JP2015016144A - 超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の受信感度に影響を与えずに生体組織の弾性情報を測定できる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法等を提供すること。【解決手段】超音波測定装置１００は、超音波トランスデューサーデバイス２１０と、押圧力を測定する力センサー２２０と、超音波ビームの送信処理を行う送信部１１０と、超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部１２０と、受信部１２０からの受信信号と力センサー２２０からの検出情報とに基づいて解析処理を行う処理部１３０とを含む。処理部１３０は、受信部１２０からの受信信号に基づき取得される被検体の生体組織層の厚さ情報と、力センサー２２０からの被検体に加わる押圧力についての押圧力情報とに基づいて、生体組織層の弾性情報を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法等に関する。

乳がんなどの治療としてリンパ節を取り除くことが行われているが、その後遺症として発症するリンパ浮腫が問題になっている。リンパ浮腫のように正常な生体組織と異なる弾性定数を有する病変部分を検出する方法として、生体組織の硬さ（弾性定数）を検出する手法が知られている。例えば特許文献１には、超音波振動子とその共振周波数を検知する周波数測定手段とを有し、測定した共振周波数から物体の硬さを検知する手法が開示されている。

特開平１０−１１８０６２号公報

しかしながらこの手法では、生体組織の硬さの相対的な差は見ることができるが、絶対的な値を得ることが難しいこと、超音波振動子のシグナル電極を２つに分けているため、超音波画像そのものの受信感度を犠牲にせざるを得ないことなどの課題がある。本発明の幾つかの態様によれば、超音波の受信感度に影響を与えずに生体組織の弾性情報を測定できる超音波測定装置、超音波画像装置及び超音波測定方法等を提供できる。

本発明の一態様は、超音波トランスデューサーデバイスと、押圧力を測定する力センサーと、超音波ビームの送信処理を行う送信部と、前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、前記受信部からの受信信号と前記力センサーからの検出情報とに基づいて解析処理を行う処理部とを含み、前記処理部は、前記受信部からの受信信号に基づき取得される前記被検体の生体組織層の厚さ情報と、前記力センサーからの前記被検体に加わる押圧力についての押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求める超音波測定装置に関係する。

本発明の一態様によれば、処理部は、超音波測定によって被検体の生体組織層の弾性情報を求めることができるから、例えばリンパ浮腫などのように正常な生体組織層と異なる弾性定数を有する病変部分を精度よく検出することができる。さらに押圧力を測定する力センサーは、超音波の送受信に影響を与えないから、ユーザーが測定時にＢモード画像などの超音波画像を見ながら同時に弾性定数を測定することができる。その結果、効率的に病変部分を検出することができる。

また本発明の一態様では、前記生体組織層が、異なる弾性定数を有する第１の生体組織層及び第２の生体組織層である場合に、前記処理部は、測定時に前記被検体に加わる押圧力が第１の押圧力である場合に、前記押圧力情報として、第１の押圧力情報を取得し、前記厚さ情報として、前記第１の生体組織層の第１の厚さ情報及び前記第２の生体組織層の第１の厚さ情報を取得し、測定時に前記被検体に加わる押圧力が前記第１の押圧力と異なる第２の押圧力である場合に、前記押圧力情報として、第２の押圧力情報を取得し、前記厚さ情報として、前記第１の生体組織層の第２の厚さ情報及び前記第２の生体組織層の第２の厚さ情報を取得し、取得した前記第１の押圧力情報、前記第２の押圧力情報、前記第１の生体組織層の前記第１の厚さ情報、前記第２の生体組織層の前記第１の厚さ情報、前記第１の生体組織層の前記第２の厚さ情報、及び前記第２の生体組織層の前記第２の厚さ情報に基づいて、前記第１の生体組織層の弾性情報及び前記第２の生体組織層の弾性情報を求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、弾性定数の異なる２つの生体組織層について、それぞれの弾性情報を分離して求めることができる。その結果、例えば正常な生体組織層中に生じたリンパ浮腫などの病変部分を他の部分と分離して精度良く検出することができる。さらに、病変部分の弾性情報を他の部分と分離して精度良く求めることができるから、病変の進行状況などを的確に把握することなどが可能になる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記第１の押圧力情報をＦ１、前記第２の押圧力情報をＦ２、前記第１の生体組織層の前記第１の厚さ情報をＹａ１、前記第２の生体組織層の前記第１の厚さ情報をＹｂ１、前記第１の生体組織層の前記第２の厚さ情報をＹａ２、前記第２の生体組織層の前記第２の厚さ情報をＹｂ２、前記第１の生体組織層の初期厚さ情報をＹａ０、前記第２の生体組織層の初期厚さ情報をＹｂ０、前記第１の生体組織層の前記弾性情報をＫａ、前記第２の生体組織層の前記弾性情報をＫｂとした場合に、Ｆ１＝Ｋａ×（Ｙａ１−Ｙａ０）＋Ｋｂ×（Ｙｂ１−Ｙｂ０）、及び、Ｆ２＝Ｋａ×（Ｙａ２−Ｙａ０）＋Ｋｂ×（Ｙｂ２−Ｙｂ０）の関係式から、前記第１の生体組織層の前記弾性情報Ｋａ及び前記第２の生体組織層の前記弾性情報Ｋｂを求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、連立方程式を解くことで、２つの生体組織層のそれぞれの弾性情報を求めることができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記受信部からの受信信号に基づいて超音波画像データを生成し、前記超音波画像データの解析処理を行って、前記生体組織層の厚さ情報を取得し、取得した前記生体情報の厚さ情報と前記押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波画像データの解析処理により生体組織層の正確な厚さ情報を取得することができるから、より精度の高い弾性情報を求めることができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記超音波画像データにおける輝度値のピークを検出することで前記生体組織層の境界を検出し、検出された前記生体組織層の前記境界の深さ方向の座標値から前記生体組織層の厚さ情報を求めてもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波画像データに基づいて生体組織層の厚さ情報を取得することができる。

