软组织软骨边界面检测方法、软组织软骨边界面检测装置及软组织软骨边界面检测程序

摘要

课题在于，以无创的方式准确地检测软组织与软骨的边界面。解决手段为，在第1状态和第2状态下取得回波数据(S101、S102)。根据第1状态和第2状态的回波数据，检测第1状态以及第2状态下的软骨下骨(911)的回波数据(S103)。根据第1状态以及第2状态的软骨下骨回波数据，检测软骨下骨回波数据的移动矢量(S104)。基于移动矢量进行第1状态的回波数据与第2状态的回波数据的比较对象的取样数据的对位(S105)。算出通过对位成为相同的比较对象取样位置的第1状态的回波数据与第2状态的回波数据的相关系数(S106)。将相关系数高的区域作为软骨，将相关系数低的区域判断为软组织，并检出它们的边界面(S107)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种以来自外部的超声波对软骨和软组织的边界面进行检 测的软组织软骨边界检测方法。

背景技术

以往，提出了各种生成用于诊断软骨状态的信息的装置。例如，在专 利文献1的超声波诊断装置中，将收发超声波的探测器抵接在膝盖的表面， 以用该探测器得到的来自膝盖内部的回波信号，诊断软骨的状态。即，专 利文献1的超声波诊断装置以无创的方式对软骨的状态进行诊断。并且， 在专利文献1的超声波诊断装置中，用深度方向的回波信号的电平(强度) 的差检测软骨。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010－305号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1的装置以及方法中，根据软组织(肌肉或皮肤) 的回波信号电平与软骨的回波信号电平之差检测软骨表面。因此，若在软 组织与软骨间回波信号的电平没有差别，则不能够准确地检测软骨表面。

并且，大体上用以往的超声波信号，回波信号电平在软组织与软骨表 面的边界面上并非急剧并且准确地变化，而是在该边界面中回波信号电平 没有大的差别。由此，用以往的方法，不能够准确地检测软骨表面。

本发明的目的在于提供一种能够以无创的方式准确地检测软组织与软 骨表面的边界面的软组织软骨边界面检测方法。

解决问题的手段

本发明为涉及检测软组织与软骨的边界面的软组织软骨边界面检测方 法的发明且具有以下特征。软组织软骨边界面检测方法具有第1回波信号 收发工序、第2回波信号收发工序、软骨下骨检测工序、移动矢量检测工 序以及边界面检测工序。

第1回波信号收发工序在第1状态下向被检测体内发送超声波信号并 得到第1回波信号。第2回波信号收发工序在第2状态下向被检测体内发 送超声波信号并得到第2回波信号。

软骨下骨检测工序从第1回波信号中检测第1状态的软骨下骨回波信 号，从第2回波信号中检测第2状态的软骨下骨回波信号。

移动矢量检测工序从第1状态的软骨下骨回波信号与第2状态的软骨 下骨回波信号中检测从第1状态向第2状态的软骨下骨的移动矢量。

边界面检测工序基于移动矢量对第1状态与第2状态的回波信号的取 样位置进行校正，从而检测软组织与软骨的边界面。

在该方法中，利用了软骨附着在软骨下骨，软组织不附着在软骨上， 软组织能在软骨表面横向滑动的情况。

若使发送超声波信号的探测器接触在被检测体上而移动，则软组织追 随，软骨以及软骨下骨不追随。因此，软骨下骨相对于探测器的位置变化 与软骨相对于探测器的位置变化相一致，相当于移动矢量，但它们的位置 变化与软组织相对于探测器的位置变化不一致。此外，即使在使探测器接 触被检测体的状态下，使软组织与软骨以及有软骨的被检测体侧弯曲，也 同样地，软骨下骨相对于探测器的位置变化与软骨相对于探测器的位置变 化相一致，软骨下骨相对于探测器的位置变化与软组织相对于探测器的位 置变化不一致。

因此，若根据移动矢量校正第1状态的回波信号的样本位置与第2状 态的回波信号的样本位置，并对各样本位置的回波信号进行比较，则在软 组织与软骨(以及软骨下骨)间比较结果不同。通过利用该不同点，能够 判别软组织与软骨，也能够检测软组织与软骨的边界面。

此外，在本发明的软组织软骨边界面检测方法中，软骨下骨检测工序 沿深度方向依次取得所述第1回波信号的信号强度，将检测出所述软骨下 骨检测用阈值以上的信号强度的范围的信号作为所述第1状态的软骨下骨 回波信号而检测。软骨下骨检测工序检测所述第1状态的软骨下骨回波信 号与所述第2回波信号的类似度，并将类似度最高的回波信号作为所述第2 状态的软骨下骨回波信号而检测。

此外，在本发明的软组织软骨边界面检测方法中，软骨下骨检测工序 沿深度方向从深部侧开始依次取得所述第1回波信号的信号强度，将检测 出所述软骨下骨检测用阈值以上的信号强度的范围的信号作为所述第1状 态的软骨下骨回波信号而检测。软骨下骨检测工序检测所述第1状态的软 骨下骨回波信号与所述第2回波信号的类似度，并将类似度最高的回波信 号作为所述第2状态的软骨下骨回波信号而检测。

