zt of the skin 40 is obtained. Similarly, the acoustic impedance Zt of the dermis 41 is obtained using the calculated acoustic impedance Zt of the skin 40 and the signal strengths of the reflected waves Sr and St at low frequencies.

このように、高周波数側から音響インピーダンスZtを求め、それを利用して低周波数側の音響インピーダンスZtを求めることにより、図5の音響インピーダンス曲線が求められる。そして、この音響インピーダンス曲線のデータを用いて皮膚39の健康状態を判定することができる。   Thus, the acoustic impedance curve of FIG. 5 is calculated | required by calculating | requiring the acoustic impedance Zt from the high frequency side, and calculating | requiring the acoustic impedance Zt of the low frequency side using it. And the health state of the skin 39 can be determined using the data of this acoustic impedance curve.

すなわち、音響インピーダンス曲線を示す方程式を微分することにより、音響インピーダンス曲線の傾き(変化率)が求められる。そして、図6に示すように、音響インピーダンス曲線における傾きが所定のしきい値thよりも大きい箇所の周波数f1,f2,f3が判定される。そして、それら周波数f1,f2,f3に対応する深さでは音響インピーダンスの変化率が大きく、その位置に層の界面があると推定される。従って、それら周波数f1,f2,f3に基づいて、界面の位置や各層の厚さが判定される。   That is, the slope (change rate) of the acoustic impedance curve is obtained by differentiating the equation representing the acoustic impedance curve. Then, as shown in FIG. 6, the frequencies f1, f2, and f3 are determined at locations where the slope in the acoustic impedance curve is larger than a predetermined threshold th. And at the depth corresponding to these frequencies f1, f2, and f3, the rate of change of the acoustic impedance is large, and it is estimated that the layer interface exists at that position. Therefore, the position of the interface and the thickness of each layer are determined based on these frequencies f1, f2, and f3.

また、判定した周波数に対して、高周波数側の音響インピーダンスは界面の上層側の音響インピーダンスであり、低周波数側の音響インピーダンスは界面の下層側の音響インピーダンスである。よって、それら音響インピーダンスを求めることにより、異なる層の硬さ情報がそれぞれ求められる。   In addition, with respect to the determined frequency, the acoustic impedance on the high frequency side is the acoustic impedance on the upper layer side of the interface, and the acoustic impedance on the low frequency side is the acoustic impedance on the lower layer side of the interface. Accordingly, by obtaining these acoustic impedances, the hardness information of different layers can be obtained.

さらに、本実施の形態では、超音波の照射点を二次元走査することにより、上記のような皮膚39の奥行き方向の情報に加えて、皮膚39の平面方向の情報が取得され、皮膚39の三次元的な検査が行われる。   Furthermore, in the present embodiment, by performing two-dimensional scanning of the ultrasonic irradiation point, in addition to the information on the depth direction of the skin 39 as described above, information on the plane direction of the skin 39 is acquired. A three-dimensional inspection is performed.

なお、本実施の形態では、プローブケース11の音響インピーダンスZsやリファレンス部材15の音響インピーダンスZrは、制御プログラムのデータとして記憶装置35に予め記憶されている。また、上記の式(2)で示されるように、プローブケース11の音響インピーダンスZsが皮膚39の音響インピーダンスZtと等しい場合、皮膚39表面で超音波が反射しなくなる。そのため、プローブケース11としては、皮膚39の音響インピーダンスZtを考慮してその材料を選択するとよく、例えば、音響インピーダンスZsが皮膚39の3倍程度の大きさの材料を用いる。また、超音波伝達媒体Wとの界面となるプローブケース11の内表面側でも超音波の反射が起こるため、超音波伝達媒体Wの音響インピーダンスも考慮してプローブケース11の材料を選択することが好ましい。   In the present embodiment, the acoustic impedance Zs of the probe case 11 and the acoustic impedance Zr of the reference member 15 are stored in advance in the storage device 35 as control program data. Further, as indicated by the above formula (2), when the acoustic impedance Zs of the probe case 11 is equal to the acoustic impedance Zt of the skin 39, the ultrasonic wave is not reflected on the surface of the skin 39. Therefore, the material for the probe case 11 may be selected in consideration of the acoustic impedance Zt of the skin 39. For example, a material whose acoustic impedance Zs is about three times that of the skin 39 is used. In addition, since reflection of ultrasonic waves also occurs on the inner surface side of the probe case 11 that is an interface with the ultrasonic transmission medium W, the material of the probe case 11 can be selected in consideration of the acoustic impedance of the ultrasonic transmission medium W. preferable.

次に、本実施の形態において、皮膚39を検査するためにCPU31が実行する処理例について、図7のフローチャートに従い説明する。   Next, a processing example executed by the CPU 31 to inspect the skin 39 in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

先ず、CPU31は、ロータ制御回路21に制御信号を出力して、第1ロータ部13及び第2ロータ部14を駆動させる。その結果、超音波の照射点がリファレンス部材15に位置するように移動する。またこのとき、励起パルスがトランスデューサ12に供給されると、図4(a)に示すように、リファレンス部材15に超音波Soが照射され、その反射波Srの信号(反射波信号)が検波回路27で検出される。そして、CPU31は、A/D変換回路28で変換されたデジタルデータをI/F回路23,32を介して取り込み、高速フーリエ変換回路33に入力する。高速フーリエ変換回路33では、その反射波信号がフーリエ変換されることで、強度スペクトルの周波数特性データが生成される。CPU31は、高速フーリエ変換回路33から出力されるフーリエ変換後の周波数特性データを、リファレンス部材15のデータとしてメモリ34に一旦格納する(ステップ100)。   First, the CPU 31 outputs a control signal to the rotor control circuit 21 to drive the first rotor unit 13 and the second rotor unit 14. As a result, the ultrasound irradiation point moves so as to be positioned on the reference member 15. At this time, when the excitation pulse is supplied to the transducer 12, as shown in FIG. 4A, the reference member 15 is irradiated with the ultrasonic wave So, and the signal of the reflected wave Sr (reflected wave signal) is detected. 27. The CPU 31 takes in the digital data converted by the A / D conversion circuit 28 via the I / F circuits 23 and 32 and inputs the digital data to the fast Fourier transform circuit 33. In the fast Fourier transform circuit 33, the reflected wave signal is Fourier transformed to generate frequency characteristic data of the intensity spectrum. The CPU 31 temporarily stores the frequency characteristic data after the Fourier transform output from the fast Fourier transform circuit 33 in the memory 34 as data of the reference member 15 (step 100).