また本発明の一態様では、前記処理部は、前記超音波画像データにおける前記生体組織層の特徴点を抽出し、前記被検体に押圧力が加わることによる前記特徴点の変位量情報に基づいて、前記生体組織層の境界を検出してもよい。

このようにすれば、処理部は、超音波画像データにおける生体組織層の特徴点を抽出することで、生体組織層の境界をより正確に検出することが可能になる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の超音波測定装置と、前記処理部により生成された表示用画像データを表示する表示部とを含む超音波画像装置に関係する。

本発明の他の態様は、被検体に対して超音波ビームを送信する処理を行い、前記超音波ビームが前記被検体により反射されたものである超音波エコーを受信する処理を行い、測定時に前記被検体に加わる押圧力についての押圧力情報を取得し、前記超音波エコーの受信信号に基づく前記被検体の生体組織層の厚さ情報と、前記押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求める超音波測定方法に関係する。

超音波測定装置及び超音波画像装置の基本的な構成例。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、超音波測定装置による弾性情報の測定を説明する図。 弾性情報の測定のフローチャートの一例。 超音波画像の特徴点抽出による生体組織層の厚さを取得する処理のフローチャートの一例。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、特徴点抽出の一例。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、特徴点の対応付けの一例。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、特徴点の座標値の一例。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）は、超音波トランスデューサー素子の構成例。 超音波トランスデューサーデバイスの構成例。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、超音波トランスデューサー素子群の例。 図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、超音波画像装置の具体的な構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．基本的な構成例
図１に、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００の基本的な構成例を示す。本実施形態の超音波測定装置１００は、超音波プローブ２００、送信部１１０、受信部１２０、処理部１３０、記憶部１４０、入力受付部１５０を含む。超音波プローブ２００は、超音波トランスデューサーデバイス２１０及び力センサー２２０を含む。また、超音波画像装置４００は、超音波測定装置１００及び表示部４１０を含む。なお、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００は図１の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

超音波トランスデューサーデバイス２１０は、超音波トランスデューサー素子を有する。超音波トランスデューサー素子は、電気信号である送信信号を超音波に変換し、また対象物（被検体）からの超音波エコーを電気信号に変換する。超音波トランスデューサー素子は、例えば薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子やバルク圧電型超音波トランスデューサー素子であってもよいし、或いは容量性微細加工超音波トランスデューサー素子（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer）であってもよい。

力センサー２２０は、被検体に加わる押圧力を測定して、処理部１３０に対して出力する。押圧力とは、ユーザーが超音波プローブ２００を被検体に押し当てることにより被検体に加わる力である。例えば、後述する図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、力センサー２２０は超音波トランスデューサーデバイス２１０に対して超音波の送信方向の反対側に設けられる。こうすることで、力センサー２２０は、超音波トランスデューサーデバイス２１０による超音波の送受信に影響を与えない。

送信部１１０は、超音波ビームの送信処理を行う。具体的には、送信部１１０が処理部１３０の制御に基づいてパルス信号を生成・増幅し、超音波トランスデューサーデバイス２１０に対して電気信号である送信信号（駆動信号）を出力する。超音波トランスデューサーデバイス２１０が電気信号である送信信号を超音波に変換して、超音波を送信する。送信部１１０は、例えばパルス発生器、増幅器などで構成することができる。なお、送信部１１０の少なくとも一部を超音波プローブ２００に設けてもよい。

