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JP7647213B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic thickness measuring device - Google Patents
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JP7647213B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic thickness measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、被験者の身体から超音波断層画像を取得するための超音波プローブ及び取得した断超音波断層像から目的とする身体組織の厚みを求める超音波厚み計測装置に関する。 The present invention relates to an ultrasound probe for acquiring ultrasound tomographic images from a subject's body, and an ultrasound thickness measurement device for determining the thickness of a target body tissue from the acquired ultrasound tomographic images.

従来、超音波を用いて身体の筋肉層厚や脂肪層厚を計測する計測装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, a measuring device that uses ultrasound to measure the thickness of muscle layers and fat layers in the body is known (Patent Document 1).

特開昭61-220634号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-220634

特許文献1の計測装置を含めて、従来の超音波プローブは複数の超音波素子が直線状に1列の配置されている。しかしながら、このような直線状の配置では、超音波プローブが大型化する。そのため、他の機器に超音波プローブを装着して使用する場合などに制限が課される場合がある。 Conventional ultrasonic probes, including the measurement device of Patent Document 1, have multiple ultrasonic elements arranged in a linear row. However, such a linear arrangement makes the ultrasonic probe larger. This can impose restrictions on the use of the ultrasonic probe when attached to other equipment.

上記課題を解決するため、本発明に係る超音波プローブは、超音波の送信素子と受信素子を有する複数の超音波素子とを備える超音波プローブであって、前記複数の超音波素子は、複数列に配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the ultrasonic probe according to the present invention is an ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic elements each having an ultrasonic transmission element and a receiving element, and the plurality of ultrasonic elements are arranged in a plurality of rows.

また、本発明に係る超音波厚み計測装置は、超音波の送信素子と受信素子を有する複数の超音波素子が複数列に配置されている超音波プローブと、前記各超音波素子の前記各受信素子が順次受信した受信信号に基づいて得られる被験者の身体の断層画像データから目的とする身体組織の厚みを求める制御部とを備え、前記制御部は、8個以下の前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく前記断層画像データから前記厚みを求めることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measuring device according to the present invention further comprises an ultrasonic probe in which a plurality of ultrasonic elements, each having an ultrasonic transmitting element and a receiving element, are arranged in a plurality of rows, and a control unit that determines the thickness of a target body tissue from tomographic image data of the subject's body obtained based on reception signals sequentially received by each of the receiving elements of each of the ultrasonic elements, and the control unit determines the thickness from the tomographic image data based on each reception signal sequentially received by eight or less of the ultrasonic elements.

本発明に係る実施形態1の超音波厚み計測装置の全体概略構成図。1 is a schematic diagram showing the overall configuration of an ultrasonic thickness measurement device according to a first embodiment of the present invention; 本発明に係る実施形態1の超音波プローブの概略正面図。1 is a schematic front view of an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention; 同実施形態1の超音波プローブを身体に装着した状態の正面図。FIG. 2 is a front view of the ultrasonic probe according to the first embodiment attached to the body. 同実施形態1の一つの超音波素子で得られるAモード画像と、それに対応する1ラインのBモード画像の図。3A and 3B are diagrams showing an A-mode image obtained by one ultrasonic element of the first embodiment and a corresponding B-mode image of one line. 同実施形態1の制御部に目的とする厚みを求めるために入力される8ラインのBモード画像から成る入力画像データの図(A)と制御部から出力された目的とする厚みの推定がなされた出力画像データの図(B)。FIG. 1A shows input image data consisting of an 8-line B-mode image input to the control unit of embodiment 1 to determine the target thickness, and FIG. 1B shows output image data with the target thickness estimated and output from the control unit. 同実施形態1の8ラインのBモード画像から成る入力画像データの図(A)と、それに対応する教師データの図(B)。1A is a diagram of input image data consisting of an 8-line B-mode image in the first embodiment, and FIG. 1B is a diagram of corresponding training data. 64個以上の超音波素子を有する超音波プローブで得られるBモード画像から成る入力画像データの図(A)と、それに対応する教師データの図(B)。FIG. 1A shows input image data consisting of a B-mode image obtained with an ultrasound probe having 64 or more ultrasound elements, and FIG. 1B shows the corresponding training data. 超音波プローブを身体の図3とは別の位置に装着した状態の概略正面図。FIG. 4 is a schematic front view of an ultrasonic probe attached to a body at a position different from that shown in FIG. 3 . 図8の位置に装着した超音波プローブで得られるBモード画像の図。FIG. 9 is a diagram of a B-mode image obtained with the ultrasound probe attached at the position of FIG. 8 . 学習モデルの更新の体系図。A systematic diagram of the learning model update. 同実施形態1の8ラインのBモード画像を4ライン毎の2つに分けて示した入力画像データの図(A)とそれに対応する教師データの図(B)、及び入力画像データの図(C)とそれに対応する教師データの図(D)。FIG. 1A shows input image data (A) and corresponding teacher data (B) showing an 8-line B-mode image of embodiment 1 divided into two of 4 lines each, and FIG. 1B shows input image data (C) and corresponding teacher data (D). 本発明に係る実施形態2の超音波プローブの概略正面図。FIG. 6 is a schematic front view of an ultrasonic probe according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施形態3に係る3つの超音波プローブ(A)(B)(C)の概略正面図。11A to 11C are schematic front views of three ultrasonic probes according to a third embodiment of the present invention. 同実施形態3の8ラインのBモード画像から成る入力画像データの図(A)と、それに対応する教師データの図(B)。13A is a diagram of input image data consisting of an 8-line B-mode image in the third embodiment, and FIG. 13B is a diagram of corresponding training data. 本発明に係る実施形態4の超音波プローブの要部概略断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a main portion of an ultrasonic probe according to a fourth embodiment of the present invention. 同実施形態4の超音波トランスデューサーの接続例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a connection example of an ultrasonic transducer according to the fourth embodiment.

以下、本発明について先ず概略的に説明する。
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様に係る超音波プローブは、超音波の送信素子と受信素子を有する複数の超音波素子とを備える超音波プローブであって、前記複数の超音波素子は、複数列に配置されていることを特徴とする。
The present invention will first be briefly described below.
In order to solve the above problems, an ultrasonic probe according to a first aspect of the present invention is an ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic elements having ultrasonic transmitting elements and receiving elements, and is characterized in that the plurality of ultrasonic elements are arranged in a plurality of rows.

本態様によれば、前記複数の超音波素子は、複数列に配置されているので、超音波プローブの前記複数の超音波素子が並ぶ方向である列方向における小型化を実現することができる。また、前記列方向に小型化できることで、超音波プローブの用途範囲を拡大することができる。また、測定対象に対して一列ではなく複数列に対応する部位の断層画像、即ち幅方向に広い範囲の断層画像を簡単に得ることができる。 According to this aspect, since the ultrasonic elements are arranged in multiple rows, it is possible to achieve miniaturization in the row direction, which is the direction in which the ultrasonic elements of the ultrasonic probe are arranged. Furthermore, by being miniaturized in the row direction, the range of applications of the ultrasonic probe can be expanded. Furthermore, it is possible to easily obtain a tomographic image of a portion of the measurement object that corresponds to multiple rows rather than a single row, that is, a tomographic image of a wide range in the width direction.

本発明の第2の態様に係る超音波プローブは、第1の態様において、前記複数列は、第1列群と第2列群の2列であり、前記第1列群を成す超音波素子の数と第2列群を成す超音波素子の数は等しいことを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the second aspect of the present invention is characterized in that in the first aspect, the multiple rows are two rows, a first row group and a second row group, and the number of ultrasonic elements forming the first row group is equal to the number of ultrasonic elements forming the second row group.

本態様によれば、前記複数列は、第1列群と第2列群の2列であり、前記第1列群を成す超音波素子の数と第2列群を成す超音波素子の数は等しい。これにより、複数の超音波素子の配置が構造的にバランス良くなり、受信信号の処理がし易くなる。 According to this aspect, the multiple rows are two rows, a first row group and a second row group, and the number of ultrasonic elements in the first row group is equal to the number of ultrasonic elements in the second row group. This results in a structurally well-balanced arrangement of the multiple ultrasonic elements, making it easier to process received signals.

本発明の第3の態様に係る超音波プローブは、第1の態様において、前記複数列は、第1列群と第2列群と第3列群の3列であり、前記第1列群を成す超音波素子の数と第3列群を成す超音波素子の数は等しいことを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the third aspect of the present invention is characterized in that in the first aspect, the multiple rows are three rows, a first row group, a second row group, and a third row group, and the number of ultrasonic elements forming the first row group is equal to the number of ultrasonic elements forming the third row group.

本態様によれば、前記複数列は、第1列群と第2列群と第3列群の3列であり、前記第1列群を成す超音波素子の数と第3列群を成す超音波素子の数は等しい。これにより、前記列方向に対して更に小型化できる。 According to this aspect, the multiple rows are three rows: a first row group, a second row group, and a third row group, and the number of ultrasonic elements in the first row group is equal to the number of ultrasonic elements in the third row group. This allows for further miniaturization in the row direction.

本発明の第4の態様に係る超音波プローブは、第2の態様又は第3の態様において、隣り合う前記一つの列群と他の列群は、列方向にずれて位置することを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the second or third aspect, the adjacent row groups are shifted in the row direction.

本態様によれば、隣り合う前記一つの列群と他の列群は、列方向にずれて位置する。これにより、前記列方向における計測範囲の減少を抑制することができる。 According to this aspect, the adjacent row groups are shifted in the row direction. This makes it possible to prevent a reduction in the measurement range in the row direction.

本発明の第5の態様に係る超音波プローブは、超音波の送信素子と受信素子を有する複数の超音波素子とを備える超音波プローブであって、前記複数の超音波素子は、中心位置を囲うように配置されていることを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the fifth aspect of the present invention is an ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic elements each having an ultrasonic transmitting element and a receiving element, and the plurality of ultrasonic elements are arranged so as to surround a central position.

本態様によれば、前記複数の超音波素子は、中心位置を囲うように配置されているので、従来の直線状の配置に比して、超音波プローブを小型化することができる。また、小さい測定対象に対しても2次元的な広がりを持って複数の断層画像を得ることが可能になる。 According to this aspect, the multiple ultrasonic elements are arranged to surround the central position, so the ultrasonic probe can be made smaller than the conventional linear arrangement. In addition, it is possible to obtain multiple tomographic images with a two-dimensional spread even for a small measurement target.

本発明の第6の態様に係る超音波プローブは、第1の態様から第5の態様のいずれか一つの態様において、前記複数の超音波素子の数は8つ以下であることを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the sixth aspect of the present invention is any one of the first to fifth aspects, characterized in that the number of the ultrasonic elements is eight or less.

本態様によれば、前記複数の超音波素子の数は8つ以下であるので、前記超音波プローブのサイズを小型化することができる。 According to this aspect, the number of the ultrasonic elements is eight or less, so the size of the ultrasonic probe can be reduced.