在这些方法中示出了软骨下骨的具体的检测方法。

发明效果

根据本发明，能够从膝盖等被检测体的外部发送超声波信号，在被检 测体的外部接收该回波信号，并且准确地检测软组织与软骨表面的边界面。 由此，能够准确地检测从软骨而来的回波，并能够有效地利用于软骨的诊 断。

附图说明

图1是表示涉及本发明的实施方式的软组织软骨边界检测装置10的结 构的框图。

图2是表示涉及本发明的实施方式的软组织软骨边界检测装置10的探 测器100相对于被检测体的设置方式的图。

图3是用于说明涉及本发明的实施方式的软骨表面的检测概念的图。

图4是涉及本发明的实施方式的软组织软骨边界面检测方法的流程图。

图5是表示在第1状态[T1]与第2状态[T2]下的各回波信号的波 形例的图。

图6是用于说明涉及本实施方式的移动矢量的检测概念的波形图。

图7是表示涉及本实施方式的移动矢量的定义的图。

图8是表示涉及本实施方式的移动矢量的分布状态的图。

图9是用于说明检测回波数据是属于软骨901还是属于软组织903的 方法(第1方法)的波形图。

图10是用于说明检测回波数据是属于软骨901还是属于软组织903的 方法(第2方法)的波形图。

图11是表示基于使振子移动的机械式扫描的检测结构的图。

具体实施方式

参照附图来说明涉及本发明的实施方式的软组织软骨边界面检测方法 以及软组织软骨边界面检测装置。图1表示涉及本发明的实施方式的软组 织软骨边界检测装置10的结构的框图。图2为表示涉及本实施方式的软组 织软骨边界检测装置10的探测器100相对于被检测体的设置方式的图，图 2(A)表示第1状态(T＝T1)的情况，图2(B)表示第2状态(T＝T2) 的情况。另外，在以下的说明中，表示了使探测器100移动的例子，但对 移动被检测体的情况，也能够适用以下的方法或结构。例如，像在作为被 检测体的膝盖上抵接探测器100并固定，使膝盖屈伸这样的情况也能够适 用。即，只要是在第1状态[T1]与第2状态[T2]间软组织与软骨的位 置关系发生变化的方法以及结构便能够适用。

图3为用于说明涉及本发明的实施方式的软骨表面的检测概念的图， 图3(A)表示第1状态[T1](T＝T1)，图3(B)表示第2状态[T2] (T＝T2)。图3为将被发送了超声波信号的区域以及其附近区域的表面置 换为平坦的平面而观察的图。

软组织软骨边界面检测装置10具备操作部11、发送控制部12、回波 信号接收部13、数据解析部14以及探测器100。发送控制部12、回波信号 接收部13以及探测器100相当于本发明的“收发部”。

操作部11受理用户的操作输入。例如，操作部11具备多个操作子(未 图示)，根据用户对操作子的操作，向发送控制部12指示检测软骨表面的 处理开始执行。

发送控制部12生成将由超声波的频率构成的载波整形为脉冲状而成的 超声波信号。发送控制部12在第1状态[T1]与第2状态[T2]下分别生 成超声波信号。

发送控制部12将超声波信号输出至探测器100。探测器100具备在与 收发波面平行的方向上配置的多个振子(参照图3)。该振子的配置方向为 扫描方向。各振子向被检测体内发送由规定的发送波束角构成的超声波信 号。各振子以规定的时间间隔发送超声波信号，并接收其反射回波信号。

具体细节如图2所示那样，探测器100按收发波面一侧的端面抵接在 作为被检测体的膝盖的软组织903的表面上的方式而配置。在这里，如图3 所示那样，所谓软组织903是包含皮肤以及肌肉的体内部分，存在于比软 骨901更靠近被检测体的表面侧的部位。软骨901附着在软骨下骨911上， 软骨下骨911为与骨(松质骨)902结合的组织。

一边如图2(A)所示那样使探测器100与软组织903的表面接触，一 边如图2(B)所示那样将探测器100沿着表面移动。由此，如图2所示那 样，软组织903一边在软骨901的表面滑动，一边追随探测器100而移动。 使该探测器100移动前的图2(A)的状态为第1状态(t＝T1)，使探测器 100移动后的图2(B)的状态为第2状态(t＝T2)。此时，使探测器100 沿着振子的排列方向(扫描方向)而移动。

各振子分别在第1状态[T1]与第2状态[T1]下向被检测体内发送 超声波信号。此时，探测器100的各振子以相对于软组织903的表面垂直 的方向成为发送波束的中心轴方向的方式发送超声波信号。

探测器100的各振子接收超声波信号在被检测体内的软组织903、软骨 901以及软骨下骨911处反射后的回波信号，并输出至回波信号接收部13。 探测器100将由在第1状态[T1]中各振子得到的回波信号构成的第1回 波群SW[T1]与由在第2状态[T2]中各振子得到的回波信号构成的第2 回波信号群SW[T2]分别输出至回波信号接收部13。