受信部１２０は、超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う。具体的には、超音波トランスデューサーデバイス２１０が被検体（対象物）からの超音波エコーを電気信号に変換して、受信部１２０に対して出力する。受信部１２０は、超音波トランスデューサーデバイス２１０からの電気信号である受信信号（アナログ信号）に対して増幅、検波、Ａ／Ｄ変換、位相合わせなどの受信処理を行い、受信処理後の信号である受信信号（デジタルデータ）を処理部１３０に対して出力する。受信部１２０は、例えば低雑音増幅器、電圧制御アッテネーター、プログラマブルゲインアンプ、ローパスフィルター、Ａ／Ｄコンバーターなどで構成することができる。なお、受信部１２０の少なくとも一部を超音波プローブ２００に設けてもよい。

処理部１３０は、送信部１１０及び受信部１２０の制御処理や受信部１２０からの受信信号に基づいて超音波画像を生成する処理を行う。また、処理部１３０は、受信部１２０からの受信信号に基づき取得される被検体の生体組織層の厚さ情報と、力センサー２２０からの被検体に加わる押圧力についての押圧力情報とに基づいて、生体組織層の弾性情報を求める。弾性情報を求める方法については、後で詳細に説明する。

生体組織層の厚さ情報とは、生体組織層の厚さ（深さ方向の長さ）についての情報であって、厚さの値そのものだけでなく、厚さに対応する指標であればよい。押圧力情報とは、押圧力についての情報であって、押圧力の値そのものだけでなく、押圧力に対応する指標であればよい。生体組織層の弾性情報とは、生体組織層の硬さ又は柔らかさを表す指標であればよく、弾性定数（弾性係数）の値そのものでなくてもよい。

処理部１３０は、例えば専用のデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）で構成してもよいし、汎用のマイクロプロセッサー（ＭＰＵ）で構成してもよい。或いは、処理部１３０が実行する処理の一部をパーソナルコンピューター（ＰＣ）で実行させてもよい。

記憶部１４０は、例えばＤＲＡＭなどの記憶装置で構成され、受信信号や超音波画像データなどを処理部１３０から受け取って記憶し、また記憶されたこれらの信号やデータを読み出して処理部１３０に出力する。また、記憶部１４０は、フラッシュメモリーなどの不揮発性記憶装置をさらに含み、過去に測定した生体組織層の弾性情報などを記憶してもよい。処理部１３０は、記憶部１４０に記憶された過去の弾性情報と現在測定された弾性情報とを比較することで、生体組織層の弾性情報の経時変化を検出することができる。

入力受付部１５０は、例えばキーボードやタッチパネルなどの入力デバイスであって、ユーザーによるコマンドや数値などの入力を受け付けて、受け付けたコマンドや数値などを処理部１３０に出力する。

表示部４１０は、例えば液晶ディスプレイ等の表示デバイスであって、処理部１３０により生成された表示用画像データを受け取って表示する。この表示用画像データは、例えば超音波画像（Ｂモード画像）、又は生体組織層の厚さ情報や弾性情報、或いはユーザーに対する報知情報などを含む。

本実施形態の超音波測定装置１００によれば、超音波測定によって被検体の生体組織層の弾性情報を求めることができるから、例えばリンパ浮腫などのように正常な生体組織層と異なる弾性定数を有する病変部分を精度よく検出することができる。さらに押圧力を測定する力センサーは、超音波の送受信に影響を与えないから、ユーザーが測定時にＢモード画像などの超音波画像を見ながら同時に弾性定数を測定することができる。その結果、効率的に病変部分を検出することができる。

２．弾性情報の測定
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、本実施形態の超音波測定装置１００による弾性情報の測定を説明する図である。図２（Ａ）は押圧力を加えない場合の測定例を示し、図２（Ｂ）は押圧力Ｆ１を加えた場合の測定例を示す。被検体は、異なる弾性定数を有する第１の生体組織層及び第２の生体組織層から成る。

図２（Ａ）に示すように、押圧力を加えない場合（初期状態）では、第１の生体組織層の厚さ（初期厚さ情報）はＹａ０であり、第２の生体組織層の厚さ（初期厚さ情報）はＹｂ０である。これらの厚さは、初期状態での超音波画像（初期超音波画像）に基づいて取得することができる。

図２（Ｂ）に示すように、第１の押圧力Ｆ１を加えた場合には、第１の生体組織層の厚さはＹａ１になり、第２の生体組織層の厚さはＹｂ１になる。これらの厚さは、第１の押圧力Ｆ１を加えた状態での超音波画像（第１の超音波画像）に基づいて取得することができる。