本発明の第7の態様に係る超音波プローブは、第5の態様又は第6の態様において、前記複数の超音波素子は、全体で多角形を成すように配置されていることを特徴とする。 The seventh aspect of the present invention is an ultrasonic probe according to the fifth or sixth aspect, characterized in that the multiple ultrasonic elements are arranged to form a polygon as a whole.

本発明の第8の態様に係る超音波プローブは、第5の態様又は第6の態様において、前記複数の超音波素子は、全体で円形を成すように配置されていることを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the eighth aspect of the present invention is the fifth or sixth aspect, characterized in that the multiple ultrasonic elements are arranged to form a circle as a whole.

本発明の第9の態様に係る超音波プローブは、第5の態様又は第6の態様において、前記複数の超音波素子は、全体で内側群と外側群を成すように配置されていることを特徴とする。 The ultrasonic probe according to the ninth aspect of the present invention is the fifth or sixth aspect, characterized in that the plurality of ultrasonic elements are arranged so as to form an inner group and an outer group as a whole.

第7の態様、第8の態様、又は第9の態様によれば、測定対象部位との関係において、従来の直線状配置では得られない新たな断層画像を得ることができる。 According to the seventh, eighth, or ninth aspect, it is possible to obtain new tomographic images in relation to the area to be measured that cannot be obtained with the conventional linear arrangement.

本発明の第10の態様に係る超音波厚み計測装置は、第1の態様から第9の態様にいずれか一つの態様の超音波プローブと、前記各超音波素子の前記各受信素子が順次受信した受信信号に基づいて得られる被験者の身体の断層画像データから目的とする身体組織の厚みを求める制御部とを備え、前記制御部は、8個以下の前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく前記断層画像データから前記厚みを求めることを特徴とする。
ここで、「厚み」とは、身体の筋肉層厚、脂肪層厚に限定されず、層構造を有する臓器の判別のための厚み、異常部位の判別のための厚み等も含む。
An ultrasonic thickness measuring device according to a tenth aspect of the present invention comprises an ultrasonic probe according to any one of the first to ninth aspects, and a control unit that determines a thickness of a target body tissue from tomographic image data of the subject's body obtained based on reception signals sequentially received by each of the receiving elements of each of the ultrasonic elements, and is characterized in that the control unit determines the thickness from the tomographic image data based on each reception signal sequentially received by eight or less of the ultrasonic elements.
Here, "thickness" is not limited to the thickness of muscle layers or fat layers of the body, but also includes thickness for identifying organs having a layered structure, thickness for identifying abnormal areas, and the like.

本態様によれば、前記制御部は、8個以下の前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく前記断層画像データから前記厚みを求める。前記8個以下の前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像データは、皮膚表面から深さ方向に沿う8ライン以下の各断層画像データを並べた状態の断層画像データである。
すなわち、前記制御部が前記厚みを求めるために処理する情報量は、前記8ライン以下の各断層画像データを並べたものであるので、その情報量は少なくなる。これにより、前記制御部を構成する回路部分は高い処理能力を要求されず、装置の小型化を実現することができる。また、超音波プローブのサイズも小さくすることが可能になる。
According to this aspect, the control unit obtains the thickness from the tomographic image data based on the reception signals sequentially received by the eight or less ultrasonic elements. The tomographic image data based on the reception signals sequentially received by the eight or less ultrasonic elements is tomographic image data in a state in which eight or less lines of tomographic image data are arranged along a depth direction from the skin surface.
That is, the amount of information processed by the control unit to obtain the thickness is a set of each of the 8 lines or less of tomographic image data, so the amount of information is small. As a result, the circuit part constituting the control unit is not required to have high processing power, and the device can be made smaller. In addition, the size of the ultrasonic probe can be reduced.

本発明の第11の態様に係る超音波厚み計測装置は、第10の態様において、前記超音波プローブが身体に装着可能なベース部材と、前記ベース部材に配置された8個以下の前記超音波素子とを備えることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measuring device according to the eleventh aspect of the present invention is the tenth aspect, characterized in that it comprises a base member on which the ultrasonic probe can be attached to the body, and eight or less of the ultrasonic elements arranged on the base member.

本態様によれば、前記超音波プローブが備える超音波素子の個数は8個以下であるので、前記超音波プローブのサイズを小型化することができる。また、前記ベース部材を介して前記超音波プローブが身体に装着可能であるので、使い勝手が良い。 According to this aspect, the ultrasonic probe has eight or less ultrasonic elements, so the size of the ultrasonic probe can be reduced. In addition, the ultrasonic probe can be attached to the body via the base member, making it easy to use.

本発明の第12の態様に係る超音波厚み計測装置は、第10の態様又は第11の態様において、前記制御部が前記厚みを求めるために用いる入力される断層画像データは、8個以下の前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号を処理して生成する各Aモード画像から生成した各Bモード画像を前記8個以下の各超音波素子の配置に対応させて並べたものであることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measuring device according to the twelfth aspect of the present invention is characterized in that in the tenth or eleventh aspect, the input tomographic image data used by the control unit to calculate the thickness is each B-mode image generated from each A-mode image generated by processing each reception signal sequentially received by the eight or less ultrasonic elements, arranged in accordance with the arrangement of each of the eight or less ultrasonic elements.

前記各Aモード画像から生成した各Bモード画像は、皮膚からの深さ方向には、輝度が変化する画像であるが、前記深さ方向と交差する方向である各ラインの幅方向には、輝度は一定になる。言い換えると、前記8ライン以下の各Bモード画像を並べた状態の断層画像は、ライン毎に前記深さ方向に対して輝度はブロック状に変化するように見える画像になる。
本態様によれば、前記制御部が前記厚みを求めるために用いる入力される断層画像データは、前記8ライン以下の各Bモード画像を並べた状態の断層画像データであって、ライン毎に前記深さ方向に対して輝度はブロック状に変化する断層画像データである。これにより、前記制御部が前記厚みを求めるために処理する情報量は、前記ブロック状に変化する断層画像データであるので、その情報量は少なくなる。従って、前記制御部を構成する回路部分は高い処理能力を要求されず、装置の小型化を実現することができる。
Each B-mode image generated from each A-mode image is an image in which the brightness changes in the depth direction from the skin, but the brightness is constant in the width direction of each line, which is the direction intersecting the depth direction. In other words, a tomographic image in which each B-mode image of 8 lines or less is arranged is an image in which the brightness appears to change in a block shape for each line in the depth direction.
According to this aspect, the input tomographic image data used by the control unit to calculate the thickness is tomographic image data in a state in which each B-mode image of 8 lines or less is arranged, and the brightness of each line changes in a block shape in the depth direction. As a result, the amount of information processed by the control unit to calculate the thickness is small because it is the tomographic image data that changes in a block shape. Therefore, the circuit part constituting the control unit is not required to have high processing power, and the device can be made smaller.

本発明の第13の態様に係る超音波厚み計測装置は、第10の態様から第12の態様のいずれか一つの態様において、前記制御部は、前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を入力される断層画像データから得るためのパラメータを有する学習モデルにアクセス可能であり、前記被験者の身体の断層画像データを入力画像データとして、前記学習モデルを用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求めることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measurement device according to the thirteenth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the tenth to twelfth aspects, the control unit is capable of accessing a learning model having parameters for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from input tomographic image data, and performs processing to obtain attribute information corresponding to the thickness using the learning model with the tomographic image data of the subject's body as input image data, and obtains the thickness from the obtained attribute information.

本態様によれば、前記制御部は、前記被験者の身体の断層画像データを入力画像データとして、前記学習モデルを用いて前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求める。これにより、前記目的とする身体組織の厚みを自動的に精度よく求めることができる。 According to this aspect, the control unit uses the tomographic image data of the subject's body as input image data, performs processing to obtain attribute information corresponding to the thickness using the learning model, and obtains the thickness from the obtained attribute information. This makes it possible to automatically and accurately obtain the thickness of the target body tissue.

本発明の第14の態様に係る超音波厚み計測装置は、第13の態様において、前記学習モデルは、8個以下の前記超音波素子が前記目的とする身体組織から順次受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像データと、前記断層画像データに対応し前記厚みが求められる状態の教師画像データと、を1セットデータとして、複数セットデータに対する学習を行って、入力される断層画像データから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るためのパラメータが設定されることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measuring device according to the 14th aspect of the present invention is characterized in that in the 13th aspect, the learning model is characterized in that, as one set of data, the learning model performs learning on multiple sets of data, each set of data being tomographic image data based on the respective reception signals sequentially received from the target body tissue by the 8 or less ultrasonic elements, and teacher image data corresponding to the tomographic image data and in a state in which the thickness is calculated, and parameters are set to obtain attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input tomographic image data.

本態様によれば、入力される断層画像データから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るために用いる学習モデルのパラメータが、前記入力される断層画像データと同じく、前記8ライン以下の各Bモード画像を並べた状態の断層画像データを学習させて設定される。従って、前記学習モデルの前記パラメータの設定を、上記の通り少ない情報量の断層画像データを使って行うことができる。 According to this aspect, the parameters of the learning model used to obtain attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input tomographic image data are set by learning tomographic image data in which each B-mode image of 8 lines or less is arranged, similar to the input tomographic image data. Therefore, the parameters of the learning model can be set using tomographic image data with a small amount of information as described above.

本発明の第15の態様に係る超音波厚み計測装置は、第13の態様又は第14の態様において、前記制御部は、無線又は有線による通信部を介して前記学習モデルと接続されており、前記学習モデルは、新たな断層画像データと前記新たな断層画像データ対応する教師画像データとによって前記パラメータを更新可能であることを特徴とする。 The ultrasonic thickness measurement device according to the fifteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the thirteenth or fourteenth aspect, the control unit is connected to the learning model via a wireless or wired communication unit, and the learning model is capable of updating the parameters using new tomographic image data and teacher image data corresponding to the new tomographic image data.

本態様によれば、前記学習モデルは、新たな断層画像データと前記新たな断層画像データ対応する教師画像データとによって前記パラメータを更新可能である。これにより、目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を入力される断層画像データから精度よく得ることができる。 According to this aspect, the learning model can update the parameters using new tomographic image data and teacher image data corresponding to the new tomographic image data. This makes it possible to accurately obtain attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input tomographic image data.

[実施形態1]
以下に、本発明に係る実施形態1の超音波プローブを備える超音波厚み計測装置について、図1から図7に基づいて詳細に説明する。
図1に示したように、この超音波厚み計測装置100は、超音波を送信及び受信する超音波素子を有する超音波プローブ60と、超音波プローブ60の機能の制御及び信号処理を行う制御部33とを備える。制御部33はハウジング部10(図3)に収容されている。
[Embodiment 1]
Hereinafter, an ultrasonic thickness measurement device including an ultrasonic probe according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.
1, the ultrasonic thickness gage 100 includes an ultrasonic probe 60 having ultrasonic elements for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a control unit 33 for controlling the functions of the ultrasonic probe 60 and for performing signal processing. The control unit 33 is accommodated in a housing unit 10 (FIG. 3).