その後、CPU31からの指示を受けたロータ制御回路21が各ロータ部13,14を駆動し、超音波の二次元走査が開始する。CPU31は、各ロータ部13,14の回転位置を判断し、それに基づいて測定点の座標データを取得する(ステップ110)。   Thereafter, the rotor control circuit 21 that has received an instruction from the CPU 31 drives each of the rotor units 13 and 14, and two-dimensional scanning of ultrasonic waves is started. CPU31 judges the rotation position of each rotor part 13 and 14, and acquires the coordinate data of a measurement point based on it (step 110).

そして、図4(b)に示すように、皮膚39表面に超音波Soが照射され、その反射波Stが検波回路27で検出される。CPU31は、A/D変換回路28で変換されたデジタルデータを高速フーリエ変換回路33に入力し、高速フーリエ変換回路33から出力されるフーリエ変換後の周波数特性データを、皮膚39のデータとして測定点の座標データに関連付けてメモリ34に一旦格納する(ステップ120)。   Then, as shown in FIG. 4 (b), the ultrasonic wave So is irradiated on the surface of the skin 39, and the reflected wave St is detected by the detection circuit 27. The CPU 31 inputs the digital data converted by the A / D conversion circuit 28 to the fast Fourier transform circuit 33, and uses the Fourier transform frequency characteristic data output from the fast Fourier transform circuit 33 as the skin 39 data as a measurement point. The data is temporarily stored in the memory 34 in association with the coordinate data (step 120).

その後、CPU31は、取得したリファレンス部材15及び皮膚39での反射波Sr,Stの強度スペクトルのデータと、リファレンス部材15及びプローブケース11の音響インピーダンスZr,Zsとを用いて、上記の式(3)に対応した演算処理を行い測定点での音響インピーダンスZtを算出する(ステップ130)。ここでは、周波数毎に音響インピーダンスZtが求められ、図5の音響インピーダンス曲線に対応するデータが求められる。そして、CPU31は、算出された音響インピーダンスのデータを測定点の座標データに関連付けてメモリ34に記憶させる。   Thereafter, the CPU 31 uses the acquired intensity spectrum data of the reflected waves Sr and St on the reference member 15 and the skin 39 and the acoustic impedances Zr and Zs of the reference member 15 and the probe case 11 to obtain the above formula (3 ) To calculate the acoustic impedance Zt at the measurement point (step 130). Here, the acoustic impedance Zt is obtained for each frequency, and data corresponding to the acoustic impedance curve of FIG. 5 is obtained. Then, the CPU 31 stores the calculated acoustic impedance data in the memory 34 in association with the coordinate data of the measurement point.

その後、CPU31は、算出した音響インピーダンスZtに基づいて皮膚表面の音響インピーダンス像を生成するための画像処理を行う(ステップ140)。上述したように、高周波数側の超音波は皮膚表面で反射するのに対し、低周波数側の超音波は皮膚表面の角質層43を透過して皮膚39の内部で反射する。つまり、低周波数側の音響インピーダンスは皮膚内部の硬さ情報を含んでしまうため、ステップ140の処理では、皮膚表面での硬さ情報のみを含む高周波側のデータを用いて算出する。この処理において、CPU31は、高周波側の音響インピーダンスZtを用いてカラー変調処理を行い、音響インピーダンスZtの大きさに応じた画像データを生成し、該画像データをメモリ34に記憶させる。   Thereafter, the CPU 31 performs image processing for generating an acoustic impedance image of the skin surface based on the calculated acoustic impedance Zt (step 140). As described above, ultrasonic waves on the high frequency side are reflected on the skin surface, whereas ultrasonic waves on the low frequency side are transmitted through the stratum corneum 43 on the skin surface and reflected inside the skin 39. That is, since the acoustic impedance on the low frequency side includes the hardness information inside the skin, the processing in step 140 is performed using the data on the high frequency side including only the hardness information on the skin surface. In this process, the CPU 31 performs color modulation processing using the high-frequency acoustic impedance Zt, generates image data corresponding to the magnitude of the acoustic impedance Zt, and stores the image data in the memory 34.

CPU31は、全ての測定点での処理が終了し、1画面分の画像データが取得されたか否かを判断する(ステップ150)。ここで、全データが取得されていない場合、CPU31は、ステップ110に戻って、ステップ110〜150の処理を繰り返し実行し、全データが取得された場合には、該データを表示装置37に転送して該データに応じた音響インピーダンス像を表示させる(ステップ160)。   The CPU 31 determines whether or not the processing at all measurement points has been completed and image data for one screen has been acquired (step 150). If all the data has not been acquired, the CPU 31 returns to step 110 and repeatedly executes the processing of steps 110 to 150. If all the data has been acquired, the CPU 31 transfers the data to the display device 37. Then, an acoustic impedance image corresponding to the data is displayed (step 160).

この処理により、皮膚39表面での音響インピーダンスの大きさに応じて色分けされた音響インピーダンス像が表示され、その音響インピーダンス像によって、皮膚39表面での音響インピーダンスの分布が確認される。   By this processing, an acoustic impedance image that is color-coded according to the magnitude of the acoustic impedance on the skin 39 surface is displayed, and the acoustic impedance distribution on the skin 39 surface is confirmed by the acoustic impedance image.