回波信号接收部13对各回波信号进行规定的放大处理并输出至数据解 析部14。回波信号接收部13个别地对第1回波群SW[T1]的各回波信号 和第2回波群SW[T2]的各回波信号进行放大处理并输出至数据解析部 14。

数据解析部14具备AD变换部141、存储部142和判定部143。AD变 换部141通过以规定的时间间隔对回波信号取样来使数据离散。该数据离 散后的回波信号为回波数据。由此，能够按每次距离扫掠(sweep)得到在 深度方向上按规定间隔进行数据取样后的回波数据。即，能够得到在基于 扫描方向与深度方向的二维区域中分布的回波数据。以下，将该回波数据 群简称作二维分布的回波数据。AD变换部141将各回波数据输出至存储部 142。

存储部142存储由AD变换部141输出的各回波数据。存储部142具 备存储第1状态下得到的二维分布的回波数据与在第2状态得到的二维分 布的回波数据的容量。

判定部143按照图4所示的流程检测软组织与软骨的边界面，后述具 体的处理方法。图4为涉及本发明的实施方式的软组织软骨边界面检测方 法的流程图。

判定部143读出并取得存储在存储部142的在第1状态下得到的二维 分布的回波数据和在第2状态下得到的二维分布的回波数据(S101，S102)。

判定部143根据第1状态的二维分布的回波数据检测出第1状态下的 软骨下骨911的回波数据(相当于本发明的“第1状态的软骨下骨回波信 号”)。判定部143根据第2状态的二维分布的回波数据检测出第2状态下 的软骨下骨911的回波数据(相当于本发明的“第2状态的软骨下骨回波 信号”)(S103)。

判定部143根据第1状态的软骨下骨回波数据与第2状态的软骨下骨 回波数据检测出软骨下骨回波数据的移动矢量(S104)。

判定部143基于移动矢量针对第1状态的二维分布的回波数据与第2 状态的二维分布的回波数据进行比较对象的样本数据的对位(S105)。

判定部143算出通过对位成为相同的比较对象样本位置的第1状态的 回波数据与第2状态的回波数据之间的相关系数。具体来讲，判定部143 设定包含比较对象样本位置且在深度方向上由规定宽度的区域构成的比较 对象区域。判定部143算出由比较对象区域内的第1状态的回波数据构成 的波形与由比较对象区域内的第2状态的回波数据构成的波形的相关系数 (S106)。

判定部143检测出相关系数高的比较对象样本位置所集合的区域与相 关系数低的比较对象样本位置所集合的区域，并检测出这2个区域的边界 (S107)。

如上述那样，软骨901的移动方式与软骨下骨911相同，软元素903 的移动方式与软骨下骨911不同。由此，在基于移动矢量的对位后，由与 软骨下骨911相同的移动方式构成的软组织901的回波数据的相关系数增 高。另一方面，在基于移动矢量的对位后，由与软骨下骨911不同的移动 方式构成的软组织901的回波数据的相关系数降低。因此，在步骤S107检 测到的边界面成为软组织903与软骨901的边界面。像这样，通过应用上 述的处理能够检测软组织903与软骨901的边界面。

另外，若检测到软骨901的表面(软组织903与软骨901的边界面)， 则未图示的软骨诊断用信息生成部基于软骨901的部分回波数据生成能够 用于软骨变性诊断的信息。具体来讲，软骨诊断用信息生成部在不同的多 个时期取得软骨表面附近的回波数据与软骨下骨的回波数据所成的组。软 骨诊断用信息生成部根据这些回波数据的组的组成在时期间的变化，检测 由软骨表面的变性引起的变化量等亦可。软骨诊断用信息生成部将该检测 结果作为能够用于软骨变性诊断的信息而输出。

接下来，参照附图来更加具体地说明用数据解析部14执行的软组织与 软骨的边界面的检测方法。另外，为了使说明简单，在第1状态[T1]与 第2状态[T2]之间的探测器100(各振子)的移动距离Δx设为与振子的 配置间隔一致来说明。

首先，作为第1状态[T1]，例如，将作为被检测体的膝盖以第1角度 弯曲的状态下，使探测器100抵接在膝盖的表面上。换言之，使探测器100 抵接在软组织903的表面上。这是图3(A)的状态。

配置在探测器100上的多个振子分别在与软组织903的表面平行的方 向(与收发波面平行的扫描方向)上按规定间隔被配置。多个振子向与扫 描方向垂直的方向发送超声波信号。若为图3的例子，在探测器100中五 个振子被沿着扫描方向等间隔地配置，如图3(A)所示那样，被配置在各 自位置的各振子向与软组织903的表面垂直的方向发送超声波信号。从该 各配置位置发送的超声波信号在软组织903、软骨901、软骨下骨911的各 深度位置反射，由各振子接收，在数据解析部14取样。在该第1状态[T1] 接收的回波数据SWT11、SWT12、SWT13、SWT14、SWT15的回波数据 群成为第1回波群SW[T1]。

