JP2005152192A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置において、組織の歪み（ストレイン）などの情報のビーム直交成分を求める。
【解決手段】互いに微小角度Δθ異なる２つのビームが設定され、一方のビーム上に第１サンプル点Ｓ_k,r、他方のビーム上に第２サンプル点Ｓ_k+1,rが設定される。各サンプル点ごとに、エコートラッキング法又は組織ドプラ法を用いて組織変位が演算され、それらの差分から、ストレインのビーム直交成分が演算される。また、第１サンプル点の組織変位と、それと同じビーム上に設定された第３サンプル点の組織変位とから、ストレインのビーム方向成分も演算される。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、組織の局所歪みに関する情報の計測に関する。

心筋梗塞などの心臓疾患を診断するために、超音波の送受波を利用して、組織（心筋）の局所的な歪み（ストレイン）あるいは歪み速度（ストレインレート）などを計測する技術が提案されている。そのための１つの手法として、超音波ドプラ法に従って心筋の運動情報を得る組織ドプライメージング（ＴＤＩ）法を応用した手法がある。すなわち、このＴＤＩ法に基づく手法によれば、各位置における組織の運動速度情報が得られ、それを用いて、例えば以下の演算を行うことにより、ストレインあるいはストレインレートが求められている。

歪みεは単位長さあたりの変位として次式で定義される。ここで、ｒは距離（超音波の伝播方向における観測点の深さ）であり、ξはその距離方向の変位である。

上記の歪みεの時間的変化、すなわち、歪み速度であるストレインレートは、次のように距離方向の変位速度ｕの空間勾配に等しい。下記特許文献１（特公平５−４３３８１号公報）には空間勾配を演算する構成が示されている。

上記の関係から、上記のＴＤＩ法で求めた組織速度について、その空間勾配を求めれば、結果として歪み速度を得ることができる。そして、その歪み速度を時間的に積分すれば、歪み（ストレイン）を求めることができる。

このようなストレインやストレインレートは、ある点についての時間的変化として波形表示され、あるいは走査面上における各点について表現されて二次元イメージとして表示される（ストレインイメージング（ＳＩ）法、ストレインレートイメージング（ＳＲＩ）法）。

なお、上記のような演算方法では、ストレインやストレインレートを求めるのに当たり、局所速度等の差分演算が行われるので、心臓全体の並進運動や周辺の心筋運動による影響の一部又は全部がキャンセルされる。

下記の特許文献２（特開平９−３１３４８６号公報）には、微小距離離れた２点について、変位運動波形と速度波形とを計測し、その２点間で、変位運動波形の差と速度波形の差とを求めることにより、厚み及び厚み変化の速度を求める技術が開示されている。そのために、各点のトラッキングがなされている。下記の特許文献３（特開２００３−７９６２７号公報）には超音波画像上で心筋を探索し、それをトラッキングする技術が開示されている。下記の特許文献４（特開２００２−１７７２４号公報）には、エコートラッキング技術が開示されている。その技術は、関心領域（ＲＯＩ）を心筋の動きに連動させて移動させるためのものである。下記の特許文献５には、互いに微小角度をもって交差する２つのビーム上で血流の速度成分を求め、それらの速度からビームに直交する方向の速度成分を演算する技術が開示されている。下記の非特許文献１には、上記ＴＤＩについて記載され、下記の非特許文献２にはストレイン速度のイメージング法が記載されている。

しかしながら、上記の各文献には、組織歪みに関する情報についてのビーム直交成分を求めること、及び、そのためにＲＦトラッキング技術を利用すること、については記載されていない。

特公平５−４３３８１号公報 特開平９−３１３４８６号公報 特開２００３−７９６２７号公報 特開２００２−１７７２４号公報 特開昭６２−１５２４３６号公報 W.N.McDicken et al.,Color Doppler velocity imaging of the myocardiaum,Ultrasound Med Biol,vol.18,pp.651-654,1992. A.Heimdal et al.,Real-time strain velocity Imaging(SVI), Proceedings of IEEE ultrasonics sympoiusm,1423-1426,1997.