<超音波プローブ>
図1及び図2に示したように、本実施形態では、超音波プローブ60は、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8を備えている。8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、1列ではなく複数列配置されている。ここでは、第1列群75を成す4つの超音波素子1、3、5、7と第2列群76を成す他の4つの超音波素子2、4、6、8の2列に配置されている。
図1では、超音波素子1と超音波素子8以外の6つの超音波素子2、3、4、5、6、7の図示は省かれている。図1に示したように、超音波素子1は超音波の送信素子11と受信素子12を有しており、超音波素子8は超音波の送信素子81と受信素子82を有する。図2に示したように、他の6つの超音波素子2、超音波素子3、超音波素子4、超音波素子5、超音波素子6、超音波素子7も、同様に超音波の送信素子21、31、41、51、61、71と受信素子22、32、42、52、62、72をそれぞれ有する。
ここで、「超音波の送信素子と受信素子を有する」とは、機能的に説明したものであり、構造的には、一つの超音波素子が「送信素子」としての機能と「受信素子」としての機能を有している。図2において、符号9は配線を示す。配線9は、リード線、FPC等であり、制御部33のコネクタ73、74に接続される。
<Ultrasonic probe>
1 and 2, in this embodiment, the ultrasonic probe 60 includes eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8. The eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged in multiple rows rather than in a single row. Here, the ultrasonic elements are arranged in two rows: a first row group 75 consisting of four ultrasonic elements 1, 3, 5, and 7, and a second row group 76 consisting of the other four ultrasonic elements 2, 4, 6, and 8.
In Fig. 1, six ultrasonic elements 2, 3, 4, 5, 6, and 7 other than ultrasonic element 1 and ultrasonic element 8 are omitted from the illustration. As shown in Fig. 1, ultrasonic element 1 has an ultrasonic transmission element 11 and a reception element 12, and ultrasonic element 8 has an ultrasonic transmission element 81 and a reception element 82. As shown in Fig. 2, the other six ultrasonic elements 2, ultrasonic element 3, ultrasonic element 4, ultrasonic element 5, ultrasonic element 6, and ultrasonic element 7 similarly have ultrasonic transmission elements 21, 31, 41, 51, 61, and 71 and reception elements 22, 32, 42, 52, 62, and 72, respectively.
Here, "having an ultrasonic transmitting element and a receiving element" is a functional description, and structurally, one ultrasonic element has the function of a "transmitting element" and the function of a "receiving element." In Fig. 2, reference numeral 9 denotes wiring. The wiring 9 is a lead wire, an FPC, or the like, and is connected to connectors 73 and 74 of the control unit 33.

図2に示したように、超音波プローブ60は、身体に装着可能な平板状のベース部材14(図2)と、ベース部材14に4個ずつの第1列群75と第2列群76の2列に等間隔で配置された、全部で8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8を備える。
ここでは、隣り合う一つの第1列群75と第2列群76は、図2に示したように列方向Cにずれて位置する。尚、本願明細書では、列方向Cを前記複数の超音波素子が並ぶ方向であると定義する。それにより、列方向Cと直交する方向が行方向Rになる。
具体的には、図2に示したように、第1列群75を成す4つの超音波素子1、3、5、7と第2列群76を成す他の4つの超音波素子2、4、6、8は、列方向Cにずれて配置されている。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic probe 60 includes a flat base member 14 (FIG. 2) that can be attached to the body, and a total of eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 that are equally spaced in two rows, a first row group 75 and a second row group 76, each of which has four ultrasonic elements.
Here, the first column group 75 and the second column group 76 adjacent to each other are positioned with a shift in the column direction C as shown in Fig. 2. In this specification, the column direction C is defined as the direction in which the plurality of ultrasonic elements are arranged. As a result, the direction perpendicular to the column direction C becomes the row direction R.
Specifically, as shown in FIG. 2 , the four ultrasonic elements 1, 3, 5, and 7 constituting the first column group 75 and the other four ultrasonic elements 2, 4, 6, and 8 constituting the second column group 76 are arranged to be shifted in the column direction C.

図3に示したように、本実施形態では、超音波厚み計測装置100の超音波プローブ60と制御部33を収容するハウジング部10は、ベルト13に取り付けられている。
即ち、超音波プローブ60と制御部33部分は、身体のお腹に巻き付けてベルト13で固定するタイプに構成されている。具体的には、ベルト13を、図3に示したように身体の対象部位に装着することで、目的とする筋肉層等の厚みを計測できるように構成されている。
As shown in FIG. 3 , in this embodiment, the housing unit 10 accommodating the ultrasonic probe 60 and the control unit 33 of the ultrasonic thickness measurement device 100 is attached to a belt 13 .
That is, the ultrasonic probe 60 and the control unit 33 are configured to be wrapped around the abdomen of the body and fixed with the belt 13. Specifically, the belt 13 is configured to be capable of measuring the thickness of a target muscle layer, etc., by attaching it to a target part of the body as shown in Fig. 3.

<制御部>
制御部33は、各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の各受信素子12、22、32、42、52、62、72、82が順次受信した受信信号に基づいて得られる被験者の身体の断層画像データ(図5)から目的とする身体組織の厚みを求める。
即ち、制御部33は、8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく後述する断層画像30のデータ(図4、図5)から前記厚みを求める。
<Control Unit>
The control unit 33 determines the thickness of the target body tissue from the tomographic image data ( FIG. 5 ) of the subject's body obtained based on the received signals sequentially received by each receiving element 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, and 82 of each ultrasonic element 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.
That is, the control unit 33 obtains the thickness from data of a tomographic image 30 (FIGS. 4 and 5) described later based on the reception signals sequentially received by the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.

図1に示したように、制御部33は、駆動パルス発生回路15と、送信回路16と、信号処理回路17と、受信回路18と、マルチプレクサ19と、マイコン20と、通信部23を備える。制御部33は、通信部23を介してタブレット25にアクセス可能に構成されている。タブレット25は後述する学習モデル27を搭載している。
超音波の送信時は、駆動パルス発生回路15で所定の駆動周波数と波数のパターンが生成され、送信回路16で所定の駆動電圧の送信波形が出力され、各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の各送信素子11、21、31、41、51、61、71、81から超音波が送信される。
超音波の受信時は、各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の各受信素子12、22、32、42、52、62、72、82による受信信号が、受信回路18で増幅され、信号処理回路17で包絡線処理、LOG圧縮処理されて、8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の断層画像30であるAモード画像24が生成される。図4には、1つの超音波素子の受信信号から生成されるAモード画像24が示されている。
各回路15、16、17、18の各動作の制御は、マイコン20を介して実行される。更に、マイコン20は、8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の送信及び受信の各送受信動作を、マルチプレクサ19で順次切り替えるように構成されている。即ち、8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、各受信信号を順次受信するように構成されている。
1, the control unit 33 includes a drive pulse generating circuit 15, a transmitting circuit 16, a signal processing circuit 17, a receiving circuit 18, a multiplexer 19, a microcomputer 20, and a communication unit 23. The control unit 33 is configured to be able to access the tablet 25 via the communication unit 23. The tablet 25 is equipped with a learning model 27, which will be described later.
When transmitting ultrasonic waves, a pattern of a predetermined drive frequency and wave number is generated in the drive pulse generating circuit 15, a transmission waveform of a predetermined drive voltage is output in the transmission circuit 16, and ultrasonic waves are transmitted from each transmitting element 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81 of each ultrasonic element 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
When receiving ultrasonic waves, the reception signals by the reception elements 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, and 82 of the ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are amplified by the reception circuit 18 and subjected to envelope processing and LOG compression processing by the signal processing circuit 17 to generate an A-mode image 24, which is a tomographic image 30 of each of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8. Fig. 4 shows the A-mode image 24 generated from the reception signal of one ultrasonic element.
The control of each operation of each circuit 15, 16, 17, 18 is executed via a microcomputer 20. Furthermore, the microcomputer 20 is configured to sequentially switch the transmission and reception operations of each of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 using a multiplexer 19. That is, the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 are configured to sequentially receive each reception signal.

本実施形態では、マイコン20の制御によって、8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の8つのAモード画像24のデータは、通信部23を介して学習モデル27が搭載されたタブレット25に送られる。通信部23は、本実施形態では無線LAN回路で構成されているが、有線で構成してもよい。
タブレット25は、GPUを備えており、送られた8つのAモード画像24のデータから8つのBモード画像26のデータを生成する。図4には、一つのAモード画像24に対応する一つのBモード画像26が示されている。
In this embodiment, under the control of the microcomputer 20, data of eight A-mode images 24 of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 is sent to a tablet 25 equipped with a learning model 27 via a communication unit 23. In this embodiment, the communication unit 23 is configured with a wireless LAN circuit, but may be configured with a wired connection.
The tablet 25 is equipped with a GPU and generates data of eight B-mode images 26 from data of the eight sent A-mode images 24. In Fig. 4, one B-mode image 26 corresponding to one A-mode image 24 is shown.

制御部33が前記厚みを求めるために用いる入力される断層画像30のデータは、8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が順次受信するそれぞれの受信信号を処理して生成する各Aモード画像24から生成した各Bモード画像26を8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の配置に対応させて並べたものである。
図5の(A)は、8つのBモード画像26を、8個の各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の配置に対応させて並べたものである。即ち、皮膚表面36から深さ方向(図の下方)に沿う8ラインの各断層画像データを並べた状態の8ラインのBモード画像26のデータである。この8ラインのBモード画像26のデータが前記厚みを求めるために使われる、入力画像データである。
The data of the input tomographic image 30 used by the control unit 33 to calculate the thickness is obtained by arranging each B-mode image 26 generated from each A-mode image 24 by processing the received signals sequentially received by each of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 in accordance with the arrangement of each of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8.
5A shows eight B-mode images 26 arranged in accordance with the arrangement of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8. That is, this is eight lines of B-mode image 26 data in a state in which eight lines of tomographic image data are arranged along the depth direction (downward in the figure) from the skin surface 36. The data of these eight lines of B-mode image 26 is input image data used to calculate the thickness.

制御部33は、上記の通り、前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を、入力される断層画像30のデータから得るためのパラメータを有する学習モデル27にアクセス可能である。
制御部33は、被験者の身体の断層画像30のデータである8ラインのBモード画像26(図5の(A))のデータを入力画像データとして、タブレット25に搭載されている学習モデル27を用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求めるように構成されている。その求めた厚みは、出力画像データとしてタブレット25のモニター28に、後述するように表示される(図5の(B))。
尚、学習モデル27は、タブレット25に代えてノートパソコン等のコンピューターに搭載してもよい。
As described above, the control unit 33 can access the learning model 27 having parameters for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input data of the tomographic image 30.
The control unit 33 is configured to use, as input image data, data of an 8-line B-mode image 26 (FIG. 5A), which is data of a tomographic image 30 of the subject's body, to perform processing to obtain attribute information corresponding to the thickness using a learning model 27 mounted on the tablet 25, and to obtain the thickness from the obtained attribute information. The obtained thickness is displayed as output image data on the monitor 28 of the tablet 25, as described later (FIG. 5B).
The learning model 27 may be installed in a computer such as a notebook computer instead of the tablet 25 .