接下来，使探测器100保持抵接在软组织903的状态下，在与软组织 903的表面平行的方向且与扫描方向平行的方向上将探测器100移动距离Δ x量。该状态为第2状态[T2]，亦为图3(B)的状态。

此时，软组织903追随探测器100的移动而移动。因此，探测器100 的收发波面与软组织903的扫描方向的各位置的相对的位置关系不随探测 器100的移动而产生变化。

另一方面，由于软骨901通过软骨下骨911固定在骨902上，即使有 探测器100的移动，软骨901也不移动。因此，探测器100的收发波面与 软骨901以及软组织911的扫描方向的各位置的相对的位置关系随着探测 器100的移动而变化。

成为第2状态后，如图3(B)所示那样，从探测器100的各振子向与 软组织903的表面垂直的方向(与收发波面(扫描方向)垂直的方向)发 送超声波信号。从该各配置位置发送的超声波信号在软组织903、软骨901、 软骨下骨911的各深度位置反射，由各振子接收，在数据解析部14取样。 在该第2状态[T2]接收的回波数据SWT21、SWT22、SWT23、SWT24、 SWT25的回波数据群成为第2回波群SW[T2]。

像这样，在探测器100移动之前，取得由多个回波数据SWT11、SWT12、 SWT13、SWT14、SWT15构成的第1回波群SW[T1]。然后，在探测器 100移动后，取得由多个回波数据SWT21、SWT22、SWT23、SWT24、SWT25 构成的第2回波群SW[T2]。

图5为表示在第1状态[T1]与第2状态[T2]下的各回波波形例的 图。另外，为了在图5中更易懂地表示本发明的特征，设探测器100移动 的距离(移动量)Δx与各振子的间隔、即扫描位置的间隔相等。此外，以 下说明在该条件下的软组织软骨边界面的检测。

(i)软骨901以及软骨下骨911即使探测器100移动，软骨901以 及软骨下骨911也不移动。因此，若探测器100移动距离Δx量，探测器 100的各振子的位置(各扫描位置)与软骨901以及软骨下骨911的各位置 的位置关系沿扫描方向偏离移动量Δx量。

此时，如图5的第1状态[T1]的各回波波形以及第2状态[T2]的 各回波波形所示那样，第1回波群SW[T1]的软骨901以及软骨下骨911 的区域的回波数据SWT11不与第2回波群SW[T2]的回波数据SWT21 的软骨901以及软骨下骨911的区域的波形一致，而是与第2回波群SW [T2]的回波数据SWT22的软骨901以及软骨下骨911的区域的波形大约 一致。

同样地，在回波数据SWT12的软骨901以及软骨下骨911的区域与在 回波数据SWT23的软骨901以及软骨下骨911的区域，波形大约一致。在 回波数据SWT13的软骨901以及软骨下骨911的区域与在回波数据SWT24 的软骨901以及软骨下骨911的区域，波形大约一致。在回波数据SWT14 的软骨901以及软骨下骨911的区域与在回波数据SWT25的软骨901以及 软骨下骨911的区域，波形大约一致。

因此，在软骨901以及软骨下骨911内，各扫描位置的回波数据在第1 状态[T1]与第2状态[T2]间移动量Δx，即在扫描位置按振子的配置间 隔偏离了一个间隔的状态下大约一致。即，在软骨901以及软骨下骨911 内，将探测器100作为基准的各回波数据的样本位置在第1状态[T1]与 第2状态[T2]下变化移动量Δx。像这样，软骨901与软骨下骨911成为 相同的移动方式。

(ii)软组织903如上所述，探测器100抵接在软组织903的表面上， 软组织903没有被固定在软骨901的表面上。因此，若探测器100移动移 动量Δx，则软组织903也追随探测器100的移动，移动移动量Δx。

此时，如图5的第1状态[T1]的各回波波形以及第2状态[T2]的 各回波波形所示那样，第1回波群SW[T1]的软组织903的区域的回波数 据SWT11与第2回波群SW[T2]的软组织903的区域的回波数据SWT21 的波形大约一致。

同样地，在回波数据SWT12的软组织903的区域与在回波数据SWT22 的软组织903的区域，波形大约一致。在回波数据SWT13的软组织903的 区域与在回波数据SWT23的软组织903的区域，波形大约一致。在回波数 据SWT14的软组织903的区域与在回波数据SWT24的软组织903的区域， 波形大约一致。在回波数据SWT15的软组织903的区域与在回波数据 SWT25的软组织903的区域，波形大约一致。

因此，在软组织903内，各扫描位置的回波数据在第1状态[T1]与 在第2状态[T2]下，沿着对应探测器100的扫描方向的位置大约一致。 即，在软组织903内，将探测器100作为基准的各回波数据的样本位置在 第1状态[T1]与在第2状态[T2]间不产生变化。由此，软组织903的 回波数据的移动方式与如上述的软骨901或软骨下骨911那样回波数据的 样本位置随探测器100的移动而产生变化的移动方式不同。