従来においては、ストレイン及びストレインレートについてのビーム方向成分しか求められていない。しかしながら、組織の局所歪み方向は多様である。よって、より正確に組織歪みに関する情報を演算することが求められる。また、その情報をより精度良く演算することが求められる。

本発明の目的は、組織の局所歪みに関する情報をより正確に求められるようにすることにある。

本発明の他の目的は、組織の局所歪みに関する情報のビーム直交成分を演算できるようにすることにある。

（１）本発明は、第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、前記各超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、第１ビーム方位と第２ビーム方位の交差関係を基礎として、第１サンプル点及び第２サンプル点の組織変位から、組織歪みに関する情報（ストレイン、ストレインレートあるいはそれらに相当する情報）のビーム直交成分が求められる。よって、従来装置では提供できない組織診断に有益な情報を提供できる。勿論、ビーム直交成分をそのまま出力してもよいし、それとビーム方向成分とを組み合わせて二次元ベクトル情報として提供してもよい。隣接する２つのビーム上において、第１サンプル点と第２サンプル点とが同じ深さに設定されるのが望ましい。なお、より多くのサンプル点を設定し、各サンプル点の組織速度や組織変位を計測し、その情報を利用するようにしてもよい。また、複数のサンプル点について、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を同時的に演算するようにしてもよい。

望ましくは、前記ビーム直交成分演算手段は、前記基準サンプル点の組織変位及び前記直交サンプル点の組織変位の差分を演算する手段と、前記基準サンプル点の組織変位及び前記直交サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算する手段と、を含む。なお、ビーム直交成分演算手段をテーブルとして構成し、そのテーブル上に、各組織変位、ビーム交叉角度及びサンプル点深さの組み合わせに対応したビーム直交成分を格納しておくようにしてもよい。

望ましくは、前記サンプル点設定手段は、更に、前記第１ビーム方位上に第３サンプル点を設定し、前記変位演算手段は、更に、前記第１超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第３サンプル点の組織変位を演算し、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算するビーム方向成分演算手段が設けられる。

望ましくは、前記ビーム方向成分演算手段は、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分を演算する手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算する手段と、を含む。このビーム方向成分演算手段についてもテーブルとして構成することが可能である。

（２）また、本発明は、第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、前記第１超音波ビームに対応した受信信号における前記第１サンプル点に対応したポイントに対してトラッキングを行って前記第１サンプル点の組織変位を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号における前記第３サンプル点に対応したポイントに対してトラッキングを行って前記第３サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、信号トラッキングの手法を用いて組織変位を計測し、その上で、直交成分を演算することができる。望ましくは、ＲＦ信号に対するトラッキング（つまり、受信信号の位相レベルでのトラッキング）が実施され、これによれば、組織の微小変位を高精度に計測した上で、その計測結果から組織歪みに関する情報を演算することができる。サンプル点についてトラッキングが行われるので、サンプル点が設定された組織が移動してもそれに伴ってサンプル点も移動することになるので、組織歪みに関する情報を正確に求めることができ、信頼性の高い結果を得られる。

（３）また本発明は、第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、前記第１超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第１サンプル点の組織速度を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第２サンプル点の組織速度を演算する速度演算手段と、前記第１サンプル点の組織速度に基づいて当該第１サンプル点の組織変位を演算し、前記第２サンプル点の組織速度に基づいて当該第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、組織ドプラ法を用いて各サンプル点ごとに組織速度が演算され、それに基づいて各サンプル点ごとに組織変位が求められ、その上で、ビーム直交成分が演算される。望ましくは、前記変位演算手段は組織速度の時間積分を行って組織変位を演算する手段である。