ここで、「厚みに対応する属性情報」とは、例えば脂肪層と筋肉層との境界部分では送信された超音波が多く反射され、筋肉層中や脂肪層中ではほとんど反射されないことを利用して得られる前記境界部分の位置の情報が挙げられる。筋肉層の一方の面が脂肪層と接しており、他方の面が他の脂肪層と接していれば、筋肉層の一方の面に対応する「一方の境界部分」と、筋肉層の他方の面に対応する「他方の境界部分」の位置を超音波によって求めることができる。その「一方の境界部分」と「他方の境界部分」の間の距離が、求める筋肉層の厚みになる。
或いは、皮下脂肪の厚みを求める場合は、皮下脂肪とその奥にある筋肉層との境界部分の位置を「属性情報」として超音波で求めれば、その求めた境界部分と皮膚表面との間の距離が、皮下脂肪の厚みになる。
図5の(B)は、タブレット25のモニター28に表示される出力画像データである。本実施形態では、筋肉層を白抜きにして筋肉層厚34と皮下脂肪厚35が解る画像データが表示されている。
Here, "attribute information corresponding to thickness" refers to, for example, information on the position of the boundary between a fat layer and a muscle layer, which is obtained by utilizing the fact that transmitted ultrasound is largely reflected at the boundary between the fat layer and the muscle layer, and is hardly reflected in the muscle layer or the fat layer. If one surface of a muscle layer is in contact with a fat layer and the other surface is in contact with another fat layer, the positions of "one boundary" corresponding to one surface of the muscle layer and "the other boundary" corresponding to the other surface of the muscle layer can be obtained by ultrasound. The distance between the "one boundary" and the "other boundary" is the thickness of the muscle layer to be obtained.
Alternatively, when determining the thickness of subcutaneous fat, the position of the boundary between the subcutaneous fat and the muscle layer beneath it can be determined using ultrasound as "attribute information," and the distance between the determined boundary and the skin surface becomes the thickness of the subcutaneous fat.
5B shows output image data displayed on the monitor 28 of the tablet 25. In this embodiment, image data is displayed in which the muscle layer is outlined and the muscle layer thickness 34 and subcutaneous fat thickness 35 can be seen.

<学習モデルのパラメータ>
本実施形態では、学習モデル27は、以下のようにして構築されている。
図6に示したように、8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が特定した部位の身体組織から順次受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像30のデータである8ラインのBモード画像26(図6の(A))と、その8ラインのBモード画像26に対応する前記厚みが求められる状態の教師画像データ50(図6の(B))とを1セットデータとし、それを複数セット、例えば100セット以上を用意する。そして、その用意した複数セットデータに対する機械学習を行って、入力画像データから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るためのパラメータが設定されている。
学習モデルの生成方法は、医療用画像の領域分割を目的とした、U-Netの畳み込み処理方法が一例としてあり、具体的には、図6の(A)の8ラインのBモード画像26に対して、機械学習のニューラルネットワークにおける通常の畳み込み処理と、更にプーリング処理を行う。その処理による出力画像データを図6の(B)の教師画像データ50と比較し、誤差が小さくなるように演算して、即ち、クロスエントロピー誤差関数、勾配降下法を用いて演算してパラメータを設定する。その設定を100セット以上に対して行ってパラメータが最適化される。
本実施形態では、図1に示したように、タブレット25が学習モデル生成センター37と通信回線を介してつながっている。前記パラメータの設定は、学習モデル生成センター37で行われて、推定精度が向上するたびに、その結果がタブレット25に送信されて学習モデル27が更新されるように構成されている。
<Learning model parameters>
In this embodiment, the learning model 27 is constructed as follows.
As shown in Fig. 6, eight lines of B-mode image 26 (Fig. 6A), which is data of a tomographic image 30 based on the respective reception signals sequentially received from the body tissue of a specified part by eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8, and teacher image data 50 (Fig. 6B), in a state in which the thickness corresponding to the eight lines of B-mode image 26 is obtained, are treated as one set of data, and multiple sets, for example, 100 sets or more, are prepared. Then, machine learning is performed on the multiple sets of data prepared, and parameters are set for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input image data.
One example of a method for generating a learning model is a U-Net convolution processing method for the purpose of segmenting regions in medical images. Specifically, the 8-line B-mode image 26 in Fig. 6A is subjected to normal convolution processing in a machine learning neural network and further to pooling processing. The output image data from this processing is compared with the teacher image data 50 in Fig. 6B, and the parameters are set by performing calculations so as to reduce the error, that is, by using a cross-entropy error function and a gradient descent method. This setting is performed for 100 or more sets to optimize the parameters.
1, in this embodiment, the tablet 25 is connected to the learning model generation center 37 via a communication line. The parameters are set in the learning model generation center 37, and each time the estimation accuracy is improved, the result is transmitted to the tablet 25 and the learning model 27 is updated.

学習モデル27の構築は、以下のようにして構築してもよい。
図7は、64個以上の超音波素子を有する超音波プローブを使い、全ての超音波素子で受信した64以上の受信信号から得られるBモード画像の断層画像30から成る入力画像データの図(A)と、それに対応する教師画像データ50の図(B)である。
この図7の(A)の断層画像30のデータと図7の(B)の教師画像データ50から、それぞれセンサ配置間隔で8ライン切り出した断層画像データと教師データを1セットデータとし、それを例えば100セット以上を用意して、上記と同様の機械学習を行って、入力画像データから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るためのパラメータを設定するようにしてもよい。64個以上の超音波素子によるBモード画像は、筋肉層の判別がしやすく、教師データを作りやすいメリットがある。
The learning model 27 may be constructed as follows.
FIG. 7A shows input image data consisting of a B-mode tomographic image 30 obtained from 64 or more received signals received by all ultrasonic elements using an ultrasonic probe having 64 or more ultrasonic elements, and FIG. 7B shows the corresponding teacher image data 50.
From the data of the tomographic image 30 in Fig. 7A and the teacher image data 50 in Fig. 7B, eight lines of tomographic image data and teacher data are cut out at the sensor arrangement interval, and one set of data is prepared, for example, 100 or more sets, and machine learning similar to that described above is performed to set parameters for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input image data. B-mode images using 64 or more ultrasonic elements have the advantage that it is easy to distinguish muscle layers and easy to create teacher data.

また、本実施形態では、制御部33は、無線による通信部23を介して学習モデル27と接続されており、学習モデル27は、図6の(A)に相当する新たな断層画像30のデータと前記新たな断層画像30のデータ対応する図6の(B)に相当する教師画像データ50とによってパラメータを更新可能である。
即ち、先ず、超音波によって身体の特定の部位の組織に対する新たな断層画像30のデータを得て、目的とする身体組織の厚みを求める。それに加えて、その新たな断層画像30のデータとは、タブレット25から学習モデル生成センター37に送られて、その画像に対応する教師画像データ50のセットから学習モデル27のパラメータ更新作業が行われ、推定精度が向上すれば、その結果がタブレット25に送信され、学習モデル27のパラメータを更新するように構成されている。
In addition, in this embodiment, the control unit 33 is connected to the learning model 27 via the wireless communication unit 23, and the learning model 27 can update parameters using data of a new tomographic image 30 corresponding to (A) in Figure 6 and teacher image data 50 corresponding to (B) in Figure 6 that corresponds to the data of the new tomographic image 30.
That is, first, new tomographic image 30 data for tissue in a specific part of the body is obtained by ultrasound, and the thickness of the target body tissue is obtained. In addition, the new tomographic image 30 data is sent from the tablet 25 to the learning model generation center 37, and the parameters of the learning model 27 are updated from a set of teacher image data 50 corresponding to the image. If the estimation accuracy is improved, the result is sent to the tablet 25, and the parameters of the learning model 27 are updated.

<実施形態1の作用の説明>
次に、実施形態1の超音波厚み計測装置100によって目的とする身体組織の厚みを求める工程をする。
先ず、本実施形態の超音波厚み計測装置100の超音波プローブ60と制御部33部分を、図3に示したように被験者の身体のお腹に巻き付けてベルト13で固定する。そして、2列構成の8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8によって超音波を順次送受信し、8つの受信信号に基づいて8つのAモード画像24を生成し、更にタブレット25でその8つのAモード画像24から8つのBモード画像26を生成、即ち8ラインのBモード画像26(図5(A))のデータを生成する。
次に、8ラインのBモード画像26(図5(A))のデータを入力画像データとして、学習モデル27を用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求め(図5の(B))、それをモニター28に表示する。
尚、モニター28に表示する前記厚みに関する情報は、図5の(B)の形に限定されず、例えば数値や比較可能なグラフの形でもよい。
<Description of Function of First Embodiment>
Next, a process of determining the thickness of the target body tissue using the ultrasonic thickness measuring device 100 of the first embodiment is performed.
First, the ultrasonic probe 60 and the control unit 33 of the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment are wrapped around the abdomen of the subject and fixed with the belt 13 as shown in Fig. 3. Then, ultrasonic waves are transmitted and received sequentially by eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 arranged in two rows, and eight A-mode images 24 are generated based on the eight received signals. Furthermore, eight B-mode images 26 are generated from the eight A-mode images 24 by the tablet 25, that is, data of eight lines of B-mode images 26 (Fig. 5(A)) is generated.
Next, using the data of an 8-line B-mode image 26 (Figure 5 (A)) as input image data, a learning model 27 is used to perform a process of determining attribute information corresponding to the thickness, and the thickness is determined from the determined attribute information (Figure 5 (B)), and this is displayed on a monitor 28.
The thickness information displayed on the monitor 28 is not limited to the form shown in FIG. 5B, but may be in the form of, for example, numerical values or a comparable graph.

<実施形態1の効果の説明>
(1)本実施形態の超音波プローブ60によれば、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、2列に配置されているので、超音波プローブ60の列方向における小型化を実現することができる。また、前記列方向に小型化できることで、超音波プローブ60の用途範囲を拡大することができる。また、測定対象に対して一列ではなく複数列に対応する部位の断層画像30、即ち幅方向に広い範囲の断層画像30を簡単に得ることができる。
(2)また、本実施形態の超音波プローブ60によれば、隣り合う一つの列群である第1列群75と他の列群である第2列群76は、図2に示したように、列方向にずれて位置する。これにより、前記列方向における計測範囲の減少を抑制することができ、脂肪層や筋肉層の境界を捉え易くなって、精度の高い画像データが生成できる。
<Description of Effects of First Embodiment>
(1) According to the ultrasonic probe 60 of the present embodiment, the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged in two rows, so that it is possible to realize a reduction in size in the row direction of the ultrasonic probe 60. Furthermore, by being able to reduce the size in the row direction, it is possible to expand the range of applications of the ultrasonic probe 60. Furthermore, it is possible to easily obtain a tomographic image 30 of a portion of a measurement target that corresponds to multiple rows instead of one row, that is, a tomographic image 30 of a wide range in the width direction.
(2) Furthermore, according to the ultrasound probe 60 of this embodiment, the first column group 75, which is one adjacent column group, and the second column group 76, which is the other adjacent column group, are positioned with a shift in the column direction as shown in Fig. 2. This makes it possible to suppress a reduction in the measurement range in the column direction, making it easier to capture the boundaries between fat layers and muscle layers, and enabling the generation of highly accurate image data.