像这样，软骨下骨911以及软骨901中的特定位置(在第1状态[T1] 与在第2状态[T2]相同)处反射的回波数据的以探测器100作为基准的 样本位置在第1状态[T1]与在第2状态[T2]间沿扫描方向移动移动量 Δx量。

另一方面，软组织903中的特定位置(在第1状态[T1]与在第2状 态[T2]相同)处反射的回波数据的以探测器100作为基准的样本位置在 第1状态[T1]与在第2状态[T2]间不产生变化。

利用该特性，用本实施方式的软组织软骨边界面检测装置如上述的步 骤S104所示那样，检测软骨下骨911的回波数据的移动矢量。然后，如上 述的步骤S105所示那样，用该移动矢量进行第1状态[T1]的回波数据的 样本位置与第2状态[T2]的回波数据的样本位置的对位。换言之，决定 成为比较对象的第1状态[T1]的回波数据的样本位置与第2状态[T2] 的回波数据的样本位置的组合。

此时，首先，如上述的步骤S103所示那样，检测软骨下骨911的回波 数据。如图4所示那样，软骨下骨911的回波数据成为高回波电平(振幅)。 软骨901在软骨表面处回波电平虽然增高，但在该软骨表面与软骨下骨911 之间的区域，回波电平降低。

因此，首先，沿深度方向依次取得第1回波群SW[T1]的回波数据 SWT11－SWT15的回波电平。然后，在规定深度(根据软骨的厚度适当设 定)范围内，检测回波电平小于软骨下骨检测用阈值的情况，其后，检测 软骨下骨检测用阈值以上的回波电平。由此，能够将该样本位置以后作为 软骨下骨911的回波数据而检测。

接下来，取得第2状态[T2]的软骨下骨911的回波数据，并检测从 第1状态[T1]向第2状态[T2]的软骨下骨911的回波数据的移动矢量。 图6为用于说明涉及本实施方式的移动矢量的检测概念的波形图。另外， 波形本身与图5的波形图相同。

对在第1状态[T1]取得的软骨下骨911的回波数据群设定关注区域 Z_T1CS。此时，关注区域Z_T1CS以深度方向(时间方向)的长度来规定。具体 来讲，例如，如图6所示那样，针对由根据各回波数据SWT11－SWT15所 决定的扫描方向与深度方向构成的二维区域，将沿着1个回波数据的深度 方向(时间方向)的规定的范围设为关注区域Z_T1CS。接下来，提取包含在 该关注区域Z_T1CS内的回波数据。此为，换言之，相当于以关注区域Z_T1CS割取的回波数据群的波形。

接下来，对第2回波群SW[T2]的回波数据SWT21－SWT25设定搜 索区域Z_R1。搜索区域Z_R1以相对于探测器100将关注区域Z_T1CS的位置作 为基准且比关注区域Z_T1CS包含更大的范围的回波数据的方式决定。

具体来讲，根据在第2状态[T2]下将相对于探测器100与关注区域 Z_T1CS相同的位置作为深度方向以及扫描方向的中心、且在深度方向以及扫 描方向两者上扩大了规定范围后的区域来设定。例如，如图6所示那样， 在深度方向上，在回波信号SWT12的深度位置P1_CS设定了关注区域Z_T1CS的中心时，在第2状态[T2]的回波信号SWT22的深度位置P1_CS设定搜 索区域Z_R1的中心。然后，将比关注区域的深度方向的长度更长的范围设为 搜索区域Z_R1的深度方向的范围。另外，深度位置P1_CS只要是在搜索区域 Z_R1内，不是搜索区域Z_R1的中心亦可。

此外，在扫描方向上对回波数据SWT12设定了关注区域Z_T1CS时，按 扫描方向的中心成为回波数据SWT22且包含回波数据SWT21，SWT22， SWT23的方式设定搜索区域Z_R1的扫描方向的范围。

接下来，对在第2状态[T2]取得的软骨下骨911的回波数据群设定 下骨用比较对象区域Z_T2CS。此时，如图6所示那样，将下骨用比较对象区 域Z_T2CS设为选择1个回波信号并在其深度方向上规定长度的区域。下骨用 比较对象区域Z_T2CS的深度方向的长度被设定为与关注区域Z_T1CS的深度方 向的长度一致。

下骨用比较对象区域Z_T2CS在如上所述设定了的搜索区域Z_R1的整个区 域内被设定。按每个像这样被设定的下骨用比较对象区域Z_T2CS取得回波数 据。

接下来，对关注区域Z_T1CS的回波数据与下骨用比较对象区域ZT2CS 的回波数据进行相关处理，并算出相关系数。

一边依次变更下骨用比较对象区域Z_T2CS的位置，一边在搜索区域Z_R1的整个区域进行关注区域Z_T1CS的回波数据与下骨用比较对象区域Z_T2CS的 回波数据的相关系数的算出。