第１の生体組織層の弾性定数をＫａ、第２の生体組織層の弾性定数をＫｂとすると、次式が成立する。

Ｆ１＝Ｋａ×ΔＹａ１＋Ｋｂ×ΔＹｂ１ （１）
ここでΔＹａ１＝Ｙａ１−Ｙａ０、ΔＹｂ１＝Ｙｂ１−Ｙｂ０である。

また、図示していないが、第１の押圧力Ｆ１と異なる第２の押圧力Ｆ２を加えた場合の第１、第２の生体組織層の厚さＹａ２、Ｙｂ２を、第２の押圧力Ｆ２を加えた状態での超音波画像（第２の超音波画像）に基づいて取得することができる。この場合にも、式（１）と同様に次式が成立する。

Ｆ２＝Ｋａ×ΔＹａ２＋Ｋｂ×ΔＹｂ２ （２）
ここでΔＹａ２＝Ｙａ２−Ｙａ０、ΔＹｂ２＝Ｙｂ２−Ｙｂ０である。

第１、第２の押圧力Ｆ１、Ｆ２は、力センサー２２０により検出することができるから、式（１）、（２）より第１、第２の生体組織層の弾性定数Ｋａ、Ｋｂを求めることができる。

なお、互いに異なる第１〜第ｎ（ｎは３以上の整数）の押圧力Ｆ１〜Ｆｎを加えて、それぞれの超音波画像から厚さの変位量ΔＹａ１〜ΔＹａｎ、ΔＹｂ１〜ΔＹｂｎを取得して第１、第２の生体組織層の弾性定数Ｋａ、Ｋｂを求めてもよい。こうすることで、より高い精度で弾性定数Ｋａ、Ｋｂを求めることができる。

このように本実施形態の超音波測定装置１００によれば、力が異なる第１、第２の押圧力を加えて超音波測定を行うことにより、弾性定数の異なる第１、第２の生体組織層の弾性情報を求めることができる。こうすることで、例えば正常な生体組織層中に生じたリンパ浮腫などの病変部分を精度良く検出することができる。さらに病変部分の弾性情報の経時変化から、病変の進行状況などを的確に把握することなどが可能になる。

図３は、本実施形態の超音波測定装置１００による弾性情報の測定のフローチャートの一例である。図３に示す処理は、処理部１３０により実行される。

最初に処理部１３０は、押圧力を加えない状態で超音波の送受信処理を行って、受信部１２０からの受信信号に基づいて初期超音波画像データ（Ｂモード画像データ）を生成する（ステップＳ１）。なお、処理部１３０がこの送受信処理を行う前に、押圧力を加えずに測定することを促す指示を表示部４１０に表示する処理を行ってもよい。

次に、処理部１３０は、初期超音波画像データの解析処理を行って、初期状態での第１、第２の生体組織層の厚さ情報Ｙａ０、Ｙｂ０を取得する（ステップＳ２）。具体的には、処理部１３０は、初期超音波画像データにおける輝度値のピークを検出することで各生体組織層の境界を検出し、検出された境界の深さ方向の座標値から各生体組織層の厚さ情報Ｙａ０、Ｙｂ０を求める。ここで深さ方向の座標値とは、例えばＢモード画像の１フレーム画像における深さ方向（深度方向、又は超音波ビームの出射方向）の座標値である。

次に、処理部１３０は、押圧力を加えることを促す指示（メッセージ）を表示部４１０に表示する処理を行う（ステップＳ３）。或いは、処理部１３０は、押圧力を加えることを促す音声メッセージを報知する処理を行ってもよい。続いて、処理部１３０は、力センサー２２０からの検出情報に基づいて第１の押圧力情報Ｆ１を取得する（ステップＳ４）。

次に、処理部１３０は、第１の押圧力Ｆ１が加えられた状態で超音波の送受信処理を行って、第１の超音波画像データを生成する（ステップＳ５）。そして処理部１３０は、第１の超音波画像データの解析処理を行って、第１の押圧力Ｆ１が加えられた状態での第１、第２の生体組織層の厚さ情報（第１の厚さ情報）Ｙａ１、Ｙｂ１を取得する（ステップＳ６）。

次に、処理部１３０は、押圧力を変化させることを促す指示（メッセージ）を表示部４１０に表示する処理を行う（ステップＳ７）。或いは、処理部１３０は、押圧力を変化させることを促す音声メッセージを報知する処理を行ってもよい。続いて、処理部１３０は、力センサー２２０からの検出情報に基づいて第２の押圧力情報Ｆ２を取得する（ステップＳ８）。

次に、処理部１３０は、第２の押圧力Ｆ２が加えられた状態で超音波の送受信処理を行って、第２の超音波画像データを生成する（ステップＳ９）。そして処理部１３０は、第２の超音波画像データの解析処理を行って、第２の押圧力Ｆ２が加えられた状態での第１、第２の生体組織層の厚さ情報（第２の厚さ情報）Ｙａ２、Ｙｂ２を取得する（ステップＳ１０）。