(3)また、本実施形態の超音波厚み計測装置100によれば、制御部33は、8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像から目的とする身体組織の厚みを求める。8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が順次受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像データは、皮膚表面36から深さ方向に沿う8ラインの各断層画像30のデータを並べた断層画像データ(図5の(A))である。
すなわち、制御部33が前記厚みを求めるために処理する情報量は、8ラインの各断層画像30のデータを並べたもの(図5の(A))であるので、その情報量は少なくなる。これにより、制御部33を構成する回路部分は高い処理能力を要求されず、装置100の小型化を実現することができる。また、超音波プローブ60のサイズも小さくすることが可能になる。
(3) Furthermore, according to the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment, the control unit 33 obtains the thickness of the target body tissue from a tomographic image based on each of the reception signals sequentially received by the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8. The tomographic image data based on each of the reception signals sequentially received by the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 is tomographic image data ((A) in FIG. 5 ) in which data of each of the tomographic images 30 of eight lines along the depth direction from the skin surface 36 is arranged.
That is, the amount of information processed by the control unit 33 to obtain the thickness is an arrangement of data of each of the eight lines of the tomographic images 30 (FIG. 5A), so the amount of information is small. As a result, the circuit part constituting the control unit 33 is not required to have high processing power, and the device 100 can be made smaller. In addition, the size of the ultrasonic probe 60 can be reduced.

(4)また、本実施形態では、超音波プローブ60が備える超音波素子の個数は8個であるので、超音波プローブ60のサイズを従来よりも小型化することができる。また、ベース部材14を介して超音波プローブ60が身体に装着可能であるので、使い勝手が良い。
(5)また、Aモード画像24から生成したBモード画像26は、図4に示したように、皮膚表面36からの深さ方向の1ライン上では、輝度が変化する画像であるが、前記深さ方向と交差する方向である前記ラインの幅方向には、輝度は一定になる。言い換えると、前記1ライン上で前記深さ方向に対して輝度はブロック状に変化する。図5の(A)に示したように、8ラインの各Bモード画像を並べた状態の断層画像30は、ライン毎に前記深さ方向に対して輝度はブロック状に変化するように見える画像になる。
本実施形態の超音波厚み計測装置100によれば、制御部33が前記厚みを求めるために用いる入力される断層画像30のデータは、8ラインの各Bモード画像26を並べた状態の断層画像データ(図5の(A))であって、ライン毎に前記深さ方向に対して輝度はブロック状に変化する断層画像データである。これにより、制御部33が前記厚みを求めるために処理する情報量は、前記ブロック状に変化する断層画像30のデータであるので、その情報量は少なくなる。従って、制御部33を構成する回路部分は高い処理能力を要求されず、装置100の小型化を実現することができる。
(4) In the present embodiment, the ultrasonic probe 60 includes eight ultrasonic elements, so that the size of the ultrasonic probe 60 can be made smaller than that of the conventional ultrasonic probe 60. In addition, the ultrasonic probe 60 can be attached to the body via the base member 14, so that the ultrasonic probe 60 is easy to use.
(5) As shown in Fig. 4, the B-mode image 26 generated from the A-mode image 24 is an image in which the brightness changes along one line in the depth direction from the skin surface 36, but the brightness is constant along the width direction of the line, which is the direction intersecting the depth direction. In other words, the brightness along the one line changes in a block shape along the depth direction. As shown in Fig. 5A, the tomographic image 30 in which eight lines of B-mode images are arranged is an image in which the brightness appears to change in a block shape along the depth direction for each line.
According to the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment, the data of the tomographic image 30 inputted and used by the control unit 33 to calculate the thickness is tomographic image data (FIG. 5A) in which 8 lines of B-mode images 26 are arranged, and the brightness of each line changes in a block shape in the depth direction. As a result, the amount of information processed by the control unit 33 to calculate the thickness is small because it is the data of the tomographic image 30 that changes in a block shape. Therefore, the circuit part constituting the control unit 33 is not required to have high processing power, and the device 100 can be made smaller.

(6)また、本実施形態の超音波厚み計測装置100では、制御部33は、被験者の身体の断層画像30のデータを入力画像データとして、学習モデル27を用いて前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求める。これにより、前記目的とする身体組織の厚みを自動的に精度よく求めることができる。
(7)また、本実施形態の超音波厚み計測装置100では、入力される断層画像30のデータから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るために用いる学習モデル27のパラメータが、前記入力される断層画像30データと同じく、8ラインの各Bモード画像を並べた状態の断層画像データ(図6の(A))を学習させて設定される。従って、学習モデル27の前記パラメータの設定を、上記の通り少ない情報量の断層画像30のデータを使って行うことができる。
(8)また、本実施形態の超音波厚み計測装置100では、学習モデル27は、新たな断層画像30(図6の(A))のデータとその新たな断層画像30データ対応する教師画像データ(図6の(B))とによって前記パラメータを更新可能である。これにより、目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を入力される断層画像30のデータから精度よく得ることができる。
(6) In the ultrasonic thickness measuring device 100 of the present embodiment, the control unit 33 uses the data of the tomographic image 30 of the subject's body as input image data, performs processing to obtain attribute information corresponding to the thickness using the learning model 27, and obtains the thickness from the obtained attribute information. This makes it possible to automatically and accurately obtain the thickness of the target body tissue.
(7) In addition, in the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment, the parameters of the learning model 27 used to obtain attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input data of the tomographic image 30 are set by learning the tomographic image data (FIG. 6A) in which each of eight lines of B-mode images is arranged, similar to the input data of the tomographic image 30. Therefore, the parameters of the learning model 27 can be set using the data of the tomographic image 30 with a small amount of information as described above.
(8) In addition, in the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment, the learning model 27 can update the parameters using data of a new tomographic image 30 (FIG. 6A) and teacher image data (FIG. 6B) corresponding to the new tomographic image 30 data. This makes it possible to accurately obtain attribute information corresponding to the thickness of a target body tissue from the input data of the tomographic image 30.

[実施形態1の変形例]
上記説明では、図2に示した2列構成の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8で取得する断層画像30を、図6(A)のように番号順に1列に並べた8ラインのBモード画像26のデータと、その8ラインのBモード画像26に対応する前記厚みが求められる状態の教師画像データ50(図6の(B))とを1セットデータとして、その複数セットデータに対する機械学習を行って学習モデル27を構築するとした。
そして、制御部33は、被験者の身体の断層画像30のデータである8ラインのBモード画像26(図5の(A))のデータを入力画像データとして、タブレット25に搭載されている学習モデル27を用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求めるとした。
以下の図11に基づく説明は、その変形例である。
[Modification of the first embodiment]
In the above description, the tomographic image 30 acquired by the two-row ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 shown in FIG. 2 is treated as one set of data consisting of data of eight lines of B-mode images 26 arranged in a row in numerical order as shown in FIG. 6A and teacher image data 50 (FIG. 6B) in a state in which the thickness corresponding to the eight lines of B-mode images 26 can be obtained, and machine learning is performed on the multiple sets of data to construct a learning model 27.
The control unit 33 then uses the data of the 8-line B-mode image 26 ((A) in Figure 5), which is data of the tomographic image 30 of the subject's body, as input image data, and uses the learning model 27 mounted on the tablet 25 to perform a process of determining attribute information corresponding to the thickness, and determines the thickness from the determined attribute information.
The following description based on FIG. 11 is a modified example of this.

この変形例では、第1列群75を成す超音波素子1、3、5、7で取得する4ラインBモード画像26(図11(A))のデータとその対応する教師画像データ(図11(B))に基づいて第1列群75用の第1学習モデル27を構築する。
更に、第2列群76を成す超音波素子2、4、6、8で取得する4ラインBモード画像26(図11(C))のデータとその対応する教師画像データ(図11(D))に基づいてもう一つの第2列群76用の第2学習モデル27を構築する。
In this modified example, a first learning model 27 for the first column group 75 is constructed based on the data of a four-line B-mode image 26 (FIG. 11A) acquired by ultrasonic elements 1, 3, 5, and 7 constituting the first column group 75 and its corresponding teacher image data (FIG. 11B).
Furthermore, a second learning model 27 for another second column group 76 is constructed based on the data of a four-line B-mode image 26 (Figure 11 (C)) acquired by the ultrasonic elements 2, 4, 6, and 8 constituting the second column group 76 and its corresponding teacher image data (Figure 11 (D)).

制御部33は、第1列群75を成す超音波素子1、3、5、7によって取得する被験者の身体の断層画像30のデータである4ラインのBモード画像26のデータ(図示を省く)を入力画像データとして、タブレット25に搭載されている第1列群75用の第1学習モデル27を用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求める。
更に、第2列群76を成す超音波素子2、4、6、8によって取得する被験者の身体の断層画像30のデータである4ラインのBモード画像26のデータ(図示を省く)を入力画像データとして、タブレット25に搭載されている第2列群76用の第2学習モデル27を用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求める。
最終的な厚みの決定は、それぞれで求めた2つの厚みの平均値とする。
The control unit 33 uses as input image data four lines of B-mode image 26 data (not shown), which is data of a tomographic image 30 of the subject's body acquired by the ultrasonic elements 1, 3, 5, and 7 constituting the first column group 75, and performs processing to obtain attribute information corresponding to the thickness using a first learning model 27 for the first column group 75 mounted on the tablet 25, and obtains the thickness from the obtained attribute information.
Furthermore, data of four lines of B-mode images 26 (not shown), which are data of a tomographic image 30 of the subject's body acquired by the ultrasonic elements 2, 4, 6, and 8 constituting the second column group 76, are used as input image data, and a process is performed to obtain attribute information corresponding to the thickness using a second learning model 27 for the second column group 76 mounted on the tablet 25, and the thickness is obtained from the obtained attribute information.
The final thickness is determined as the average of the two thicknesses obtained.

本実施形態の超音波プローブ60によれば、第1列群75と第2列群76の2列であり、第1列群75を成す超音波素子1、3、5、7の数と第2列群76を成す超音波素子2、4、6、8の数は等しい。これにより、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8の配置が構造的にバランス良くなり、受信信号の処理がし易くなる。 The ultrasonic probe 60 of this embodiment has two rows, a first row group 75 and a second row group 76, and the number of ultrasonic elements 1, 3, 5, and 7 in the first row group 75 is equal to the number of ultrasonic elements 2, 4, 6, and 8 in the second row group 76. This provides a structural balance to the arrangement of the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8, making it easier to process received signals.