面向搜索区域Z_R1的整个区域，执行像这样的针对一个关注区域Z_T1CS的相关系数的算出。

接下来，按每个关注区域Z_T1CS检测相关系数为最大值的下骨用比较对 象区域Z_T2CS。这相当于软骨下骨911区域中最相似的区域，并成为第2状 态[T2]下的软骨下骨911的回波数据。像这样根据回波信号的相似度检 测第2状态[T2]下的软骨下骨911的回波数据。

接下来，检测从第1状态[T1]向第2状态[T2]的软骨下骨911的 回波数据的移动矢量(移动方向，移动量)。

在这里，所谓移动矢量能够如下那样定义。图7为表示涉及本实施方 式的移动矢量的定义的图。另外，在图7中表示利用关注区域与下骨用比 较对象区域的情况。移动矢量v_m由被判断为相互间最类似的关注区域的代 表点与下骨用比较对象区域的代表点的位置来定义。移动矢量v_m为将关注 区域的代表点作为起始点，将下骨用比较对象区域的代表点作为终点的矢 量，根据移动方向与移动量定义。

具体来讲，例如，在图7的例子中，关注区域的代表点在回波信号 SWT11上即扫描方向位置P1上，存在于规定的深度位置。此外，下骨用比 较对象区域的代表点在回波信号SWT22上即扫描方向位置P2上，存在于 规定的深度位置。关注区域的代表点的深度位置与下骨用比较对象区域的 代表点的深度位置相同。

此时，移动矢量v_m成为设扫描方向为移动方向且扫描位置P1，P2的 间隔Δx为移动量的矢量。

像这样的移动矢量的算出既可以用软骨下骨911的全部的回波数据进 行，也可以用代表的1个或多个回波数据进行。用全部的回波数据或多个 回波数据进行的情况下，将分别算出的移动矢量的平均值作为软骨下骨911 的移动矢量即可。

像这样算出移动矢量时，软骨901以及软组织903的各回波数据的移 动矢量为图8所示的分布。图8为表示涉及本实施方式的移动矢量的分布 状态的图。如图8所示那样，若软骨下骨911区域的回波数据的移动矢量 v_m为Δx，则软骨901区域的回波数据的移动矢量v_m也为Δx。但是，软组 织903的回波数据的移动矢量vm为0，与软骨下骨911以及软骨901的移 动矢量不同。

利用此特性，用接下来所示的方法检测出各回波数据是属于软骨901 还是属于软组织903。图9为用于说明检测回波数据是属于软骨901还是属 于软组织903的方法(第1方法)的波形图。

对在第1状态[T1]取得的回波数据群设定第1比较对象区域Z_T1n(n 为由沿深度方向的样本位置数决定的整数)。此时，第1比较对象区域Z_T1n以深度方向(时间方向)的长度来规定。作为具体的例子，例如，如图9 所示那样，对由根据各回波数据SWT11－SWT15决定的扫描方向与深度方 向构成的二维区域，将沿1个回波数据的深度方向(时间方向)的规定的 范围设定为第1比较对象区域Z_T11。接下来，提取包含在该第1比较对象区 域Z_T11内的回波数据。此为，换言之，相当于以第1比较对象区域Z_T11割 取的回波数据群的波形。另外，既可以除去软骨下骨911的区域来设定第1 比较对象区域Z_T11，也可以除去软骨901中的临近软骨下骨911的低回波电 平的区域来设定。

接下来，对在第2状态[T2]取得的回波数据群设定第2比较对象区 域Z_T2n(n为由沿深度方向的样本位置数决定的整数)。此时，第2比较对 象区域Z_T2n被设定在使第1比较对象区域Z_T1n按移动矢量移动后的位置上。

更加具体地来讲，由与在第1状态[T1]下得到第1比较对象区域Z_T1n的回波数据的振子相同的振子，检测在第2状态[T2]下与第1比较对象 区域Z_T1n相同的深度区域。然后，将使该区域按移动矢量移动而得到的在 第2状态[T2]下的深度区域设定为第2比较对象区域Z_T2n。即，设为比 较对象的第1状态[T1]的回波数据的样本位置与第2状态[T2]的回波 数据的样本位置根据移动矢量进行对位。

作为具体的例子，得到仅在如上所述的扫描方向上移动的移动矢量Δx 时，如图9所示那样，若第1比较对象区域Z_T11被设定在第1状态[T1] 的回波数据SWT12的规定深度位置P11，则将第2比较对象区域Z_T21设定 在从由相同振子在第2状态[T2]下得到的回波数据SWT22移动移动矢量 Δx量后的回波数据SWT23的规定深度位置P21。

同样地，如图9所示那样，若第1比较对象区域Z_T12被设定第1状态 [T1]的回波数据SWT12的规定深度位置P12上，则第2比较对象区域 Z_T22被设定在从由相同振子在第2状态[T2]下得到的回波数据SWT22移 动移动矢量Δx量后的回波数据SWT23的规定深度位置P22上。