ここで、音響インピーダンス像を確認したユーザが入力装置36を操作して、音響インピーダンス像における所定のポイント(座標)を指定すると、CPU31は、そのポイントの奥行き方向の情報を表示するための表示処理を行う(ステップ170)。この処理において、CPU31は、先ず、所定のポイントの座標データに対応する周波数特性データをメモリ34から読み出す。そして、CPU31は、そのデータを利用して微分処理を行うことにより、音響インピーダンス曲線の傾きを算出し、算出値が所定のしきい値thよりも大きい箇所の周波数(図6のf1,f2,f3)を判定する。そして、CPU31は、その判定した周波数に基づいて、皮膚39を構成する各層(角質層43、表皮40、真皮41など)の厚さを求め、それら厚さや各層での音響インピーダンスの大きさに応じた硬さの情報などを表示装置37の画面に表示する。このような硬さ情報の表示態様は特に限定されず、例えば硬さを数値化して表示してもよい。または、硬さの程度に応じて色分けして表示してもよい。なお、図5,図6のグラフについても、必要に応じて表示装置37の画面に表示するようにしてもよい。   Here, when the user who has confirmed the acoustic impedance image operates the input device 36 and designates a predetermined point (coordinates) in the acoustic impedance image, the CPU 31 performs display processing for displaying information in the depth direction of the point. (Step 170). In this process, the CPU 31 first reads out frequency characteristic data corresponding to the coordinate data of a predetermined point from the memory 34. Then, the CPU 31 performs a differentiation process using the data to calculate the slope of the acoustic impedance curve, and the frequency (f1, f2, in FIG. 6) where the calculated value is larger than the predetermined threshold th. Determine f3). Then, the CPU 31 obtains the thickness of each layer (the stratum corneum 43, the epidermis 40, the dermis 41, etc.) constituting the skin 39 based on the determined frequency, and according to the thickness and the magnitude of the acoustic impedance in each layer. The hardness information and the like are displayed on the screen of the display device 37. The display mode of such hardness information is not particularly limited, and for example, the hardness may be displayed as a numerical value. Or you may display according to a color according to the grade of hardness. Note that the graphs of FIGS. 5 and 6 may be displayed on the screen of the display device 37 as necessary.

ここで、再度ユーザが音響インピーダンス像における別のポイント(座標)を指定すると、CPU31は、そのポイントの奥行き方向の情報を表示するための表示処理を繰り返し行う。   Here, when the user designates another point (coordinates) in the acoustic impedance image again, the CPU 31 repeatedly performs display processing for displaying information in the depth direction of the point.

また、表示装置37の画面には、表示処理の終了を指示するための終了ボタンが表示されている。ユーザが入力装置36を操作してその終了ボタンを押すと、図7の処理が終了する。   An end button for instructing the end of the display process is displayed on the screen of the display device 37. When the user operates the input device 36 and presses the end button, the processing in FIG. 7 ends.

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本実施の形態の超音波検査装置1では、トランスデューサ12により照射される超音波が広帯域の周波数成分を含んでいる。そして、得られた反射波信号をデジタル解析(フーリエ変換)することで、広帯域内における周波数毎の音響インピーダンスが求められる。この場合、従来技術のように異なる周波数の超音波に切り替えて複数回測定するといった必要はなく、1回の超音波の照射によって音響インピーダンス曲線(周波数特性データ)を得ることができる。ここで測定される音響インピーダンスは皮膚39の硬さに連動して大きくなるパラメータであるので、その周波数特性データを利用することで、皮膚39における各層の硬さ情報を取得することができる。よって、この情報に基づけば、皮膚39の健康状態を迅速にかつ正確に検査することができる。また、本実施の形態の超音波検査装置1は、パルス励起によって異なる周波数成分を含む超音波を発生させる構成であるので、従来技術と比較してパルス発生回路24bなどの回路構成を簡素化することができる。そしてこのような装置の簡素化が達成される結果、装置の低価格化を図ることが可能となる。   (1) In the ultrasonic inspection apparatus 1 of the present embodiment, the ultrasonic wave irradiated by the transducer 12 includes a wideband frequency component. Then, by performing digital analysis (Fourier transform) on the obtained reflected wave signal, an acoustic impedance for each frequency within a wide band is obtained. In this case, it is not necessary to switch to ultrasonic waves having different frequencies and perform measurement a plurality of times as in the prior art, and an acoustic impedance curve (frequency characteristic data) can be obtained by a single ultrasonic irradiation. Since the acoustic impedance measured here is a parameter that increases in accordance with the hardness of the skin 39, the hardness information of each layer in the skin 39 can be acquired by using the frequency characteristic data. Therefore, based on this information, the health condition of the skin 39 can be inspected quickly and accurately. In addition, since the ultrasonic inspection apparatus 1 according to the present embodiment is configured to generate ultrasonic waves including different frequency components by pulse excitation, the circuit configuration such as the pulse generation circuit 24b is simplified as compared with the prior art. be able to. As a result of the simplification of the device, it is possible to reduce the cost of the device.

(2)本実施の形態の超音波検査装置1では、音響インピーダンス曲線を微分処理することでその傾きが求められ、傾きが所定のしきい値よりも大きい箇所を判定することで、皮膚39における奥行き方向の情報(各層の厚さや硬さ)を求めることができる。   (2) In the ultrasonic inspection apparatus 1 according to the present embodiment, the slope is obtained by differentiating the acoustic impedance curve, and the location on the skin 39 is determined by determining the location where the slope is greater than a predetermined threshold value. Information in the depth direction (thickness and hardness of each layer) can be obtained.

(3)本実施の形態の超音波検査装置1では、超音波の照射点が二次元走査されるので、皮膚39の奥行き方向の情報に加えて皮膚39の表面の情報を取得することができ、皮膚39の検査をより正確に行うことができる。しかも、皮膚39の表層部を焦点として収束する超音波をプローブとして利用していることから、皮膚39表層部の微細な構造についても把握することが可能である。例えば、角質層43よりも内部の層にミクロンオーダーの硬変部などが存在しているような場合であっても、その硬変部を確実に見つけ出すことが可能である。   (3) In the ultrasonic inspection apparatus 1 of the present embodiment, since the ultrasonic irradiation point is two-dimensionally scanned, information on the surface of the skin 39 can be acquired in addition to information on the depth direction of the skin 39. The skin 39 can be examined more accurately. In addition, since the ultrasonic wave that converges with the surface layer portion of the skin 39 as a focal point is used as a probe, it is possible to grasp the fine structure of the surface layer portion of the skin 39. For example, even if a micron-order hardened part exists in a layer inside the stratum corneum 43, it is possible to reliably find the hardened part.