次に、処理部１３０は、第１、第２の押圧力Ｆ１、Ｆ２及び第１、第２の生体組織層の厚さの変位量ΔＹａ１、ΔＹａ２、ΔＹｂ１、ΔＹｂ２から第１、第２の生体組織層の弾性情報Ｋａ、Ｋｂを求める（ステップＳ１１）。そして処理部１３０は、求めた弾性情報Ｋａ、Ｋｂや超音波画像などを含む表示用画像データを生成し、表示部４１０に表示する処理を行う（ステップＳ１２）。

なお、生体組織層の厚さ情報の取得は、超音波画像データの解析処理によらなくてもよい。例えば、ユーザーが表示部４１０に表示された超音波画像を見て各生体組織層の境界を判断し、カーソル等を動かして境界の位置を画面上で入力し、処理部１３０が入力された境界の位置の座標値から厚さ情報を取得してもよい。

超音波画像において各生体組織層の境界が明瞭に現れている場合には、輝度値のピークを検出することで各生体組織層の境界を検出することができる。しかし生体組織層の境界が明瞭でない場合、或いは境界線の形状が平坦でなく複雑である場合などでは、輝度値のピークにより正確な厚さ情報を得ることが難しくなる。

本実施形態の超音波測定装置１００では、超音波画像の特徴点を抽出し、特徴点の変位量から生体組織層の厚さの変位量を取得することができる。以下では、この方法について説明する。

図４は、本実施形態の超音波測定装置１００における超音波画像の特徴点抽出による生体組織層の厚さを取得する処理のフローチャートの一例である。図４に示す処理は、処理部１３０により実行される。また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に特徴点抽出の一例を示し、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に特徴点の対応付けの一例を示し、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に特徴点の座標値の一例を示す。

図４に示すように、最初に処理部１３０は、記憶部１４０から初期超音波画像データと第１の超音波画像データとを読み出す（ステップＳ２１）。初期超音波画像データは押圧力を加えない状態で測定されたＢモード画像データであり、第１の超音波画像データは第１の押圧力Ｆ１が加えられた状態で測定されたＢモード画像データである。なお、以下の説明では、初期超音波画像データを「超音波画像Ａ」、第１の超音波画像データを「超音波画像Ｂ」と呼ぶ。

次に、処理部１３０は、超音波画像Ａ及び超音波画像Ｂの特徴点を抽出する（ステップＳ２２）。特徴点とは、画像中から際立って観測できる点のことをいう。図５（Ａ）には、押圧力を加えない状態でのＢモード画像における特徴点を丸印で囲って表し、図５（Ｂ）には、第１の押圧力Ｆ１が加えられた状態でのＢモード画像における特徴点を丸印で囲って表す。

本例では、特徴点の抽出方法として、コーナー検出法等を用いるが、その他のコーナー部検出（固有値、ＦＡＳＴ特徴検出）を用いても良いし、ＳＩＦＴ（Scale invariant feature transform）に代表される局所特徴量記述子やＳＵＲＦ（Speeded Up Robust Feature）等を用いてもよい。

そして、処理部１３０は、２つの超音波画像において抽出された特徴点群の中から、互いに対応する特徴点のペアを選択する（ステップＳ２３）。言い替えれば、超音波画像Ａにおける特徴点と同じ部位を指し示す特徴点を、超音波画像Ｂにおける特徴点群の中から特定（推定）し、二つの特徴点をペアとして対応付ける。本例では、ＲＡＮＳＡＣ（RANdom SAmple Consensus）を用いて対応点関係を特定するが、これ以外にも、最小二乗法、最小メジアン法、Ｍ推定法などといった手法を用いてもよい。

具体例として、超音波画像Ａ及び超音波画像Ｂにおいて対応付けを行った結果を図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す。ここでは、図６（Ａ）に示す超音波画像Ａ及び図６（Ｂ）に示す超音波画像Ｂにおいて、対応付けができた白い丸印で示す特徴点を矢印で結んでいる。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、必ずしも全ての特徴点が対応付けできるわけではなく、また、必ずしも全ての特徴点を対応付けする必要もない。ただし、対応付けができた特徴点の数が多ければ多いほど、求める厚さの変位量の精度が向上する。

次に、処理部１３０は、対応付けられた特徴点毎に変位量（変位量情報）を算出する（ステップＳ２４）。特徴点の変位量とは、２つの超音波画像間で特徴点がどの程度移動したかを表す移動量のことをいう。本例では、Ｂモード画像の２次元平面上において、各特徴点と、各特徴点に近接する他の特徴点との距離変化量の平均値を、各特徴点の変位量Δｄとして求める。