（４）また本発明は、第１ビーム方位上に互いに隔てて第１サンプル点及び第３サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位と異なる第２ビーム方位上における前記第１サンプル点と同一深さに第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、前記各超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第１サンプル点の組織変位、前記第３サンプル点の組織変位、及び、前記第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算するビーム方向成分演算手段と、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、を含むことを特徴とする。

望ましくは、前記第１サンプル点の組織変位、前記第３サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織変位の二次元ベクトルを演算する手段を含む。

（５）また本発明は、第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、前記第１超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第１サンプル点の組織速度を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第２サンプル点の組織速度を演算する速度演算手段と、前記第１サンプル点の組織速度と前記第２サンプル点の組織速度の差分から、ストレインレートのビーム直交成分を演算する手段と、前記ストレインレートのビーム直交成分の時間積分により、ストレインのビーム直交成分を演算する手段と、を含むことを特徴とする。

上記のように、第１サンプル点の組織速度と第２サンプル点の組織速度の差（速度勾配）を、第１ビーム方位と第２ビーム方位の角度差の二乗及びそれらサンプル点の深さで割ることによって、ストレインレートのビーム直交成分が演算され、その時間積分によってストレインのビーム直交成分が演算される。

以上説明したように、本発明によれば、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を求めることができるので、組織診断に有益な情報を提供できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

第１実施形態においては、それ自体公知のエコートラッキング技術を用いて心筋組織の微小変位が計測される。この手法を用いれば、ＲＦ信号（検波前の受信信号）をトラッキング対象として、例えば１０μｍ程度の分解能で組織変位を計測することができるので、ＴＤＩ法を基礎とする手法に比べて、一般に、１桁あるいは２桁程度もストレイン及びストレインレートの計測精度を上げることができる。なお、既に説明したように、エコートラッキングによれば、サンプル点の移動（組織移動）に追従して変位を計測できるので、従来のように空間の固定位置にサンプル点を設定して計測を行う場合に比べて理論に忠実である。

具体的に説明すると、例えば、図１に示すように心臓の心尖部からの長軸断層画像（Ｂモード画像）１０上で、例えば心筋１２におけるあるビーム方位上の任意の２点にトラッキング用のサンプル点Ｓ１，Ｓ２が設定される。ここで、サンプル点Ｓ１の深さをｒとし、サンプル点間の距離をΔｒとすれば、サンプル点Ｓ２の深さはｒ＋Δｒで表される。これにより、そのビーム方位に対して一定の繰り返しシーケンスに従って超音波ビームが繰り返し形成され、それに伴って、２つのサンプル点Ｓ１，Ｓ２に対して個別的に受信信号（ＲＦ信号）のトラッキングが遂行され（通常、信号波形上におけるゼロクロス点がトラッキングポイントとなる）、それにより各サンプル点ごとに変位の時間変化がリアルタイムで求められる。２つのサンプル点Ｓ１，Ｓ２についての組織変位の差分を基準距離で規格化すると、２点間の組織歪み（ビーム方向成分）を時間軸上に表した波形を得ることができる。図示された２つのサンプル点は、後に説明するビーム直交成分の演算に際しては、一方が「第１サンプル点（基準となるサンプル点）」、他方が「第３サンプル点（同一ビーム上に並ぶ他のサンプル点）」として定義され、また、隣接する別の超音波ビーム上には「第２サンプル点（同一深さの直交サンプル点）」が設定される。

なお、図２には心臓の短軸断面が模式的に示されているが、同図に示すように、複数の超音波ビーム上にそれぞれ複数のサンプル点Ｓ１〜Ｓ８を設定し、隣接するサンプル点ペアごとにストレイン等を同時に計測するようにしてもよい。

