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	３D画像表示のための肋間認識と肋間走査

	1.研究背景 2.肋間認識 3.肋間誘導 4.評価試験 5.謝辞・リンク	研究業績高西研ホーム

1.研究背景

はじめに

　現在，我が国の医療分野における問題として，超高齢社会の到来や医師の局在化による無医村の存在などが挙げられる．また，画像診断の中で超音波検査は，低侵襲，装置が小型で安価，リアルタイム画像が得られるなどの利点がある一方で，専門的な知識や経験が必要で，検査者によって得られる画像にばらつきがでるという問題がある．
　これらに対する解決策として，本研究では医師のタスクの一部または全部を代行する自律的な超音波診断ロボットシステムを提案する．これにより無医村問題への解決手段となるのみならず，検査者によらない再現性の良い検査が期待できる．

本研究の目的

　本研究では一般的な超音波検査の対象である腹部領域を対象としてロボットが能動的に診断画像を取得するシステムの構築を目的とする．対象臓器は体表に近く比較的観察が容易な肝臓に限定し，6 自由度産業用ロボットを使用し，超音波プローブで患者を全自動で走査して肝臓を完全に見落としなくスキャンし，画像を得る制御系を目標とする．今回新たに，超音波画像上から肋骨位置を認識し，肋間走査の初期位置へプローブを誘導するシステムを構築した．

2.肋間認識

肝臓超音波診断

　　肝臓超音波診断におけるプローブ走査は大きく縦走査（プローブを体幹に平行に当てる），横走査（プローブを体幹に垂直に当てる）に分けられ，縦走査については正中縦走査（みぞおち周辺域），右肋間走査（肋骨の間から見える領域），横走査については正中横走査（みぞおち周辺域），右肋骨弓下走査（肋骨弓に添わせる）に分かれる．この内，右肋間走査を対象とし，肋骨・肋間の認識を行った．鮮明な画像を得るために臨床では呼吸を患者に指示することがあるが，本研究では人が都度指示することとした．

肝臓走査手技

認識アルゴリズム

肋間を認識するアルゴリズムの概要を以下に示す．
　(1) 画像取得・ROIの切り抜き
　(2) 超音波画像の長方形変換
　(3) 画像の輝度値のグラフ化
　(4) 画像の信頼性評価．信頼性が不十分であれば
　　　1フレーム前の推定位置を保持．
　　　信頼性が十分であれば，
　(5) 取得した画像から肋間位置を推定(図3)．
　　

認識アルゴリズム

3.肋間誘導

肋間誘導アルゴリズム

誘導アルゴリズムのフローチャートを以下に示した．肋間走査のためにはプローブを肋間に入れ込む必要がある．
その為に，肋間位置をプローブの中央に位置させ，さらに，プローブと肋骨のなす角度θp-bを算出し，その角度だけ
プローブを回転させることにより肋間へと誘導した．
　走査としてはまず，x軸方向にプローブ走査を行い対象領域の画像を取得し，取得された画像に対して，
2で説明した，肋間位置推定を行う．次に，画面の中央に肋間が位置するようにプローブを位置Pcへ誘導する．
そこから，ｙ軸方向にプローブを走査し，画像を取得する．取得された画像に対して再度，肋間位置推定を行う．
推定された肋間位置の移動距離からプローブと肋間の角度θp-bを算出した．その後，プローブの位置をPcへ戻し，
算出したθp-bだけプローブを回転させる．
以上の走査によりプローブを肋間へと誘導した．

肋間誘導アルゴリズムと各種位置関係

4.評価試験

構築した肋間認識アルゴリズムおよび肋間誘導アルゴリズムを統合し， 2名の健常男性に対して評価試験を行った．
評価は超音波検査士4 名により以下の項目について行った．

（1）肋間認識アルゴリズム評価

超音波診断装置から取り込んだオリジナル画像と肋間認識
アルゴリズムによって推定した肋骨位置を評価者に示し，
その位置が肋間であれば適切，その位置が肋間でなければ
不適切，肋間かどうか判別不能の場合は不明とした．
その結果，被験者間での大きな差は見られず画像の90％が
適切と判断された．また，不適切や不明と判断された超音
波画像については，肋間から見えている像が肝臓でないこ
とが指摘された

肋間認識アルゴリズム評価結果

（2）肋間誘導アルゴリズム試験

アルゴリズムの各段階の正常動作の確認，および誘導完了時点の超音波画像が診断可能なものか否か評価した．

その結果，4名の技師全員から肋間へ誘導されたと評価された．肋間走査の初期位置として画像も十分に診断可能なものであり，位置も適切であったと評価された．

5.謝辞・リンク

　共同研究者である東京女子医科大学の斉藤明子先生，姫路獨協大学の菅原基晃先生，東京都市大学の仁木清美先生，日立アロカメディカル株式会社の皆様に感謝いたします．
　また，3DCADソフトウェアをご提供して頂いたソリッドワークス・ジャパン(株)に感謝いたします．
　本研究は早稲田大学の人を対象とする研究等倫理審査委員会の許可を得て実験を行っています．