例えば、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、特徴点Ａの近接特徴点は、Ｂ、Ｃ及びＤの３点である。また、特徴点Ａ’は特徴点Ａに対応する特徴点であって、特徴点Ａの座標値を（ｘａ、ｙａ）とする。他の特徴点についても同様である。この場合に、特徴点Ａの変位量Δｄは、次式で与えられる。

Δｄ＝（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／３ （３）
ここでＤ１は特徴点Ａと特徴点Ｂとの距離の変化量であり、Ｄ１＝（特徴点Ａ’、Ｂ’間の距離）−（特徴点Ａ、Ｂ間の距離）である。同様に、Ｄ２は特徴点Ａと特徴点Ｃとの距離の変化量であり、Ｄ３は特徴点Ａと特徴点Ｄとの距離の変化量である。

次に、処理部１３０は、各特徴点の変位量に基づき、境界位置を特定する（ステップＳ２５）。第１、第２の生体組織層の弾性定数Ｋａ、Ｋｂが異なる場合には、押圧力を加えた場合の特徴点の変位量が異なる。例えば、Ｋａ＞Ｋｂである場合には、第１の生体組織層に属する特徴点の変位量よりも第２の生体組織層に属する特徴点の変位量の方が大きくなる。第２の生体組織層の方がより大きく変形するからである。従って、各特徴点の変位量の分布を調べることにより、各特徴点が第１、第２の生体組織層のどちらに属するかを判別することができる。その結果、第１、第２の生体組織層の境界位置を特定することができる。

次に、処理部１３０は、特定した各生体組織層の境界位置の座標値から各生体組織層の厚さ情報を求める（ステップＳ２６）。この方法によれば、初期超音波画像と第１の超音波画像の両方について生体組織層の境界位置を特定することができるから、初期状態での厚さ情報Ｙａ０、Ｙｂ０及び第１の押圧力Ｆ１が加えられた状態での厚さ情報Ｙａ１、Ｙｂ１を求めることができる。

同様にして、処理部１３０は、初期超音波画像及び第２の超音波画像の特徴点を抽出することにより、第２の押圧力Ｆ２が加えられた状態での厚さ情報Ｙａ２、Ｙｂ２を求めることができる。

なお、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。この場合には、ＣＰＵ等のプロセッサーがプログラムを実行することで、本実施形態の超音波測定装置１００及び超音波画像装置４００等が実現される。具体的には、情報記憶媒体に記憶されたプログラムが読み出され、読み出されたプログラムをＣＰＵ等のプロセッサーが実行する。ここで、情報記憶媒体（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＤＶＤ、ＣＤ等）、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、或いはメモリー（カード型メモリー、ＲＯＭ等）などにより実現できる。そして、ＣＰＵ等のプロセッサーは、情報記憶媒体に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。即ち、情報記憶媒体には、本実施形態の各部としてコンピューター（操作部、処理部、記憶部、出力部を備える装置）を機能させるためのプログラム（各部の処理をコンピューターに実行させるためのプログラム）が記憶される。

３．超音波トランスデューサー素子
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に、超音波トランスデューサーデバイス２１０の超音波トランスデューサー素子１０の構成例を示す。この超音波トランスデューサー素子１０は、振動膜（メンブレン、支持部材）５０と圧電素子部とを有する。圧電素子部は、第１電極層（下部電極）２１、圧電体層（圧電体膜）３０、第２電極層（上部電極）２２を有する。なお、本実施形態の超音波トランスデューサー素子１０は図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図８（Ａ）は、基板（シリコン基板）６０に形成された超音波トランスデューサー素子１０の、素子形成面側の基板６０に垂直な方向から見た平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ−Ａ’に沿った断面を示す断面図である。図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す断面図である。

第１電極層２１は、振動膜５０の上層に例えば金属薄膜で形成される。この第１電極層２１は、図８（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

圧電体層３０は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）薄膜により形成され、第１電極層２１の少なくとも一部を覆うように設けられる。なお、圧電体層３０の材料は、ＰＺＴに限定されるものではなく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。

第２電極層２２は、例えば金属薄膜で形成され、圧電体層３０の少なくとも一部を覆うように設けられる。この第２電極層２２は、図８（Ａ）に示すように素子形成領域の外側へ延長され、隣接する超音波トランスデューサー素子１０に接続される配線であってもよい。

振動膜（メンブレン）５０は、例えばＳｉＯ２薄膜とＺｒＯ２薄膜との２層構造により空洞領域４０を塞ぐように設けられる。この振動膜５０は、圧電体層３０及び第１、第２電極層２１、２２を支持すると共に、圧電体層３０の伸縮に従って振動し、超音波を発生させることができる。

空洞領域４０は、基板６０（シリコン基板）の裏面（素子が形成されない面）側から反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングすることで形成される。この空洞領域４０の形成によって振動可能になった振動膜５０のサイズによって超音波の共振周波数が決定され、その超音波は圧電体膜３０側（図８（Ａ）において紙面奥から手前方向）に放射される。