上記を更に数式を用いて説明する。サンプル点Ｓ１の変位（組織変位のビーム方向成分）をξ₁（ｔ）とし、サンプル点２の変位（同じく組織変位のビーム方向成分）をξ₂（ｔ）とする。各組織変位は、各サンプル点を受信信号上でトラッキングすることによって求められる。２つのサンプル点は上記のようにＢモード画像を参照しながらマニュアルで設定してもよいし、あるいは、１点のみをマニュアルで指定して、もう１点を既に設定された１点の位置から自動的に求めるようにしてもよい。例えば、先に設定されたサンプル点から所定間隔隔てられた位置として、もう１点のサンプル点を自動的に設定してもよい。その場合、所定間隔は、例えば０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、・・・といった所定値であってもよい。

次に、２つのサンプル点Ｓ１，Ｓ２についての組織変位ξ₁， ξ₂の差分をとれば、２点間の相対変位Δξ（ｔ）が得られる。

上記（３）式からわかるように、２点間の変位の差分によって組織全体の並進運動成分は除去され、２点間の相対変位Δξ（ｔ）のみが演算される。

この相対変位Δξ（ｔ）をある基準距離ｒ₀で割って、つまり規格化すると、組織の歪み（ストレイン）ε_r（ｔ）が得られる。

ここで、基準距離ｒ₀としては、上記Δｒが用いられる。但し、基準距離ｒ₀は、一心拍間の相対変位の平均値、最大値、最小値、などであってもよく、それらを一心拍ごとに更新してもよい。あるいは、呼吸などによる影響を除くために、複数心拍分の平均値等を用いるようにしてもよい。歪み速度（ストレインレート）は、上記の歪みを時間微分することによって得られる。なお、上記の２つのサンプル点を例えば心臓壁の両面上に設定すれば、心臓壁の厚さの時間変化を得ることもできる。もちろん、上記の基準距離は、ある一定値であってもよいし、また例えば心臓の断層画像その他を用いてユーザー計測されたあるいは自動計測された距離であってもよい。なお、後述の直交成分の演算では、基準距離として、上記Δｒに相当するｒΔθ（つまりｒsinΔθ）が用いられている。

次に、直交成分の演算について説明する。上記によって求められるストレインは、正確には、ストレインのビーム方向成分である。実際のストレインは二次元ベクトル（あるいは三次元ベクトル）として存在する。そこで、以下のような演算を用いてストレインの直交成分を求める。

図３には走査面１４が示されている。ここでは、ｋ番目の超音波ビーム（ビーム方位）と、それと微小角度異なるｋ＋１番目の超音波ビーム（ビーム方位）とが示されている。ｋ番目の超音波ビームには、深さｒに第１サンプル点Ｓ_k,rが設定されており、ｋ＋１番目の超音波ビーム上には、同じ深さｒに第２サンプル点Ｓ_k+1,rが設定されている。なお、ｋ番目の超音波ビーム上には、ビーム方向成分を求めるために、更に第３サンプル点Ｓ_k,r+Δ_rも設定されるが、図示省略されている。

ｋ番目の超音波ビーム上の基準サンプル点についての二次元の組織変位ベクトルＤは、一般に、ビーム方向（距離方向）成分ξと、これに垂直な方向の成分（直交成分）ηと、に分けられる。ここで、ｅ_rとｅ_tはそれぞれの方向の単位ベクトルを表す。なお、ここではビーム方向を示す添字を省略する。

ｋ番目のビームとｋ＋１番目のビームとのなす角度をΔθとし、各ビームが組織変位ベクトルＤと交差する角度をそれぞれθ_k及びθ_k+1とすると、両者には以下のような関係がある。

角度が微小に相違するｋ番目のビームとｋ＋１番目のビームとの間では、同一深さ点では、変位ベクトルＤが変化しないものと仮定できるので、変位のビーム方向成分ξ_k，ξ_k+1は次式で表される。但し、Ｄは変位ベクトルの大きさ（絶対値）である。