[実施形態2]
次に、本発明の実施形態2に係る超音波プローブ60について、図12に基づいて説明する。
本実施形態では、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、実施形態1の2列構造と違って、3列構造で配置されている。具体的には、第1列群85と第2列群86と第3列群87の3列である。第1列群85は超音波素子1、4、7で構成され、第2列群86は超音波素子3、6で構成され、第3列群87は超音波素子2、5、8で構成されている。図12ではベース部材14の図示は省かれている。
第1列群85を成す超音波素子1、4、7の数と第3列群87を成す超音波素子2、5、8の数は等しく、いずれも3つである。
また、第1列群85と第2列群86と第3列群87は、図2に示した実施形態1と同様に、各超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8が図12に示したように、列方向Cに番号順にずれて位置する。
[Embodiment 2]
Next, an ultrasonic probe 60 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged in a three-row structure, unlike the two-row structure of embodiment 1. Specifically, there are three rows: a first row group 85, a second row group 86, and a third row group 87. The first row group 85 is composed of ultrasonic elements 1, 4, and 7, the second row group 86 is composed of ultrasonic elements 3 and 6, and the third row group 87 is composed of ultrasonic elements 2, 5, and 8. The base member 14 is not shown in FIG.
The number of ultrasonic elements 1, 4, and 7 constituting the first row group 85 is equal to the number of ultrasonic elements 2, 5, and 8 constituting the third row group 87, and each is three.
In addition, in the first row group 85, the second row group 86, and the third row group 87, similar to the first embodiment shown in FIG. 2, the ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are positioned in numerical order in the row direction C as shown in FIG.

本実施形態のプローブ60に対する学習モデル27の構築の仕方は、実施形態1と同様に行える。即ち、8ラインのBモード画像26(図6の(A))と、その8ラインのBモード画像26に対応する前記厚みが求められる状態の教師画像データ50(図6の(B))に基づいて学習モデル27を構築する。そして、同様にして厚みを求める。
或いは、実施形態1の変形例と同様に、第1列群85に対応する3ラインBモード画像26のデータ、第2列群86に対応する2ラインBモード画像26のデータ、第3列群87に対応する3ラインBモード画像26のデータのそれぞれに基づいて第1学習モデル27、第2学習モデル27、第3学習モデル27を構築する。この場合の最終的な厚みの決定は、それぞれで求めた3つの厚みの中央値とするのがよい。
The learning model 27 for the probe 60 of this embodiment can be constructed in the same manner as in embodiment 1. That is, the learning model 27 is constructed based on an 8-line B-mode image 26 (FIG. 6A) and teacher image data 50 (FIG. 6B) in a state in which the thickness corresponding to the 8-line B-mode image 26 is to be calculated. Then, the thickness is calculated in the same manner.
Alternatively, similarly to the modified example of the first embodiment, a first learning model 27, a second learning model 27, and a third learning model 27 are constructed based on the data of the three-line B-mode image 26 corresponding to the first column group 85, the data of the two-line B-mode image 26 corresponding to the second column group 86, and the data of the three-line B-mode image 26 corresponding to the third column group 87. In this case, the final thickness is preferably determined as the median of the three thicknesses obtained respectively.

本実施形態の超音波プローブ60のその他の構成は、実施形態1と同様であるので、同一部分に同一符号を付してその説明は省略する。また、本実施形態の超音波プローブ60(図12)を備える超音波厚み計測装置100の構造、更にその作用及び効果も基本的に実施形態1と同じであるので、その説明も省略する。
本実施形態の超音波プローブ60によれば、列数は、第1列群85と第2列群86と第3列群87の3列であり、第1列群85を成す超音波素子の数と第3列群87を成す超音波素子の数は等しい。これにより、前記列方向に対して更に小型化することができる。
Other configurations of the ultrasonic probe 60 of this embodiment are similar to those of the first embodiment, so the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In addition, the structure of the ultrasonic thickness measuring device 100 including the ultrasonic probe 60 of this embodiment (FIG. 12), as well as its action and effect, are basically the same as those of the first embodiment, so the description thereof will also be omitted.
According to the ultrasonic probe 60 of this embodiment, the number of rows is three, that is, a first row group 85, a second row group 86, and a third row group 87, and the number of ultrasonic elements constituting the first row group 85 is equal to the number of ultrasonic elements constituting the third row group 87. This allows further miniaturization in the row direction.

[実施形態3]
次に、本発明の実施形態3に係る超音波プローブ60について、図13に基づいて説明する。
本実施形態では、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、中心位置77を囲うように配置されている。
図13の(A)では、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、全体で多角形、ここでは四角形を成すように配置されている。
図13の(B)では、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、全体で多円形を成すように配置されている。
図13の(C)では、8つの超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8は、全体で内側群91と外側群92を成すように配置されている。
[Embodiment 3]
Next, an ultrasonic probe 60 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, eight ultrasonic elements 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , and 8 are arranged to surround a central position 77 .
In FIG. 13A, eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged so as to form a polygon, here a rectangle, as a whole.
In FIG. 13B, eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged to form a multi-circular shape as a whole.
In FIG. 13C , eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are arranged to collectively form an inner group 91 and an outer group 92.

本実施形態のプローブ60に対する学習モデル27の構築の仕方は、実施形態1と同様に行える。即ち、8ラインのBモード画像26(図6の(A))と、その8ラインのBモード画像26に対応する前記厚みが求められる状態の教師画像データ50(図6の(B))に基づいて学習モデル27を構築する。そして、同様にして厚みを求める。
或いは、図13の(A)の超音波プローブ60に対しては、以下のように行ってもよい。
超音波素子1と2のAモード画像を平均化して1ラインデータを生成し、超音波素子3と4、超音波素子5と6、超音波素子7と8についても同様に生成することで、4ラインのBモード画像を生成するようにしてもよい。この4ラインのBモード画像で学習して学習モデル27を構築し、筋肉推定を行う。
これにより、平均化処理でラインデータの画質精度も上がり、4ライン画像の学習なので処理負荷も減らせる。
The learning model 27 for the probe 60 of this embodiment can be constructed in the same manner as in embodiment 1. That is, the learning model 27 is constructed based on an 8-line B-mode image 26 (FIG. 6A) and teacher image data 50 (FIG. 6B) in a state in which the thickness corresponding to the 8-line B-mode image 26 is to be calculated. Then, the thickness is calculated in the same manner.
Alternatively, the ultrasonic probe 60 of FIG. 13A may be subjected to the following procedure.
A four-line B-mode image may be generated by averaging the A-mode images of ultrasonic elements 1 and 2 to generate one line of data, and similarly generating data for ultrasonic elements 3 and 4, ultrasonic elements 5 and 6, and ultrasonic elements 7 and 8. A learning model 27 is constructed by learning using these four lines of B-mode images, and muscle estimation is performed.
This improves the image quality accuracy of the line data through averaging processing, and since it only learns four-line images, the processing load is also reduced.

また、図13の(B)と図13の(C)の超音波プローブ60に対しては、以下のように行ってもよい。
ライン画像の生成は、超音波素子2と3、超音波素子4と5、超音波素子6と7のAモード画像を平均化してそれぞれ1ラインデータを生成し、超音波素子1と8のAモード画像と合わせて、図14(A)に示したように、全体で5ラインのBモード画像を生成する。そしてその5ラインのBモード画像26のデータ(図14(A))、及び対応する教師画像データ50で学習して学習モデル27を構築し、筋肉推定を行う。
本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる他に、測定対象部位との関係において、直線状配置では得られない平面上の2次元断層画像を得ることができる。
Furthermore, the ultrasonic probe 60 of FIG. 13B and FIG. 13C may be subjected to the following procedure.
The line images are generated by averaging the A-mode images of ultrasonic elements 2 and 3, ultrasonic elements 4 and 5, and ultrasonic elements 6 and 7 to generate one line of data for each, and combining this with the A-mode images of ultrasonic elements 1 and 8 to generate a B-mode image of five lines in total, as shown in Fig. 14(A).Then, a learning model 27 is constructed by learning using the data of the B-mode images 26 of the five lines (Fig. 14(A)) and the corresponding teacher image data 50, and muscle estimation is performed.
According to this embodiment, in addition to obtaining the same effects as the above-mentioned embodiment, it is possible to obtain a two-dimensional tomographic image on a plane that cannot be obtained by a linear arrangement in relation to the measurement target portion.

[実施形態4]
次に、本発明の実施形態4に係る超音波プローブ60について、図15及び図16に基づいて説明する。
<超音波プローブの構成>
図15は、本実施形態の超音波プローブ60(以下「超音波送受信部160」という)の構成例を示す断面図である。
超音波送受信部160は、対象物(図示せず)に超音波を送信し、前記対象物で反射された超音波を受信する超音波送受処理を実施して、超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部である。図15に示すように、この超音波送受信部160は、素子基板121と、振動板122と、圧電素子123と、を備えて構成されている。なお、以降の説明にあたり、超音波送受信部160から対象物に向かう超音波の送受信方向をZ方向とする。
[Embodiment 4]
Next, an ultrasonic probe 60 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<Configuration of Ultrasound Probe>
FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of an ultrasonic probe 60 (hereinafter referred to as an "ultrasonic transmitting/receiving unit 160") according to this embodiment.
The ultrasonic transmitting/receiving unit 160 is an ultrasonic transmitting/receiving unit that transmits ultrasonic waves to an object (not shown), receives ultrasonic waves reflected by the object, performs ultrasonic transmission and reception processing, and outputs a reception signal by receiving the ultrasonic waves. As shown in Fig. 15, the ultrasonic transmitting/receiving unit 160 is configured to include an element substrate 121, a vibration plate 122, and a piezoelectric element 123. In the following description, the transmission and reception direction of ultrasonic waves from the ultrasonic transmitting/receiving unit 160 toward the object is defined as the Z direction.

素子基板121は、振動板122を支持する基板であり、Si等の半導体基板で構成される。素子基板121には、Z方向に沿って素子基板121を貫通する複数の開口部211が設けられている。 The element substrate 121 is a substrate that supports the diaphragm 122, and is made of a semiconductor substrate such as Si. The element substrate 121 is provided with a plurality of openings 211 that penetrate the element substrate 121 along the Z direction.

振動板122は、例えばSiO及びZrOの積層体等より構成され、素子基板121の-Z側に設けられる。この振動板122は、開口部211を構成する素子基板121により支持され、開口部211の-Z側を閉塞する。振動板122のうち、Z方向から見た際に各開口部211と重なる部分は、振動板122において、振動により超音波の送受信を行う振動部221を構成する。 The diaphragm 122 is made of, for example, a laminate of SiO2 and ZrO2 , and is provided on the -Z side of the element substrate 121. This diaphragm 122 is supported by the element substrate 121 that constitutes the openings 211, and closes the -Z side of the openings 211. Parts of the diaphragm 122 that overlap with the openings 211 when viewed from the Z direction constitute a vibration section 221 in the diaphragm 122 that transmits and receives ultrasonic waves by vibration.

圧電素子123は、振動板122上で、かつ、Z方向から見た際に、各振動部221と重なる位置に設けられている。この圧電素子123は、図15に示すように、振動板122上に下部電極231、圧電膜232、及び上部電極233が順に積層されることにより構成されている。 The piezoelectric element 123 is provided on the vibration plate 122 at a position that overlaps with each vibration portion 221 when viewed from the Z direction. As shown in FIG. 15, the piezoelectric element 123 is configured by stacking a lower electrode 231, a piezoelectric film 232, and an upper electrode 233 in this order on the vibration plate 122.