接下来，算出第1比较对象区域Z_T1n的回波数据与第2比较对象区域 Z_T2n的回波数据的相关系数。

在这里，如上所述，软骨901按与软骨下骨911相同的移动矢量移动， 且移动方式相同。因此，根据移动矢量进行对位后的第1比较对象区域Z_T1n的回波数据与第2比较对象区域Z_T2n的回波数据的相关系数大约为1。即， 相关系数增高。

另一方面，由于软组织903没有进行与软骨901以及软骨下骨911相 同的移动，所以移动方式不同。因此，根据移动矢量进行对位后的第1比 较对象区域Z_T1n的回波数据与第2比较对象区域Z_T2n的回波数据的相关系 数接近于0。即，相关系数降低。

例如，如图9所示那样，在软骨901内设定的第1比较对象区域Z_T12的回波数据与第2比较对象区域Z_T22的回波数据为相同的波形，相关系数 增高。另一方面，在软组织903内设定的第1比较对象区域Z_T11的回波数 据与第2比较对象区域Z_T21的回波数据为不同的波形，相关系数降低。

像这样，能够判断为相关系数高的比较对象区域的回波数据为软骨901 内的回波数据，相关系数低的比较对象区域的回波数据为软组织903内的 回波数据。

因此，通过对软骨下骨911的区域以外的各回波数据算出像这样的第1 比较对象区域Z_T11的回波数据与第2比较对象区域Z_T21的相关系数，能够 检测出各回波数据是软组织903内还是软骨901内。然后，通过检测被判 断为软组织903内的回波数据群与被判断为软骨901内的回波数据群的边 界，能够检测软组织903与软骨901的边界面。

如以上所述，通过应用本实施方式的结构以及处理，能够以无创的方 式准确地检测软组织与软骨的边界面。另外，作为无创的方法，将全部的 回波数据设定为关注区域，搜索并检测与各自的关注区域间相关系数高的 比较对象区域，也能够由关注区域与比较对象区域的移动方式检测软组织 与软骨的边界面。但是，通过应用本实施方式的结构以及处理，由于没有 必要进行对全部区域的搜索处理，因此能够更加高速地检测软组织与软骨 的边界面。

另外，在上述的说明中，表示了用移动矢量使在第2状态[T2]下取 得的回波数据的样本位置移动，进而设定比较对象区域的例子，但基于移 动矢量使在第1状态[T1]下取得的回波数据的样本位置移动进而设定比 较对象区域亦可。

图10为用于说明检测回波数据是属于软骨901还是属于软组织903的 方法(第2方法)的波形图。在第2方法中，将在第2状态[T2]下取得 的回波数据作为基准。

对在第2状态[T2]下取得的回波数据群设定第2比较对象区域Z_T2n(n为由沿深度方向的样本位置数决定的整数)。作为具体的例子，例如， 如图10所示那样，对由根据各回波数据SWT21－SWT25决定的扫描方向 和深度方向构成的二维区域，将沿1个回波数据的深度方向(时间方向) 的规定的范围设定为第2比较对象区域Z_T21。接下来，提取包含在该第2 比较对象区域Z_T21内的回波数据。此为，换言之，相当于以第2比较对象 区域Z_T21割取的回波数据群的波形。

接下来，对在第1状态[T1]下取得的回波数据群设定第1比较对象 区域Z_T1n(n为由沿深度方向的样本位置数决定的整数)。此时，第1比较 对象区域Z_T1n被设定在基于移动矢量使第2比较对象区域Z_T2n在与移动矢 量相反的方向上且根据移动矢量的大小移动后的位置。

更加具体地来讲，由与在第2状态[T2]下得到第1比较对象区域Z_T2n的回波数据的振子相同的振子，检测在第1状态[T1]下与第2比较对象 区域Z_T2n相同的深度区域。然后，将基于移动矢量使该区域移动得到的在 第1状态[T1]下的深度区域设定为第1比较对象区域Z_T1n。即，相对于 设为比较对象的第2状态[T2]的回波数据的样本位置，基于移动矢量对 第1状态[T1]的回波数据的样本位置进行对位。

作为具体的例子，得到仅在如上所述的扫描方向上移动的移动矢量Δx 时，如图10所示那样，若第2比较对象区域Z_T21被设定在第2状态[T2] 的回波数据SWT22的规定深度位置P21，则将第1比较对象区域Z_T11设定 在从由相同振子在第1状态[T1]下得到的回波数据SWT12按移动矢量Δ x量在相反方向上移动后的回波数据SWT11的规定深度位置P11。

同样地，如图10所示那样，若第2比较对象区域Z_T22被设定第2状态 [T2]的回波数据SWT22的规定深度位置P22上，则将第1比较对象区域 Z_T12设定在从由相同振子在第1状态[T1]下得到的回波数据SWT12按移 动矢量Δx量在相反方向上移动后的回波数据SWT11的规定深度位置P12 上。