両者の差分をΔξ_kとすると、Δθが１に比較して十分に小さいことから、以下が成り立つ。

よって、変位の直交方向成分η_kは次式で与えられる。

したがって、距離ｒにおける歪み（ストレイン）の直交成分ε_tは次のように計算される。ここで、ｒΔθは、第１サンプル点と第２サンプル点との間の距離（近似値）である。

必要に応じて、上記の直交成分ε_tを更に時間微分すれば、ストレインレートの直交成分が求められる。なお、上記原理を三次元に拡張することも可能である。

以上のように、微小角度Δθ異なる複数のビーム上に同一深さｒで複数のサンプル点を設定し、それらのサンプル点について組織変位（正確には組織変位のビーム方向成分）を計測すれば、それらの差分、パラメータΔθ、ｒを用いて、ビーム直交成分を求めることができる。

図４には、第１実施形態に係る超音波診断装置の構成が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

プローブ２０は、図４に示す例において体表面上に当接して用いられ、超音波を送受波する送受波器として機能する。プローブ２０は、例えば複数の振動素子からなる１Ｄアレイ振動子を有している。このアレイ振動子によって超音波ビーム２４が形成され、この超音波ビームを電子的に走査することにより、走査面１４を構成することができる。図４においては電子セクタ走査が示されているが、もちろん他の電子走査方式が適用されてもよい。なお、プローブ２０がいわゆる２Ｄアレイ振動子を有し、三次元データの取込みが行われてもよい。

送信部２６は、送信ビームフォーマーとして構成され、複数の振動素子に対して複数の送信信号をある遅延関係をもって供給する。また、受信部２８は、受信ビームフォーマーとして構成され、複数の振動素子から出力される受信信号に対して整相加算処理を実行し、その整相加算後の受信信号を出力する。本実施形態において受信信号はＲＦ（高周波）信号として出力されており、その信号はＢモード画像形成部３２、変位演算部３４及び血流速度演算部３８へ出力されている。

制御部３０は図４に示される各構成の動作制御を行っており、ＣＰＵ及びシステムプログラムなどによって構成される。制御部３０には、操作パネル３１が接続されている。この操作パネル３１はキーボードやトラックボールなどの入力装置であり、この操作パネル３１を利用してユーザーによりサンプル点の指定などが行われる。

Ｂモード画像形成部３２は、受信信号に対して検波、対数変換処理などを実行し、Ｂモード画像を形成するための信号処理を実行する。その信号処理後の受信信号すなわちエコーデータは画像表示処理部４０へ出力されている。

血流速度演算部３８は、ドプラ情報を抽出するための直交検波器や自己相関回路などによって構成され、この血流速度演算部３８により走査面１４内における各点について血流速度がリアルタイム演算される。その演算結果は画像表示処理部４０へ出力される。ちなみに、血流速度演算部３８の動作条件を切り替えることにより、運動体としての例えば心臓についてドプラ情報を抽出し、そのような組織のイメージングを行うことも可能である。

変位演算部３４はＲＦトラッキング部として機能し、走査面１４上に設定される複数のサンプル点について個別的にエコートラッキングを実施する。すなわち、本実施形態においては、例えば図１に示されるように、あるビーム方位上において一定間隔をもってサンプル点（第１及び第３のサンプル点）Ｓ１，Ｓ２が設定されるが、変位演算部３４は、それぞれのサンプル点Ｓ１，Ｓ２に相当する信号波形上のゼロクロスポイントをトラッキングし、このポイントの時間的な変化として変位を求めている。例えばサンプリング点が指定された組織部位が移動した場合には、トラッキングポイントもそれに追従して移動する。このようなトラッキング技術によれば、受信信号の位相検出の分解能をもって変位を演算することが可能であるので、組織の微小変位を高精度に計測することが可能となる。本実施形態においては、更に、直交成分を求めるために、隣接する別のビーム上にもう１つのサンプル点（第２のサンプル点）が設定され、それについても、上記同様にエコートラッキングが行われる。