(4)実際の検査時においては、温度変化や測定系の回路特性の変化などの要因によって、トランスデューサ12から出力される超音波の強度が変動する可能性が高い。それを考慮して、本実施の形態の超音波検査装置1では、プローブケース11の外表面にリファレンス部材15を設けている。そのため、図4(a)に示すように、リファレンス部材15の反射波Srの信号を検出し、反射波信号に基づいて音響インピーダンスを算出することにより、測定条件の変動に応じて補正を行うことができる。これにより、正確な音響インピーダンスを得ることができ、皮膚39の検査を正確に行うことができる。また、リファレンス部材15が走査範囲内に設けられているので、リファレンス部材15からの反射波の測定に続いて、皮膚39の反射波を迅速に測定することができる。   (4) At the time of actual inspection, there is a high possibility that the intensity of the ultrasonic wave output from the transducer 12 will fluctuate due to factors such as temperature changes and changes in circuit characteristics of the measurement system. Considering this, the ultrasonic inspection apparatus 1 of the present embodiment is provided with the reference member 15 on the outer surface of the probe case 11. Therefore, as shown in FIG. 4A, the signal of the reflected wave Sr of the reference member 15 is detected, and the acoustic impedance is calculated based on the reflected wave signal, so that correction is performed according to the variation of the measurement condition. Can do. Thereby, an accurate acoustic impedance can be obtained and the skin 39 can be accurately inspected. Further, since the reference member 15 is provided within the scanning range, the reflected wave of the skin 39 can be measured quickly following the measurement of the reflected wave from the reference member 15.

(5)本実施の形態の超音波検査装置1は、手で把持可能な超音波プローブユニット2を備えるため、その超音波プローブユニット2を用いて身体のさまざまな箇所の皮膚39を検査することができる。
[第2の実施の形態]
(5) Since the ultrasonic inspection apparatus 1 of the present embodiment includes the ultrasonic probe unit 2 that can be grasped by hand, the ultrasonic probe unit 2 is used to inspect the skin 39 at various locations on the body. Can do.
[Second Embodiment]

次に、本発明を具体化した第2の実施の形態を図8に基づき説明する。   Next, a second embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIG.

第2の実施の形態における超音波検査装置51は、超音波顕微鏡52を利用して皮膚の音響インピーダンスを測定する装置であり、超音波顕微鏡52とその超音波顕微鏡52を制御するためのパソコン3とから構成されている。   The ultrasonic inspection apparatus 51 in the second embodiment is an apparatus that measures the acoustic impedance of the skin using the ultrasonic microscope 52, and the personal computer 3 for controlling the ultrasonic microscope 52 and the ultrasonic microscope 52. It consists of and.

本実施の形態の超音波顕微鏡52には、トランスデューサ12と、I/F回路23と、送信回路24と、受信回路25と、送受波分離回路26と、検波回路27と、A/D変換回路28と、X−Yステージ54と、エンコーダ(ENC)55と、コントローラ56と、駆動モータ57X,57Yとが設けられている。なお、超音波顕微鏡52において、I/F回路23、送信回路24、受信回路25、送受波分離回路26、検波回路27、及びA/D変換回路28は、第1の実施の形態の各回路23〜28と同様の構成である。以下、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。   The ultrasonic microscope 52 of the present embodiment includes a transducer 12, an I / F circuit 23, a transmission circuit 24, a reception circuit 25, a transmission / reception wave separation circuit 26, a detection circuit 27, and an A / D conversion circuit. 28, an XY stage 54, an encoder (ENC) 55, a controller 56, and drive motors 57X and 57Y are provided. In the ultrasonic microscope 52, the I / F circuit 23, the transmission circuit 24, the reception circuit 25, the transmission / reception wave separation circuit 26, the detection circuit 27, and the A / D conversion circuit 28 are the circuits of the first embodiment. It is the structure similar to 23-28. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.

超音波顕微鏡52において、超音波を照射するためのトランスデューサ12は、X−Yステージ54の下面に固定されている。このX−Yステージ54は、超音波の照射点を二次元的に動かすためのステージ54X,54Yと、それぞれのステージ54X,54Yを駆動するモータ57X,57Yとを備えている。これらのモータ57X,57Yとしては、ステッピングモータやリニアモータが使用される。   In the ultrasonic microscope 52, the transducer 12 for irradiating ultrasonic waves is fixed to the lower surface of the XY stage 54. The XY stage 54 includes stages 54X and 54Y for moving the ultrasonic irradiation point two-dimensionally, and motors 57X and 57Y for driving the stages 54X and 54Y, respectively. Stepping motors and linear motors are used as these motors 57X and 57Y.

各モータ57X,57Yにはコントローラ56が接続されており、そのコントローラ56の駆動信号に応答してモータ57X,57Yが駆動される。これらモータ57X,57Yの駆動により、Xステージ54Xを連続走査(連続送り)するとともに、Yステージ54Yを間欠送りとなるよう制御することで、X−Yステージ54の高速走査が可能となっている。   A controller 56 is connected to each of the motors 57X and 57Y, and the motors 57X and 57Y are driven in response to a drive signal of the controller 56. By driving these motors 57X and 57Y, the X stage 54X is continuously scanned (continuous feed), and the Y stage 54Y is controlled to be intermittently fed, so that the XY stage 54 can be scanned at high speed. .

また、本実施の形態においては、Xステージ54Xに対応してエンコーダ55が設けられ、エンコーダ55によりXステージ54Xの走査位置が検出される。具体的に、走査範囲を300×300個の測定点(ピクセル)に分割した場合、1回のX方向(水平方向)の走査時に300回超音波が照射される。そして、各測定点の位置がエンコーダ55によって検出され、I/F回路23を介してパソコン3に取り込まれる。パソコン3はそのエンコーダ55の出力に同期して駆動制御信号を生成して、その駆動制御信号をI/F回路23を介してコントローラ56に供給する。コントローラ56は、この駆動制御信号に基づいてモータ57Xを駆動する。また、コントローラ56は、エンコーダ55の出力信号に基づきX方向の1ラインの走査が終了した時点でモータ57Yを駆動して、Yステージ54YをY方向に1ピクセル分移動させる。   In the present embodiment, an encoder 55 is provided corresponding to the X stage 54X, and the encoder 55 detects the scanning position of the X stage 54X. Specifically, when the scan range is divided into 300 × 300 measurement points (pixels), ultrasonic waves are irradiated 300 times during one scan in the X direction (horizontal direction). Then, the position of each measurement point is detected by the encoder 55 and taken into the personal computer 3 via the I / F circuit 23. The personal computer 3 generates a drive control signal in synchronization with the output of the encoder 55 and supplies the drive control signal to the controller 56 via the I / F circuit 23. The controller 56 drives the motor 57X based on this drive control signal. Further, the controller 56 drives the motor 57Y when the scanning of one line in the X direction is completed based on the output signal of the encoder 55, and moves the Y stage 54Y by one pixel in the Y direction.