超音波トランスデューサー素子１０の下部電極（第１電極）は、第１電極層２１により形成され、上部電極（第２電極）は、第２電極層２２により形成される。具体的には、第１電極層２１のうちの圧電体層３０に覆われた部分が下部電極を形成し、第２電極層２２のうちの圧電体層３０を覆う部分が上部電極を形成する。即ち、圧電体層３０は、下部電極と上部電極に挟まれて設けられる。

圧電体膜３０は、下部電極と上部電極との間、即ち第１電極層２１と第２電極層２２との間に電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。超音波トランスデューサー素子１０は、薄手の圧電素子部と振動膜５０を貼り合わせたモノモルフ（ユニモルフ）構造を用いており、圧電素子部が面内で伸び縮みすると貼り合わせた振動膜５０の寸法はそのままであるため反りが生じる。従って、圧電体膜３０に交流電圧を印加することで、振動膜５０が膜厚方向に対して振動し、この振動膜５０の振動により超音波が放射される。圧電体膜３０に印加される電圧は、例えば１０〜３０Ｖであり、周波数は例えば１〜１０ＭＨｚである。

バルクの超音波トランスデューサー素子の駆動電圧がピークからピークで１００Ｖ程度であるのに対して、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示すような薄膜圧電型超音波トランスデューサー素子では、駆動電圧をピークからピークで１０〜３０Ｖ程度に小さくすることができる。

４．超音波トランスデューサーデバイス
図９に、超音波トランスデューサーデバイス２１０の構成例を示す。本構成例の超音波トランスデューサーデバイス２１０は、複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（広義には第１〜第ｎの駆動電極線。ｎは２以上の整数）、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（広義には第１〜第ｍのコモン電極線。ｍは２以上の整数）を含む。なお、駆動電極線の本数（ｎ）やコモン電極線の本数（ｍ）は、図９に示す本数には限定されない。

複数の超音波トランスデューサー素子群ＵＧ１〜ＵＧ６４は、第２の方向Ｄ２（スキャン方向）に沿って６４列に配置される。ＵＧ１〜ＵＧ６４の各超音波トランスデューサー素子群は、第１の方向Ｄ１（スライス方向）に沿って配置される複数の超音波トランスデューサー素子を有する。

図１０（Ａ）に、超音波トランスデューサー素子群ＵＧ（ＵＧ１〜ＵＧ６４）の例を示す。図１０（Ａ）では、超音波トランスデューサー素子群ＵＧは第１〜第４の素子列により構成される。第１の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ１１〜ＵＥ１８により構成され、第２の素子列は、第１の方向Ｄ１に沿って配置される超音波トランスデューサー素子ＵＥ２１〜ＵＥ２８により構成される。第３の素子列（ＵＥ３１〜ＵＥ３８）、第４の素子列（ＵＥ４１〜ＵＥ４８）も同様である。これらの第１〜第４の素子列には、駆動電極線ＤＬ（ＤＬ１〜ＤＬ６４）が共通接続される。また、第１〜第４の素子列の超音波トランスデューサー素子にはコモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８が接続される。

そして、図１０（Ａ）の超音波トランスデューサー素子群ＵＧが、超音波トランスデューサーデバイスの１チャンネルを構成する。即ち、駆動電極線ＤＬが１チャンネルの駆動電極線に相当し、送信回路からの１チャンネルの送信信号は駆動電極線ＤＬに入力される。また、駆動電極線ＤＬからの１チャンネルの受信信号は駆動電極線ＤＬから出力される。なお、１チャンネルを構成する素子列数は図１０（Ａ）のような４列には限定されず、４列よりも少なくてもよいし、４列よりも多くてもよい。例えば図１０（Ｂ）に示すように、素子列数は１列であってもよい。

図９に示すように、駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４（第１〜第ｎの駆動電極線）は、第１の方向Ｄ１に沿って配線される。駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４のうちの第ｊ（ｊは１≦ｊ≦ｎである整数）の駆動電極線ＤＬｊ（第ｊのチャンネル）は、第ｊの超音波トランスデューサー素子群ＵＧｊの超音波トランスデューサー素子が有する第１の電極（例えば下部電極）に接続される。

超音波を出射する送信期間には、送信信号ＶＴ１〜ＶＴ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して超音波トランスデューサー素子に供給される。また、超音波エコー信号を受信する受信期間には、超音波トランスデューサー素子からの受信信号ＶＲ１〜ＶＲ６４が駆動電極線ＤＬ１〜ＤＬ６４を介して出力される。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８（第１〜第ｍのコモン電極線）は、第２の方向Ｄ２に沿って配線される。超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極は、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちのいずれかに接続される。具体的には、例えば図９に示すように、コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ≦ｍである整数）のコモン電極線ＣＬｉは、第ｉ行に配置される超音波トランスデューサー素子が有する第２の電極（例えば上部電極）に接続される。