ちなみに、Ｂモード画像の形成と変位演算とを並行して行う場合には、超音波ビームの走査を行いながら、サンプル点が指定された特定の１又は複数のビーム方位に対して間欠的に超音波ビームが形成されることになる。

歪み演算部３６は各サンプル点ごとに求められた変位に基づいて、組織歪みに関する情報（ストレイン、ストレインレート）のビーム方向成分及び直交成分を演算する回路である。これについては後に図５を用いて具体的に説明する。歪み演算部３６によって求められた歪みすなわちストレインあるいはストレインレートの情報は画像表示処理部４０へ出力される。ちなみに、本実施形態において歪み演算部３６はストレイン及びストレインレートについてのビーム方向成分及び直交成分のそれぞれの成分を独立して演算する機能を有しており、それらの演算結果が画像表示処理部４０へ出力されている。

画像表示処理４０は、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）としての機能を有し、すなわち、座標変換機能、補間機能、画像合成機能などを有している。また、本実施形態においては演算されたストレイン（あるいはストレインレート）についてのグラフを形成する機能やそれらの値を数値表示する機能を有している。画像表示処理部４０によって形成される表示画像は表示部４２において表示される。ちなみに、画像表示処理部４０が、上述した歪みに関する情報のビーム方向成分及び直交成分から歪みベクトルを演算するようにしてもよい。またそのような歪みベクトルをＢモード画像上においてサンプル点から伸びる矢印などとして視覚的に表現するようにしてもよい。その場合において矢印の長さはストレインあるいはストレインレートの大きさに対応付けるのが望ましい。これと同様に、組織の変位についても二次元のベクトルとして表現するようにしてもよい、ちなみに、上述した原理を拡張して三次元のベクトルを求めることも可能である。すなわち、ストレインあるいはストレインレートについての三次元ベクトル、組織変位についての三次元ベクトルを求め、それらを空間的にあるいは任意断層画像上の矢印として表現するようにしてもよい。また、計測結果（ストレイン、ストレインレートなど）の表示に当たっては、計測点ごとの値をグラフ表示してもよく、その場合には、棒グラフ、折れ線グラフなどの表示形式を採用できる。あるいは、超音波画像（例えばＢモード画像）上において、上記の計測結果の値に色を対応付けて色相変化により表現してもよい。

次に、図５には、図１に示した歪み演算部３６の構成が概念的に示されている。

符号１００は、変位演算部から出力される変位を表しており、その変位の情報はメモリ４４に格納される。ここでは、メモリ４４から出力された第１サンプル点の変位の情報がξ_k（＝ξ₁）、で表され、メモリ４４に入力される第２サンプル点の変位の情報がξ_k+1（第３サンプル点の場合にはξ₂）で表されている。すなわち、メモリ４４の出力側及び入力側から一定時間間隔における２つの変位が取得される。それらの情報は差分演算器４８に入力され、２つの変位の差分が演算される。第１サンプル点の変位と第２サンプル点の変位の差分がΔξ_kで表され、それが割り算器５２に入力され、第１サンプル点の変位と第３サンプル点の変位の差分がΔξで表され、それが割り算器５０に入力されている。各差分演算は同一の回路又は別々の回路で実現してもよく、メモリ４４の構成についても各種のものを採用できる。

一方、符号１０２は制御信号を表しており、この制御信号１０２は制御部３０から出力されるものである。書き込み読み出し制御部４６は、その制御信号１０２に基づいてメモリ４４に対する情報の書き込み及び読み出しの制御を行っている。またその制御信号１０２には、基準距離ｒ₀（本実施形態ではΔｒ）、ビーム間の微小角度Δθ、サンプル点の深さｒが含まれており、割り算器５０においては、相対変位Δξを基準距離ｒ₀で割ることにより、歪みε_rが求められている。これは歪みのビーム方向成分に相当する。