さらに、コントローラ56は、駆動制御信号に同期した信号を送信回路24のトリガ回路24aに供給する。これにより、トリガ回路24aは、駆動制御信号に同期したトリガ信号を生成し、パルス発生回路24bは、そのトリガ信号に応答して励起パルスを生成する。その励起パルスが送受波分離回路26を介してトランスデューサ12に供給される結果、トランスデューサ12から超音波が照射される。   Further, the controller 56 supplies a signal synchronized with the drive control signal to the trigger circuit 24 a of the transmission circuit 24. Accordingly, the trigger circuit 24a generates a trigger signal synchronized with the drive control signal, and the pulse generation circuit 24b generates an excitation pulse in response to the trigger signal. As a result of the excitation pulse being supplied to the transducer 12 via the transmission / reception wave separation circuit 26, ultrasonic waves are emitted from the transducer 12.

トランスデューサ12の下方には皮膚検査用プレート58が設けられている。トランスデューサ12が照射する超音波は、超音波伝達媒体Wを介して円錐状に収束し、皮膚検査用プレート58の下面付近(つまり皮膚の表層部)で焦点を結ぶようになっている。   A skin test plate 58 is provided below the transducer 12. The ultrasonic waves irradiated by the transducer 12 converge in a conical shape via the ultrasonic transmission medium W, and are focused near the lower surface of the skin examination plate 58 (that is, the surface layer portion of the skin).

皮膚検査用プレート58は、第1の実施の形態におけるプローブケース11と同様に、生体組織とは異なる既知の音響インピーダンスを有し、超音波を透過しうる材料(例えば、アクリル樹脂)を用いて形成されている。この皮膚検査用プレートにおいて、超音波の照射点が走査される範囲内には、例えば、エポキシ樹脂からなるリファレンス部材59が設けられている。   Similar to the probe case 11 in the first embodiment, the skin test plate 58 is made of a material (for example, acrylic resin) that has a known acoustic impedance different from that of a living tissue and can transmit ultrasonic waves. Is formed. In this skin test plate, a reference member 59 made of, for example, an epoxy resin is provided in a range where the ultrasonic irradiation point is scanned.

本実施の形態では、皮膚検査用プレート58の下面に被診察者の腕などの皮膚を接触させ、この状態で皮膚に向けて超音波が照射される。皮膚で反射した超音波はトランスデューサ12で電気信号に変換され、送受波分離回路26、及び受信回路25を経て検波回路27に供給される。そして、検波回路27において皮膚からの反射波信号が抽出された後、A/D変換回路28、及びI/F回路23を介してパソコン3に転送される。   In the present embodiment, the skin such as the arm of the examinee is brought into contact with the lower surface of the skin test plate 58, and in this state, ultrasonic waves are irradiated toward the skin. The ultrasonic wave reflected from the skin is converted into an electric signal by the transducer 12 and supplied to the detection circuit 27 through the transmission / reception wave separation circuit 26 and the reception circuit 25. Then, after the reflected wave signal from the skin is extracted in the detection circuit 27, it is transferred to the personal computer 3 via the A / D conversion circuit 28 and the I / F circuit 23.

パソコン3は、上記第1の実施の形態と同じ回路構成(CPU31、I/F回路32、高速フーリエ変換回路33、メモリ34、記憶装置35、入力装置36、及び表示装置37)を有する。本実施の形態のパソコン3も、図7に示すフローチャートと同様の処理を行うことで、皮膚表面の音響インピーダンス像を表示するとともに、皮膚の奥行き情報を表示する。   The personal computer 3 has the same circuit configuration (CPU 31, I / F circuit 32, fast Fourier transform circuit 33, memory 34, storage device 35, input device 36, and display device 37) as in the first embodiment. The personal computer 3 according to the present embodiment also displays the acoustic impedance image of the skin surface and the skin depth information by performing the same processing as the flowchart shown in FIG.

従って、本実施の形態のように超音波顕微鏡52を利用して超音波検査装置51を構成した場合でも、上記第1実施の形態の効果(1)〜(4)と同様の効果を得ることができる。   Therefore, even when the ultrasonic inspection apparatus 51 is configured using the ultrasonic microscope 52 as in the present embodiment, the same effects as the effects (1) to (4) of the first embodiment can be obtained. Can do.

なお、本発明の各実施の形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change each embodiment of this invention as follows.

・上記各実施の形態では、算出した高周波数側の音響インピーダンスを用いて皮膚39表面(角質層43)での音響インピーダンス像を表示させるものであったが、低周波数側の音響インピーダンスを用いて、皮膚39内部(表皮40、真皮41、皮下組織42など)での音響インピーダンス像を表示させるよう構成してもよい。具体的な方法としては、先ず、ユーザが表示装置37の画面に表示された皮膚39の各層(角質層43、表皮40、真皮41など)の厚さを確認し、表示させる層の位置(表面からの深さ)を指定する。これにより、CPU31は、指定位置に対応する周波数の音響インピーダンスをメモリ34から読み出して画像生成処理を行い、得られた画像データを表示装置37に転送することで、指定位置に対応する音響インピーダンス像を表示させる。   In each of the above embodiments, the acoustic impedance image on the surface of the skin 39 (the stratum corneum 43) is displayed using the calculated acoustic impedance on the high frequency side, but the acoustic impedance on the low frequency side is used. The acoustic impedance image inside the skin 39 (the epidermis 40, the dermis 41, the subcutaneous tissue 42, etc.) may be displayed. As a specific method, first, the user confirms the thickness of each layer (skin layer 43, epidermis 40, dermis 41, etc.) of the skin 39 displayed on the screen of the display device 37, and the position (surface) of the layer to be displayed. (Depth from). Thereby, the CPU 31 reads out the acoustic impedance of the frequency corresponding to the designated position from the memory 34, performs image generation processing, and transfers the obtained image data to the display device 37, whereby the acoustic impedance image corresponding to the designated position is obtained. Is displayed.