接下来，算出第2比较对象区域Z_T2n的回波数据与第1比较对象区域 Z_T1n的回波数据的相关系数。

即使进行像这样的处理，也能够以无创的方式准确地检测软组织与软 骨的边界面。

此外，在上述的说明中，表示了由第1比较对象区域Z_T1n的回波数据 与第2比较对象区域_T1n的回波数据的相关系数判别软组织以及软骨的例 子。但是，用其他的方法检测第1状态[T1]的各距离扫掠的回波信号的 波形与第2状态[T2]的各距离扫掠的回波信号的波形的类似度，由该类 似度判别软组织以及软骨亦可。

作为具体的一个例子，有应用范数的方法。范数Norm能够根据接下来 表示的公式定义。

[数学式1]

$Norm={\left\{\underset{i1}{\overset{k}{\Sigma }}\right|Ddzt1\left(i\right)-Ddzt2\left(i\right){|}^m\}}^{\frac{1}{m}}$

在这里，Ddzt1(i)为第1比较对象区域Z_T1n的深度方向位置i的点的 回波数据值。Ddzt2(i)为第2比较对象区域Z_T2n的深度方向位置i的点的 回波数据值。k相当于第1比较对象区域Z_T1n以及第2比较对象区域Z_T2n的分辨率，表示包含在第1比较对象区域Z_T1n以及第2比较对象区域Z_T2n的回波数据的总数。m为适当设定的常数。

像这样，范数Norm为将第1比较对象区域Z_T1n与第2比较对象区域 Z_T2n的相同位置的回波数据的差量的绝对值取n次方，并将该n次方值在区 域整体中相加后开n次方而得到的值。因此，第1比较对象区域Z_T1n与第2 比较对象区域Z_T2n的类似度越高则范数Norm越小，类似度越低则范数Norm 越大。

由此，范数小的第1比较对象区域Z_T1n与第2比较对象区域Z_T2n相当 于相关系数高的情况，能够判断为在软骨901内。并且，范数大的第1比 较对象区域Z_T1n与第2比较对象区域Z_T2n相当于相关系数低的情况，能够 判断为在软组织903内。

像这样应用范数的方法也可以利用到检测软骨下骨911的移动矢量的 情况中。具体来讲，对关注区域Z_T1CS检测范数Norm最小的下骨用比较对 象区域Z_T2CS。然后，通过算出将范数Norm最小的组合的关注区域Z_T1CS的代表位置作为起点且下骨用比较对象区域Z_T2CS的代表位置作为终点的矢 量，能够检测移动矢量。

另外，在上述的说明中，表示了由多个功能块实现用于软骨表面检测 的各处理的例子。但是，也可以事先将上述的软骨表面检测处理作为程序 存储，并用计算机读取该程序并执行。

此外，在上述的说明中，表示了在作为被检测体的膝盖的软组织903 的表面上抵接探测器100，使该探测器100在扫描方向上移动的例子。但是， 通过固定探测器100，用夹具等使膝盖弯曲来使探测器100与软组织903、 软骨901以及软骨下骨911的相对位置关系发生变化亦可。

此外，上述说明的探测器为将振子仅沿着扫描方向的一个方向排列设 置的探测器。但是，按在扫描方向和与扫描方向以及深度方向垂直的方向 的二维区域中以规定间隔配置振子的方式亦可。

此外，也可以是设置一个振子且使该振子在扫描方向上移动的结构。 图11为表示根据使振子移动的机械式扫描(mechanic scan)的检测结构的 图。

机械式扫描型的探测器100A具备具有振子的波收发器。波收发器以能 偶沿着扫描轴移动的方式设置。波收发器沿着扫描轴移动。波收发器的振 子向与扫描方向垂直的方向发送超声波信号。一边使该波收发器在扫描方 向上移动，一边停在多个扫描位置并发送超声波信号，通过接收其回波信 号，能够得到与具有多个振子的探测器100相同的回波信号。

另外，在上述的说明中，表示了软骨901以及软骨下骨911相对于探 测器100的各样本位置仅在扫描方向上移动的情况，对在扫描方向与深度 方向两者上移动的情况，也能够适用上述那样的结构以及处理。

此外，在第1状态[T1]下的软骨下骨的检测方法不限于如上述那样 从深度浅侧开始依次将回波电平与阈值比较的方法，也可以应用从深度深 侧开始依次将回波电平与阈值比较的方法。具体来讲，由于比软骨下骨更 靠内侧的骨内部的回波的衰减量更大，回波电平大约为0。因此，将阈值设 定为比0稍大的规定值。然后，从深度深侧、即骨内部侧开始将回波电平 与阈值比较，将回波电平为该阈值以上的位置的回波数据作为软骨下骨的 回波数据而取得。

此外，在上述的说明中，表示了作为第2状态[T2]下的软骨下骨的 检测方法应用了与第1状态[T1]的回波信号的类似度的例子，但第2状 态[T2]的软骨下骨回波信号也可以与第1状态[T1]的软骨下骨回波信 号的检测同样地进行与阈值的比较。

标记说明：

10：软组织软骨边界面检测装置，11：操作部，12：发送控制部，13： 回波信号接收部，14：数据解析部，100，100A：探测器，141：AD变换 部，142：存储部，143：判定部，901：软骨，902：骨，903：软组织，911： 软骨下骨。