また、割り算器５２においては、微小角度Δθ及びサンプル点の深さｒが入力されており、上記の（１０）式の演算を実行することにより、歪みε_tが求められている。これは直交成分に相当する。

以上のような動作が各基準サンプル点ごとに時分割で実行され、すなわち各基準サンプル点ごとにストレインのビーム方向成分及び直交方向成分が求められる。もちろん、ストレインレートを求める場合には、いずれかの段階において時間微分回路を設ければよく、そのような演算は容易である。そのようなストレインレートについてもビーム方向成分及び直交方向成分の両成分を求めることが可能である。

図６及び図７には、第２実施形態の構成が示されている。なお、各図において、第１実施形態に含まれる構成と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。

図６において、組織速度演算部６０は、組織ドプラ法に基づいて、各サンプル点の組織速度を演算する。組織速度演算部６０は、直交検波器、自己相関器などによって構成されてもよく、その場合には、走査面の全点について組織速度（平均速度）を求めることが可能である。組織変位・歪み演算部６２は、組織速度に基づいて組織変位を演算する機能と、各サンプル点の組織変位からストレイン及びストレインレートを演算する機能と、を有する。組織速度演算部６０及び組織変位・歪み演算部６２はハードウエアあるいはソフトウエアとして実現され、その動作は制御部３０によって制御されている。

図７には、図６に示した組織変位・歪み演算部６２の具体的な構成が概念的に示されている。図７に示す構成は、図５に示した構成と基本的に同一であるが、変位ベクトルを出力する機能が追加されている。メモリ４４の使い方については、図５の構成と図７の構成とで若干の相違があるが、機能は実質的に同一である。

積分器６６は、以下の（１２）式に示すように、入力される組織速度（組織速度のビーム方向成分）ｖの時間積分により変位（変位のビーム方向成分）ξを演算する。ここで積分期間は所定値又は任意に設定できる。

メモリ４４には、各サンプル点ごとの変位ξが格納される。差分器４８は、直交成分を求めるために、第１サンプル点の変位と第２サンプル点の変位の差分を演算する機能と、ビーム方向成分を求めるために、第１サンプル点の変位と第３サンプル点の変位の差分を演算する機能と、を有する。

割り算器５０は、第１サンプル点の変位と第３サンプル点の変位の差分を基準距離としてのΔｒで規格化することにより、ストレインのビーム方向成分ε_rを演算する。割り算器５２は、上記（１０）式に従って第１サンプル点の変位と第２サンプル点の変位の差分をｒΔθ²で割ることによって、ストレインのビーム直交成分ε_tを演算する。ビーム方向成分ε_rとビーム直交成分ε_tによりストレインベクトルが構成される。なお、メモリ４４の出力側から、第１サンプル点の変位のビーム方向成分が取り出され、差分器４８の出力側から変位の差分が取り出され、上記（９）式に従って差分を割り算器６４においてΔθで割ることにより、ビーム直交成分ηが取り出される。それらによって変位ベクトルが構成される。

上記の第１実施形態では、エコートラッキング法を利用しているために、組織変位を高精度に計測でき、よってストレイン等の演算精度を向上できる。上記の第２実施形態では、組織ドプラ法を利用しているために、多数点でストレインを同時に求めるような場合に有利である。

なお、上記各実施形態については各種の変形が可能であり、例えば、第１ビーム方位上の第１サンプル点の組織速度と第２ビーム方位上の第２サンプル点の組織速度の差Δｖ（速度勾配）を、第１ビーム方位と第２ビーム方位の角度差の二乗Δθ²及びそれらサンプル点の深さｒで割ってストレインレートのビーム直交成分を求めることも可能である。さらに、それを時間積分してストレインのビーム直交成分ε_tを求めることも可能である。