・上記各実施の形態では皮膚39表面の音響インピーダンス像を表示させるものであったが、皮膚39断面の音響インピーダンス像を表示させるように構成してもよい。例えば、表示装置37の画面に皮膚39表面の音響インピーダンス像を表示させた状態で、ユーザがその音響インピーダンス像において断面の位置を設定するための2つのポイントを指定する。CPU31は、2つの指定ポイントを結ぶ直線上にある複数の測定点を抽出し、各測定点の座標に対応する音響インピーダンスの周波数特性データをメモリ34から読み出して、深さ方向の音響インピーダンスを求める。そして、CPU31は、その音響インピーダンスを用いて画像生成処理を行い、それにより得られた画像データを表示装置37に転送することで、指定位置での断面を示す音響インピーダンス像を表示させる。   In each of the above embodiments, the acoustic impedance image on the surface of the skin 39 is displayed. However, an acoustic impedance image of the cross section of the skin 39 may be displayed. For example, in a state where the acoustic impedance image of the surface of the skin 39 is displayed on the screen of the display device 37, the user designates two points for setting the position of the cross section in the acoustic impedance image. The CPU 31 extracts a plurality of measurement points on a straight line connecting two specified points, reads out the frequency characteristic data of the acoustic impedance corresponding to the coordinates of each measurement point from the memory 34, and obtains the acoustic impedance in the depth direction. . Then, the CPU 31 performs image generation processing using the acoustic impedance, and transfers the image data obtained thereby to the display device 37, thereby displaying an acoustic impedance image showing a cross section at the designated position.

さらに、ユーザが指定した所定領域について、各測定点での周波数特性データを利用して深さ方向の音響インピーダンスを求めて、皮膚39の立体的な音響インピーダンス像を表示させるように構成してもよい。このようにすれば、皮膚39の三次元情報を取得することができる。   Further, a predetermined area designated by the user may be configured to obtain the acoustic impedance in the depth direction using frequency characteristic data at each measurement point and display a three-dimensional acoustic impedance image of the skin 39. Good. In this way, three-dimensional information of the skin 39 can be acquired.

・上記各実施の形態において、検査した皮膚39の各層の厚さや硬さを標準的な値と比較して、その比較結果に応じた皮膚39の健康状態、例えば潤いのある良好な肌、かさかさした乾燥肌などといった肌の状態を表示装置37の画面に表示するよう構成してもよい。さらに、皮膚39の検査結果をその都度メモリ34に記憶し、同一被験者について前回取得したデータと今回取得したデータとを比較することにより、皮膚39の状態変化を表示装置37の画面に表示するよう構成してもよい。   In each of the above-described embodiments, the thickness and hardness of each layer of the examined skin 39 are compared with standard values, and the health state of the skin 39 according to the comparison result, for example, moist and good skin, bulkiness You may comprise so that the state of skin, such as dried skin etc., may be displayed on the screen of the display apparatus 37. FIG. Furthermore, the test result of the skin 39 is stored in the memory 34 each time, and the state change of the skin 39 is displayed on the screen of the display device 37 by comparing the previously acquired data with the data acquired this time for the same subject. It may be configured.

・上記各実施の形態の超音波検査装置1,51は、超音波の照射点を二次元走査する機能を有し、皮膚39の音響インピーダンス像を得るものであったが、この機能を省略してもよい。つまり、超音波検査装置としては、皮膚39の奥行き方向の情報を得るものであればよい。例えば、二次元走査することなく所定の測定点のみにパルス励起された超音波を照射し、その反射波から得られる音響インピーダンス曲線に基づいて、皮膚39の厚さや硬さを検査してもよい。この場合、二次元走査手段(第1ロータ部13、第2ロータ部14、X−Yステージ54など)を省略することができ、超音波検査装置1,51の構成が簡素化されてその製造コストを低減することができる。   The ultrasonic inspection apparatuses 1 and 51 of the above embodiments have a function of two-dimensionally scanning the ultrasonic irradiation point and obtain an acoustic impedance image of the skin 39, but this function is omitted. May be. That is, any ultrasonic inspection apparatus may be used as long as it can obtain information on the depth direction of the skin 39. For example, the thickness and hardness of the skin 39 may be inspected based on an acoustic impedance curve obtained from the reflected wave by irradiating only a predetermined measurement point with pulse-excited ultrasonic waves without performing two-dimensional scanning. . In this case, the two-dimensional scanning means (the first rotor unit 13, the second rotor unit 14, the XY stage 54, etc.) can be omitted, and the configuration of the ultrasonic inspection apparatuses 1 and 51 is simplified and manufactured. Cost can be reduced.

・上記第1の実施の形態において、走査開始時にリファレンス部材15での反射波Srを検出するものであったがこれに限定されるものではない。例えば、皮膚39における1走査ラインの音響インピーダンスの測定を行う度に、リファレンス部材15での反射波Srを検出して、その反射波の信号に基づいて音響インピーダンスの算出を行うようにしてもよい。この場合、リファレンス部材15が両側もしくは片側に位置するよう走査範囲を設定する。このようにすれば、測定条件が急激に変わる場合に、測定条件の変動に応じた補正をリアルタイムで行うことができる。なお、リファレンス部材15は、操作範囲の周縁に設ける必要はなく、走査範囲のいずれかの位置に設けるものであればよい。   In the first embodiment, the reflected wave Sr at the reference member 15 is detected at the start of scanning. However, the present invention is not limited to this. For example, every time the acoustic impedance of one scanning line on the skin 39 is measured, the reflected wave Sr on the reference member 15 is detected, and the acoustic impedance may be calculated based on the reflected wave signal. . In this case, the scanning range is set so that the reference member 15 is located on both sides or one side. In this way, when the measurement condition changes abruptly, it is possible to perform correction according to the change in the measurement condition in real time. The reference member 15 does not need to be provided at the periphery of the operation range, and may be provided at any position in the scanning range.