このような超音波送受信部160では、1つの振動部221と当該振動部221上に配置された圧電素子123とにより、1つの超音波トランスデューサー124が構成される。
そして、この超音波送受信部160では、下部電極231及び上部電極233との間に電圧が印加されると、圧電膜232が伸縮して、振動部221が開口部211の開口幅等に応じた発振周波数で振動する。これにより、振動部221から+Z側に向かって超音波が送信される。
また、超音波送受信部160では、対象物で反射された超音波が振動部221に入力されると、振動部221が入力された超音波の音圧に応じた振幅で振動し、圧電膜232の下部電極231側と上部電極233側との間で電位差が発生する。よって、各圧電素子123から当該電位差に応じた受信信号が出力される。
In such an ultrasonic transmitting/receiving section 160 , one vibration section 221 and the piezoelectric element 123 arranged on the vibration section 221 constitute one ultrasonic transducer 124 .
In the ultrasonic transmitting/receiving unit 160, when a voltage is applied between the lower electrode 231 and the upper electrode 233, the piezoelectric film 232 expands and contracts, and the vibrating unit 221 vibrates at an oscillation frequency according to the opening width of the opening 211, etc. As a result, ultrasonic waves are transmitted from the vibrating unit 221 toward the +Z side.
In addition, in the ultrasonic transmission/reception unit 160, when ultrasonic waves reflected by an object are input to the vibration unit 221, the vibration unit 221 vibrates with an amplitude corresponding to the sound pressure of the input ultrasonic waves, and a potential difference is generated between the lower electrode 231 side and the upper electrode 233 side of the piezoelectric film 232. Therefore, a reception signal corresponding to the potential difference is output from each piezoelectric element 123.

図16は、超音波送受信部160における超音波トランスデューサー124の接続例を示す図である。
本実施形態では、複数の超音波トランスデューサー124が、マトリクス状に配置されている。そして、各超音波トランスデューサー124の下部電極231は、第一バイパス配線231Aにより互いに結線され、素子基板121の一部に設けられた第一端子251に接続されている。同様に、各超音波トランスデューサー124の上部電極233は、第二バイパス配線233Aにより互いに結線され、素子基板121の一部に設けられた第二端子252に接続されている。これらの第一端子251及び第二端子252は、それぞれ制御部33に接続されている。このような構成では、第一端子251と第二端子252との間に電圧を印加することで、全ての超音波トランスデューサー124を同時に駆動させることができる。
なお、図16に示す例は、全ての超音波トランスデューサー124の下部電極231を結線して第一端子251に接続する構成例であるが、所定数の超音波トランスデューサー124を1つのチャンネルとし、各チャンネルに対して、第一端子251を設ける構成としてもよい。この場合、全ての第一端子251と第二端子252との間に同時に駆動信号を入力することで、図16と同様に、全ての超音波トランスデューサー124を同時に駆動させることができる。また、各第一端子251を個別に駆動させることも可能となる。この場合、駆動させるチャンネル数を制御することで送信音圧の調整を行うこともでき、各チャンネルの駆動タイミングを遅延制御することで、超音波の送信方向を制御することもできる。また、複数のチャンネルを、超音波を送信する送信用チャンネルと、超音波を受信する受信用チャンネルとに分けて用いてもよい。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a connection of the ultrasonic transducers 124 in the ultrasonic transmission/reception unit 160.
In this embodiment, a plurality of ultrasonic transducers 124 are arranged in a matrix. The lower electrodes 231 of the ultrasonic transducers 124 are connected to each other by a first bypass wiring 231A and connected to a first terminal 251 provided on a part of the element substrate 121. Similarly, the upper electrodes 233 of the ultrasonic transducers 124 are connected to each other by a second bypass wiring 233A and connected to a second terminal 252 provided on a part of the element substrate 121. These first terminals 251 and second terminals 252 are each connected to the control unit 33. In this configuration, all the ultrasonic transducers 124 can be driven simultaneously by applying a voltage between the first terminal 251 and the second terminal 252.
In addition, the example shown in FIG. 16 is a configuration example in which the lower electrodes 231 of all the ultrasonic transducers 124 are wired and connected to the first terminal 251, but a configuration in which a predetermined number of ultrasonic transducers 124 are one channel and the first terminal 251 is provided for each channel may be used. In this case, by inputting a drive signal between all the first terminals 251 and the second terminals 252 at the same time, all the ultrasonic transducers 124 can be driven simultaneously, as in FIG. 16. It is also possible to drive each first terminal 251 individually. In this case, the transmission sound pressure can be adjusted by controlling the number of channels to be driven, and the transmission direction of the ultrasonic waves can be controlled by delaying and controlling the drive timing of each channel. In addition, multiple channels may be used separately as a transmission channel for transmitting ultrasonic waves and a reception channel for receiving ultrasonic waves.

なお、本実施形態では、超音波送受信部160として、圧電素子123により振動部221を振動させることで超音波を送信し、超音波が入力された振動部221が振動することで超音波の受信を検出する超音波トランスデューサー124を備える例を示したがこれに限定されない。例えば、超音波送受信部160は、基板上にバルク型の圧電体を配置し、当該圧電体に電圧を印加することで圧電体自体を厚み方向に振動させることで超音波を送信し、超音波の入力によって圧電体が厚み方向に振動することで超音波の受信を検出するバルク型の超音波トランスデューサーを備える構成などとしてもよい。 In the present embodiment, the ultrasonic transmission/reception unit 160 includes an ultrasonic transducer 124 that transmits ultrasonic waves by vibrating the vibration unit 221 with the piezoelectric element 123 and detects reception of ultrasonic waves by the vibration of the vibration unit 221 to which ultrasonic waves are input, but is not limited to this. For example, the ultrasonic transmission/reception unit 160 may include a bulk type ultrasonic transducer that arranges a bulk type piezoelectric body on a substrate, transmits ultrasonic waves by applying a voltage to the piezoelectric body to vibrate the piezoelectric body itself in the thickness direction, and detects reception of ultrasonic waves by inputting ultrasonic waves and vibrating the piezoelectric body in the thickness direction.

[実施形態5]
次に、本発明の実施形態5に係る超音波厚み計測装置100について、図8と図9に基づいて説明する。
本実施形態の超音波厚み計測装置100は、内臓脂肪厚を求めるためのものであり、図8に示したように、身体のみぞうち部分に超音波プローブ60及び制御部33の部分が装着されて使われる。図8ではベルト13の図示は省かれている。図9は、身体のみぞうち部分の断層画像30である。図9の断層画像30は、64個以上の超音波素子を有する超音波プローブを使い、全ての超音波素子で受信した64以上の受信信号から得られるBモード画像の図である。身体のみぞうち部分は、腹直筋39がなく、皮下脂肪厚35用の画像と、内臓脂肪厚38用の画像が取得できる。
従って、本実施形態の超音波厚み計測装置100を用いてみぞうち部分を計測することによって、実施形態1と同様に、内臓脂肪厚を求めるためのパラメータを有する学習モデル27を上記と同様にして作ることが可能であり、その学習モデル27を用いて、被験者の内臓脂肪厚を上記と同様にして求めることができる。
[Embodiment 5]
Next, an ultrasonic thickness measurement device 100 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment is for determining visceral fat thickness, and is used by attaching the ultrasonic probe 60 and the control unit 33 to the ulnar crease of the body as shown in Fig. 8. The belt 13 is not shown in Fig. 8. Fig. 9 is a tomographic image 30 of the ulnar crease of the body. The tomographic image 30 in Fig. 9 is a B-mode image obtained from 64 or more reception signals received by all ultrasonic elements using an ultrasonic probe having 64 or more ultrasonic elements. The ulnar crease of the body does not have a rectus abdominis muscle 39, and an image for subcutaneous fat thickness 35 and an image for visceral fat thickness 38 can be obtained.
Therefore, by measuring the ulnar pit using the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment, it is possible to create a learning model 27 having parameters for calculating visceral fat thickness in the same manner as in embodiment 1, and the visceral fat thickness of the subject can be calculated using the learning model 27 in the same manner as described above.

[実施形態6]
次に、本発明の実施形態6について、図10に基づいて説明する。
図10は、4つの超音波厚み計測装置がユーザA、ユーザB、ユーザC、及びユーザDによって個別に使われており、学習モデル生成センター37を中心に、無線又は有線でつながっている状態を示している。
ユーザAとユーザDは、いずれも個人ユーザであり、本実施形態の超音波厚み計測装置100を使っている。ユーザBは、トレーニングジムであり、ポータブルエコープローブ43等と学習モデルを有するノートパソコン44を使って腹筋や脂肪厚を視認するために超音波厚み計測装置200を使っている。ユーザCは、健康医療機関であり、通常の超音波プローブ45に接続されている超音波診断装置から成る超音波厚み計測装置300を使っている。
[Embodiment 6]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 shows four ultrasonic thickness measuring devices being used individually by user A, user B, user C, and user D, and connected wirelessly or via wires to a learning model generation center 37.
Both user A and user D are individual users and use the ultrasonic thickness measuring device 100 of this embodiment. User B is a training gym and uses the ultrasonic thickness measuring device 200 to visually check abdominal muscles and fat thickness using a portable echo probe 43 and a notebook computer 44 having a learning model. User C is a health and medical institution and uses the ultrasonic thickness measuring device 300 consisting of an ultrasonic diagnostic device connected to a normal ultrasonic probe 45.

ユーザA、ユーザB、ユーザC、及びユーザDからそれぞれの使用によって取得される断層画像30のデータが、学習モデル生成センター37に送られる。学習モデル生成センター37では、集められた各断層画像30のデータの対象となる身体組織、即ち筋肉層や脂肪層を特定して教師画像データ50(図6の(B)、図7の(B))を作り、その特定された身体組織用の学習モデル27及びパラメータを生成する。これを送られた各断層画像30のデータに対して行って、学習モデル27及びパラメータの精度を向上させる。
集められる断層画像30のデータが増えるほど、学習モデル27の精度は向上すると言える。学習モデル27のパラメータが更新されて精度が向上するたびに、学習モデル生成センター37から、学習モデル27を搭載するタブレット25やノートパソコンに最新のパラメータが送られて、学習モデル27が更新される。
The data of the tomographic images 30 acquired by each of the users A, B, C, and D through their respective use is sent to the learning model generation center 37. The learning model generation center 37 identifies the body tissues, i.e., muscle layers and fat layers, that are the subject of the collected data of each tomographic image 30, creates teacher image data 50 (FIG. 6B, FIG. 7B), and generates a learning model 27 and parameters for the identified body tissues. This is performed for the data of each transmitted tomographic image 30, thereby improving the accuracy of the learning model 27 and parameters.
It can be said that the more data of the tomographic images 30 is collected, the more accurate the learning model 27 becomes. Every time the parameters of the learning model 27 are updated and the accuracy is improved, the latest parameters are sent from the learning model generation center 37 to the tablet 25 or notebook computer on which the learning model 27 is installed, and the learning model 27 is updated.