超音波画像上におけるサンプル点の指定を説明するための図である。 超音波画像上におけるより多くのサンプル点の指定を説明するための図である。 ビーム方向成分と直交方向成分とを説明するための図である。 第１実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 図４に示す歪み演算部の構成例を示す概念図である。 第２実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 図６に示す組織変位・歪み演算部の構成例を示す概念図である。

符号の説明

１４ 走査面、２０ プローブ、２６ 送信部、２８ 受信部、３０ 制御部、３４ 変位演算部、３６ 歪み演算部、４０ 画像表示処理部、６０ 組織速度演算部、６２ 組織変位・歪み演算部、６６ 積分器。

Claims (13)

1. 第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビームに対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、
   前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、
   前記各超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記ビーム直交成分演算手段は、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位の差分を演算する手段と、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算する手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記サンプル点設定手段は、更に、前記第１ビーム方位上において前記第１サンプル点と並んだ第３サンプル点を設定し、
   前記変位演算手段は、更に、前記第１超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第３サンプル点の組織変位を演算し、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算するビーム方向成分演算手段が設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記ビーム方向成分演算手段は、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分を演算する手段と、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算する手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記ビーム直交成分及びビーム方向成分に基づいて、前記組織歪みに関する情報の二次元ベクトルが求められることを特徴とする超音波診断装置。
6. 第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、
   前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、
   前記第１超音波ビームに対応した受信信号における前記第１サンプル点に対応したポイントに対してトラッキングを行って前記第１サンプル点の組織変位を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号における前記第２サンプル点に対応したポイントに対してトラッキングを行って前記第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記変位演算手段でトラッキングされる各受信信号はＲＦ信号であることを特徴とする超音波診断装置。
8. 第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、
   前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、
   前記第１超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第１サンプル点の組織速度を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第２サンプル点の組織速度を演算する速度演算手段と、
   前記第１サンプル点の組織速度に基づいて当該第１サンプル点の組織変位を演算し、前記第２サンプル点の組織速度に基づいて当該第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、
   前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
9. 前記変位演算手段は組織速度の時間積分を行って組織変位を演算する手段であることを
   特徴とする超音波診断装置。
10. 第１ビーム方位上に互いに隔てて第１サンプル点及び第３サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位と異なる第２ビーム方位上における前記第１サンプル点と同一深さに第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、
    前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、
    前記各超音波ビームに対応した受信信号に基づいて、前記第１サンプル点の組織変位、前記第３サンプル点の組織変位、及び、前記第２サンプル点の組織変位を演算する変位演算手段と、
    前記第１サンプル点の組織変位及び前記第３サンプル点の組織変位の差分に基づいて、組織歪みに関する情報のビーム方向成分を演算するビーム方向成分演算手段と、
    前記第１サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位の差分に基づいて、前記組織歪みに関する情報のビーム直交成分を演算するビーム直交成分演算手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記第１サンプル点の組織変位、前記第３サンプル点の組織変位及び前記第２サンプル点の組織変位に基づいて、組織変位の二次元ベクトルが求められることを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかの請求項に記載の装置において、
    前記組織歪みに関する情報は、ストレイン及びストレインレートの少なくとも一方であることを特徴とする超音波診断装置。
13. 第１ビーム方位上に第１サンプル点を設定し、前記第１ビーム方位に対して角度差をもった第２ビーム方位上に第２サンプル点を設定するサンプル点設定手段と、
    前記第１ビーム方位及び前記第２ビーム方位にそれぞれ超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した受信信号を出力する送受波手段と、
    前記第１超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第１サンプル点の組織速度を演算し、前記第２超音波ビームに対応した受信信号に含まれるドプラ情報に基づいて前記第２サンプル点の組織速度を演算する速度演算手段と、
    前記第１サンプル点の組織速度と前記第２サンプル点の組織速度の差分から、ストレインレートのビーム直交成分を演算する手段と、
    前記ストレインレートのビーム直交成分の時間積分により、ストレインのビーム直交成分を演算する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。

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