・上記各実施の形態において、パソコン3を用いて超音波検査装置1を構成したが、それ以外にワークステーションなどのコンピュータを用いてもよい。勿論、PDA(Personal Digital Assistant)などの携帯端末を用いて超音波検査装置を構成してもよい。第1の実施の形態においてパソコン3の代わりにPDAなどの携帯端末を用いる場合、超音波プローブユニット2とともに手で持って移動可能であるので実用上好ましいものとなる。   In each of the above embodiments, the ultrasonic inspection apparatus 1 is configured using the personal computer 3, but a computer such as a workstation may be used in addition to that. Of course, you may comprise an ultrasonic inspection apparatus using portable terminals, such as PDA (Personal Digital Assistant). When a portable terminal such as a PDA is used instead of the personal computer 3 in the first embodiment, it is practically preferable because it can be moved with the ultrasonic probe unit 2 by hand.

・上記各実施の形態では、超音波検査装置1,51を用いて皮膚39の検査を行ったが、これ以外に、層構造を有する生体組織の検査を行ってもよい。例えば、超音波検査装置1を用いて爪の検査を行う場合、爪の厚さや硬さを容易に測定することができ、爪の健康状態を適切に判定することができる。さらには、皮膚39や爪のような体表面に露出している生体組織ばかりでなく、体表面に露出していない生体組織(例えば筋肉や臓器など)についても、前記装置1,51による検査を行ってもよい。   In each of the above embodiments, the skin 39 is inspected using the ultrasonic inspection apparatuses 1 and 51. However, in addition to this, a biological tissue having a layer structure may be inspected. For example, when the nail inspection is performed using the ultrasonic inspection apparatus 1, the thickness and hardness of the nail can be easily measured, and the nail health state can be appropriately determined. Further, not only biological tissues exposed on the body surface such as the skin 39 and nails, but also biological tissues not exposed on the body surface (for example, muscles and organs) are examined by the devices 1 and 51. You may go.

・検査対象となる生体組織の層構造の厚さによっては、より広帯域の周波数成分を含む超音波が必要となり、1種類のトランスデューサ12ではその周波数帯域の超音波を照射できない場合も考えられる。このような場合、各周波数帯域専用のトランスデューサを複数設け、それらを切り替えて使用する。具体的には、第1の実施の形態において、第1ロータ部13に設けられる2つのトランスデューサ12のうち、一方を低周波数用のトランスデューサとし、他方を高周波数用のトランスデューサとする。   Depending on the thickness of the layer structure of the biological tissue to be examined, an ultrasonic wave including a wider frequency component is required, and one type of transducer 12 may not be able to irradiate ultrasonic waves in that frequency band. In such a case, a plurality of transducers dedicated to each frequency band are provided and used by switching them. Specifically, in the first embodiment, one of the two transducers 12 provided in the first rotor unit 13 is a low-frequency transducer and the other is a high-frequency transducer.

・上記実施の形態の超音波検査装置1,51では、カラー変調した音響インピーダンス像を得て可視化するものであったが、それ以外に輝度変調した音響インピーダンス像を得て可視化してもよい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した各実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
In the ultrasonic inspection apparatuses 1 and 51 of the above-described embodiment, the color-modulated acoustic impedance image is obtained and visualized. However, the luminance-modulated acoustic impedance image may be obtained and visualized.
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the respective embodiments described above are listed below.

(1)請求項1乃至5のいずれか1項において、前記反射波の信号をフーリエ変換して強度スペクトルの周波数特性データを生成し、そのデータに基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することを特徴とする超音波検査方法。   (1) In any one of claims 1 to 5, the reflected wave signal is Fourier transformed to generate frequency characteristic data of an intensity spectrum, and an acoustic impedance for a different frequency is calculated based on the data. Ultrasonic inspection method characterized by.

(2)請求項1乃至5のいずれか1項において、前記生体組織を構成する層は、その表面から内部に行くに従って順に厚くなっていることを特徴とする超音波検査方法。   (2) The ultrasonic inspection method according to any one of claims 1 to 5, wherein the layers constituting the living tissue are sequentially thickened from the surface toward the inside.

(3)請求項5において、皮膚における各層の厚さ及び硬さ情報に基づいて、皮膚の健康状態を判定し、その判定結果を表示装置に表示するステップを含むことを特徴とする超音波検査方法。   (3) The ultrasonic examination according to claim 5, further comprising a step of determining the health state of the skin based on the thickness and hardness information of each layer in the skin and displaying the determination result on a display device. Method.

(4)請求項5において、皮膚における各層の厚さ及び硬さ情報について、前回取得したデータと今回取得したデータとを比較することにより皮膚の状態変化を判定し、その判定結果を表示装置に表示するステップを含むことを特徴とする超音波検査方法。   (4) In claim 5, the thickness and hardness information of each layer in the skin is determined by comparing the data acquired last time with the data acquired this time, and the determination result is displayed on the display device. An ultrasonic inspection method comprising the step of displaying.

(5)請求項7において、前記画像生成手段が生成した画像データに基づいて硬さ情報に応じた生体組織の画像を表示するための表示装置をさらに備えることを特徴とする超音波検査装置。   (5) The ultrasonic examination apparatus according to claim 7, further comprising a display device for displaying an image of a living tissue corresponding to hardness information based on the image data generated by the image generation means.