〔他の実施形態〕
本発明の実施形態に係る超音波厚み計測装置100は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことは勿論可能である。
(1)上記実施形態においては、超音波プローブ60が8個の超音波素子1、2、3、4、5、6、7、8を備える構造について説明したが、この8個に限定されない。8個以下の4個にして4ラインの断層画像データを並べたものであってもよい。また、超音波素子の個数は8個より多い16個や32個でもよく、それらの内の8個以下の超音波素子によって受信するようにして、その受信信号の数が8つ以下であればよい。
(2)上記実施形態においては、超音波プローブ60と制御部33部分は、身体のお腹に巻き付けてベルト13で固定するタイプに構成されているが、これに限定されないことは勿論である。超音波プローブ60としては、一般的に使われている超音波エコーのプローブでもよい。
(3)複数の超音波素子を複数列に配置する構造として、上記した2列や3列の他に、マトリクス状に、例えば4列×4行のマトリクス状に配置してもよい。
(4)また、第3実施形態のプローブ60については、機械学習の畳み込み処理として、3次元の畳み込み処理を行ってもよい。例えば、4x4x1024の3次元データにして、3x3x3データごとに畳み込み処理することが挙げられる。
(5)上記実施例では、制御部33と学習モデル27が分離している構造を説明したが、制御部33内に学習モデル27と通信部23を設ける構成でもよい。
Other Embodiments
The ultrasonic thickness gage 100 according to an embodiment of the present invention is based on the configuration described above, but it is of course possible to modify or omit some of the configuration without departing from the gist of the present invention.
(1) In the above embodiment, the ultrasonic probe 60 is described as having eight ultrasonic elements 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8, but is not limited to eight. The number of ultrasonic elements may be four, or less than eight, and four lines of tomographic image data may be arranged. The number of ultrasonic elements may be more than eight, such as 16 or 32, as long as reception is performed by eight or less ultrasonic elements among them and the number of received signals is eight or less.
(2) In the above embodiment, the ultrasonic probe 60 and the control unit 33 are configured to be wrapped around the abdomen of the body and fixed with the belt 13, but it is needless to say that this is not limited to this. The ultrasonic probe 60 may be a commonly used ultrasonic echo probe.
(3) As a structure in which a plurality of ultrasonic elements are arranged in a plurality of rows, in addition to the above-mentioned two or three rows, they may be arranged in a matrix, for example, in a matrix of four columns by four rows.
(4) Furthermore, for the probe 60 of the third embodiment, three-dimensional convolution processing may be performed as the machine learning convolution processing. For example, three-dimensional data of 4x4x1024 may be converted into convolution processing for each 3x3x3 data.
(5) In the above embodiment, a structure in which the control unit 33 and the learning model 27 are separate has been described. However, a configuration in which the learning model 27 and the communication unit 23 are provided within the control unit 33 may also be used.

1、2、3、4、5、6、7、8 超音波素子、9 配線、10 ハウジング部、
11 送信素子、12 受信素子、13 ベルト、14 ベース部材、
15 駆動パルス発生回路、16 送信回路、17 信号処理回路、
18 受信回路、19 マルチプレクサ、20 マイコン、
21 送信素子、22 受信素子、23 通信部、24 Aモード画像、
25 タブレット、26 Bモード画像、27 学習モデル、28 モニター、
30 断層画像、31 送信素子、32 受信素子、33 制御部、34 筋肉層厚、
35 皮下脂肪厚、36 皮膚表面、37 学習モデル生成センター、
38 内臓脂肪厚、39 腹直筋、41 送信素子、42 受信素子、
43 ポータブルエコープローブ、44 ノートパソコン、
45 通常の超音波プローブ、50 教師画像データ、
51 送信素子、52 受信素子、60 超音波プローブ、61 送信素子、
62 受信素子、71 送信素子、72 受信素子、81 送信素子、82 受信素子、
100 超音波厚み計測装置
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ultrasonic element, 9 wiring, 10 housing part,
11 transmitting element, 12 receiving element, 13 belt, 14 base member,
15 Drive pulse generating circuit, 16 Transmission circuit, 17 Signal processing circuit,
18 receiving circuit, 19 multiplexer, 20 microcomputer,
21 transmitting element, 22 receiving element, 23 communication unit, 24 A-mode image,
25 Tablet, 26 B-mode image, 27 Learning model, 28 Monitor,
30 tomographic image, 31 transmitting element, 32 receiving element, 33 control unit, 34 muscle layer thickness,
35 Subcutaneous fat thickness, 36 Skin surface, 37 Learning model generation center,
38 visceral fat thickness, 39 rectus abdominis muscle, 41 transmitting element, 42 receiving element,
43 Portable echo probe, 44 Laptop computer,
45 Normal ultrasound probe, 50 Teacher image data,
51 transmitting element, 52 receiving element, 60 ultrasonic probe, 61 transmitting element,
62 receiving element, 71 transmitting element, 72 receiving element, 81 transmitting element, 82 receiving element,
100 Ultrasonic thickness measuring device

Claims (12)

8個以下の超音波素子が、複数列に配置されている超音波プローブと、
前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づいて得られる被験者の身体の断層画像データから目的とする身体組織の厚みを求める制御部と、を備え、
前記制御部は、前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号を処理してAモード画像を生成し、生成した前記Aモード画像からBモード画像を生成し、
前記断層画像データは、生成したそれぞれの前記Bモード画像を前記超音波素子の配置に対応させて並べたものである、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
An ultrasonic probe having eight or less ultrasonic elements arranged in multiple rows;
a control unit for determining a thickness of a target body tissue from tomographic image data of the subject's body obtained based on each reception signal sequentially received by the ultrasonic elements;
The control unit processes each of the received signals sequentially received by the ultrasonic elements to generate an A-mode image, and generates a B-mode image from the generated A-mode image;
The tomographic image data is obtained by arranging the generated B-mode images in accordance with the arrangement of the ultrasonic elements.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項1に記載の超音波厚み計測装置において、
前記複数列は、第1列群と第2列群の2列であり、
前記第1列群を成す前記超音波素子の数と第2列群を成す前記超音波素子の数は等しい、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
2. The ultrasonic thickness measurement device according to claim 1,
The plurality of rows is two rows, a first row group and a second row group,
The number of the ultrasonic elements forming the first row group is equal to the number of the ultrasonic elements forming the second row group.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項1に記載の超音波厚み計測装置において、
前記複数列は、第1列群と第2列群と第3列群の3列であり、
前記第1列群を成す前記超音波素子の数と第3列群を成す前記超音波素子の数は等しい、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
2. The ultrasonic thickness measurement device according to claim 1,
the plurality of rows are three rows, i.e., a first row group, a second row group, and a third row group;
The number of the ultrasonic elements forming the first row group is equal to the number of the ultrasonic elements forming the third row group.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項2又は3に記載の超音波厚み計測装置において、
前記複数列を構成する一つの列群と、前記一つの列群と隣り合う他の列群は、列方向にずれて位置する、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
4. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 2,
one row group constituting the plurality of rows and another row group adjacent to the one row group are positioned to be shifted in the row direction;
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
8個以下の超音波素子が、中心位置を囲うように配置されている超音波プローブと、
前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号に基づいて得られる被験者の身体の断層画像データから目的とする身体組織の厚みを求める制御部と、を備え、
前記制御部は、前記超音波素子が順次受信するそれぞれの受信信号を処理してAモード画像を生成し、生成した前記Aモード画像からBモード画像を生成し、
前記断層画像データは、生成したそれぞれの前記Bモード画像を前記超音波素子の配置に対応させて並べたものである、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
An ultrasonic probe having eight or less ultrasonic elements arranged to surround a central position;
a control unit for determining a thickness of a target body tissue from tomographic image data of the subject's body obtained based on each reception signal sequentially received by the ultrasonic elements;
The control unit processes each of the received signals sequentially received by the ultrasonic elements to generate an A-mode image, and generates a B-mode image from the generated A-mode image;
The tomographic image data is obtained by arranging the generated B-mode images in accordance with the arrangement of the ultrasonic elements.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項5に記載の超音波厚み計測装置において、
前記超音波素子は、全体で多角形を成すように配置されている、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
6. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 5,
The ultrasonic elements are arranged to form a polygon as a whole.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項5に記載の超音波厚み計測装置において、
前記超音波素子は、全体で円形を成すように配置されている、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
6. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 5,
The ultrasonic elements are arranged to form a circle as a whole.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項5に記載の超音波厚み計測装置において、
前記超音波素子は、全体で内側群と外側群を成すように配置されている、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
6. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 5,
The ultrasonic elements are arranged to form an inner group and an outer group as a whole.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項1又は5に記載の超音波厚み計測装置において、
前記超音波プローブは、身体に装着可能なベース部材を備え、
前記超音波素子は、前記ベース部材に配置される、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
6. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 1,
The ultrasonic probe includes a base member that is attachable to a body;
The ultrasonic element is disposed on the base member.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項9に記載の超音波厚み計測装置において、
前記制御部は、
前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を入力される断層画像データから得るためのパラメータを有する学習モデルにアクセス可能であり、
前記被験者の身体の断層画像データを入力画像データとして、前記学習モデルを用いて、前記厚みに対応する属性情報を求める処理を行い、前記求めた属性情報から前記厚みを求める、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
10. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 9,
The control unit is
A learning model having parameters for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from input tomographic image data is accessible;
using the tomographic image data of the subject's body as input image data, performing a process of obtaining attribute information corresponding to the thickness using the learning model, and obtaining the thickness from the obtained attribute information;
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項10に記載の超音波厚み計測装置において、
前記学習モデルは、
前記超音波素子が前記目的とする身体組織から受信するそれぞれの受信信号に基づく断層画像データと、
前記断層画像データに対応し前記厚みが求められる状態の教師画像データと、
を1セットデータとして、複数セットデータに対する学習を行って、入力される断層画像データから前記目的とする身体組織の厚みに対応する属性情報を得るためのパラメータが設定される、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
The ultrasonic thickness measuring device according to claim 10,
The learning model is
tomographic image data based on the respective reception signals received by the ultrasonic elements from the target body tissue;
Teacher image data corresponding to the tomographic image data and in a state in which the thickness is calculated;
a set of data is used as one set of data, and learning is performed on a plurality of sets of data to set parameters for obtaining attribute information corresponding to the thickness of the target body tissue from the input tomographic image data.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
請求項10又は11に記載の超音波厚み計測装置において、
前記制御部は、無線又は有線による通信部を介して前記学習モデルと接続されており、
前記学習モデルは、新たな断層画像データと前記新たな断層画像データ対応する教師画像データとによって前記パラメータを更新可能である、
ことを特徴とする超音波厚み計測装置。
12. The ultrasonic thickness measuring device according to claim 10,
The control unit is connected to the learning model via a wireless or wired communication unit,
The learning model is capable of updating the parameters using new tomographic image data and teacher image data corresponding to the new tomographic image data.
An ultrasonic thickness measuring device characterized by:
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