本発明を具体化した第1の実施の形態の超音波検査装置を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment that embodies the present invention. 超音波検査装置の電気的構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the electric constitution of an ultrasonic inspection apparatus. 皮膚における超音波の反射を示す説明図。Explanatory drawing which shows reflection of the ultrasonic wave in skin. (a),(b)は、リファレンス部材及び皮膚での反射を説明するための説明図。(A), (b) is explanatory drawing for demonstrating the reflection by a reference member and skin. 音響インピーダンス曲線を示すグラフ。The graph which shows an acoustic impedance curve. 図5の音響インピーダンス曲線の傾きを示すグラフ。The graph which shows the inclination of the acoustic impedance curve of FIG. 皮膚を検査するための処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process for test | inspecting skin. 第2の実施の形態における超音波検査装置の電気的構成を示すブロック回路図。The block circuit diagram which shows the electric constitution of the ultrasonic inspection apparatus in 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,51…超音波検査装置
12…超音波振動子としてのトランスデューサ
13,14…二次元走査手段を構成する第1ロータ部及び第2ロータ部
31…演算手段、及び画像生成手段としてのCPU
39…生体組織としての皮膚
54…二次元走査手段としてのX−Yステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,51 ... Ultrasonic inspection apparatus 12 ... Transducer as ultrasonic transducer | transducer 13,14 ... The 1st rotor part and 2nd rotor part 31 which comprise a two-dimensional scanning means 31 ... CPU as a calculation means and an image generation means
39 ... Skin as biological tissue 54 ... XY stage as two-dimensional scanning means

Claims (8)

層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査する超音波検査方法であって、
パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射する第1ステップと、
前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める第2ステップと
を含むとともに、前記第2ステップでは、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を演算により求め、その音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数に対応する深さに層の界面があるものと判定するとともに、各層の厚さを判定する
ことを特徴とする超音波検査方法。
An ultrasonic inspection method for irradiating a living tissue having a layer structure with ultrasonic waves and inspecting the living tissue based on the obtained reflected wave,
A first step of irradiating the living tissue with ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components;
A second step of obtaining hardness information at different depths in the biological tissue by calculating acoustic impedance for different frequencies based on the reflected wave from the biological tissue, and in the second step, An acoustic impedance curve indicating the correlation between frequency and acoustic impedance is obtained by calculation, and it is determined that there is a layer interface at a depth corresponding to the frequency at a location where the slope is larger than a predetermined value in the acoustic impedance curve, An ultrasonic inspection method characterized by determining the thickness of each layer .
前記第2ステップでは、前記箇所の周波数を挟んでその低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、異なる層の硬さを求めることを特徴とする請求項1に記載の超音波検査方法。2. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein, in the second step, the hardness of different layers is obtained by obtaining acoustic impedances on the low frequency side and the high frequency side with the frequency of the part interposed therebetween, respectively. Inspection method. 層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査する超音波検査方法であって、An ultrasonic inspection method for irradiating a living tissue having a layer structure with ultrasonic waves and inspecting the living tissue based on the obtained reflected wave,
パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射する第1ステップと、  A first step of irradiating the living tissue with ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components;
前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める第2ステップと  A second step of obtaining hardness information at different depths in the biological tissue by calculating acoustic impedance for different frequencies based on the reflected wave from the biological tissue;
を含むとともに、前記第2ステップでは、周波数と音響インピーダンスとの相関関係を示す音響インピーダンス曲線を演算により求め、その音響インピーダンス曲線において傾きが所定値よりも大きい箇所の周波数に対応する深さに層の界面があるものと判定するとともに、前記箇所の周波数を挟んでその低周波数側及び高周波数側の音響インピーダンスをそれぞれ求めることにより、異なる層の硬さを求めるIn the second step, an acoustic impedance curve indicating a correlation between the frequency and the acoustic impedance is obtained by calculation, and a layer is formed at a depth corresponding to the frequency at a location where the slope is larger than a predetermined value in the acoustic impedance curve. And determine the hardness of the different layers by determining the acoustic impedance on the low frequency side and the high frequency side with the frequency of the above part interposed therebetween, respectively.
ことを特徴とする超音波検査方法。An ultrasonic inspection method characterized by the above.
前記第1ステップでは、パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含み、かつ前記生体組織の表層部を焦点として収束する超音波を、二次元走査しながら前記生体組織に向けて照射することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波検査方法。   In the first step, ultrasonic waves that are pulse-excited and include different frequency components and converge with the surface layer portion of the biological tissue as a focal point are irradiated toward the biological tissue while two-dimensionally scanning. The ultrasonic inspection method according to any one of claims 1 to 3. 前記生体組織は皮膚であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の超音波検査方法。   The ultrasonic inspection method according to claim 1, wherein the biological tissue is skin. 層構造を有する生体組織に対して超音波を照射し、得られた反射波に基づいて前記生体組織を検査するにあたり、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法を実行する超音波検査装置であって、
パルス励起されたものであって異なる周波数成分を含む超音波を、前記生体組織に向けて照射するとともに、前記生体組織からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波振動子と、
前記生体組織からの反射波に基づいて異なる周波数についての音響インピーダンスを演算することにより、前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を求める演算手段と
を備えることを特徴とする超音波検査装置。
The ultrasonic wave for performing the method according to any one of claims 1 to 3 in irradiating ultrasonic waves to a biological tissue having a layer structure and inspecting the biological tissue based on the obtained reflected wave. An inspection device,
An ultrasonic transducer that is pulse-excited and that irradiates the biological tissue with different frequency components, receives a reflected wave from the biological tissue, and converts it into an electrical signal;
An ultrasonic examination apparatus comprising: a calculation unit that calculates hardness information at different depths in the biological tissue by calculating acoustic impedances at different frequencies based on reflected waves from the biological tissue. .
前記生体組織における異なる深さでの硬さ情報を示す画像データを生成する処理を行う画像生成手段をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の超音波検査装置。   The ultrasonic inspection apparatus according to claim 6, further comprising image generation means for performing processing for generating image data indicating hardness information at different depths in the living tissue. 前記超音波の照射点を前記生体組織の表面に沿って二次元的に走査する二次元走査手段をさらに備え、前記超音波振動子は、前記超音波を前記生体組織の表層部を焦点として収束させて照射する機能を有することを特徴とする請求項6または7に記載の超音波検査装置。   The apparatus further comprises a two-dimensional scanning means for two-dimensionally scanning the ultrasonic irradiation point along the surface of the biological tissue, and the ultrasonic transducer converges the ultrasonic wave with the surface layer portion of the biological tissue as a focal point. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 6, wherein the ultrasonic inspection apparatus has a function of performing irradiation.
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