コモン電極線ＣＬ１〜ＣＬ８には、コモン電圧ＶＣＯＭが供給される。このコモン電圧ＶＣＯＭは一定の直流電圧であればよく、０Ｖ、即ちグランド電位（接地電位）でなくてもよい。

そして送信期間では、送信信号電圧とコモン電圧との差の電圧が超音波トランスデューサー素子に印加され、所定の周波数の超音波が放射される。

なお、超音波トランスデューサー素子の配置は、図９に示すマトリックス配置に限定されず、いわゆる千鳥配置等であってもよい。

また図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）では、１つの超音波トランスデューサー素子が送信素子及び受信素子の両方に兼用される場合について示したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば送信素子用の超音波トランスデューサー素子、受信素子用の超音波トランスデューサー素子を別々に設けて、アレイ状に配置してもよい。

５．超音波画像装置
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に、本実施形態の超音波画像装置４００の具体的な構成例を示す。図１１（Ａ）は携帯型の超音波画像装置４００を示し、図１１（Ｂ）は据置型の超音波画像装置４００を示す。

携帯型及び据置型の超音波画像装置４００は共に、超音波測定装置１００、超音波プローブ２００、ケーブル３５０及び表示部４１０を含む。超音波プローブ２００は、超音波トランスデューサーデバイス２１０を含み、ケーブル３５０により超音波測定装置１００に接続される。表示部４１０は、表示用画像データを表示する。

超音波測定装置１００が有する送信部１１０、受信部１２０及び処理部１３０の少なくとも一部を超音波プローブ２００に設けることもできる。

以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、超音波測定装置及び超音波画像装置の構成、動作及び超音波測定方法も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 超音波トランスデューサー素子、２１ 第１電極層（下部電極）、
２２ 第２電極層（上部電極）、３０ 圧電体膜（圧電体層）、４０ 空洞領域、
４５ 開口部、５０ 振動膜、６０ 基板、
１００ 超音波測定装置、１１０ 送信部、１２０ 受信部、１３０ 処理部、
１４０ 記憶部、１５０ 入力受付部、
２００ 超音波プローブ、２１０ 超音波トランスデューサーデバイス、
２２０ 力センサー、３５０ ケーブル、４００ 超音波画像装置、４１０ 表示部

Claims (8)

1. 超音波トランスデューサーデバイスと、
   押圧力を測定する力センサーと、
   超音波ビームの送信処理を行う送信部と、
   前記超音波ビームが被検体により反射されたものである超音波エコーの受信処理を行う受信部と、
   前記受信部からの受信信号と前記力センサーからの検出情報とに基づいて解析処理を行う処理部とを含み、
   前記処理部は、
   前記受信部からの受信信号に基づき取得される前記被検体の生体組織層の厚さ情報と、前記力センサーからの前記被検体に加わる押圧力についての押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
2. 請求項１において、
   前記生体組織層が、異なる弾性定数を有する第１の生体組織層及び第２の生体組織層である場合に、
   前記処理部は、
   測定時に前記被検体に加わる押圧力が第１の押圧力である場合に、
   前記押圧力情報として、第１の押圧力情報を取得し、
   前記厚さ情報として、前記第１の生体組織層の第１の厚さ情報及び前記第２の生体組織層の第１の厚さ情報を取得し、
   測定時に前記被検体に加わる押圧力が前記第１の押圧力と異なる第２の押圧力である場合に、
   前記押圧力情報として、第２の押圧力情報を取得し、
   前記厚さ情報として、前記第１の生体組織層の第２の厚さ情報及び前記第２の生体組織層の第２の厚さ情報を取得し、
   取得した前記第１の押圧力情報、前記第２の押圧力情報、前記第１の生体組織層の前記第１の厚さ情報、前記第２の生体組織層の前記第１の厚さ情報、前記第１の生体組織層の前記第２の厚さ情報、及び前記第２の生体組織層の前記第２の厚さ情報に基づいて、前記第１の生体組織層の弾性情報及び前記第２の生体組織層の弾性情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
3. 請求項２において、
   前記処理部は、
   前記第１の押圧力情報をＦ１、前記第２の押圧力情報をＦ２、前記第１の生体組織層の前記第１の厚さ情報をＹａ１、前記第２の生体組織層の前記第１の厚さ情報をＹｂ１、前記第１の生体組織層の前記第２の厚さ情報をＹａ２、前記第２の生体組織層の前記第２の厚さ情報をＹｂ２、前記第１の生体組織層の初期厚さ情報をＹａ０、前記第２の生体組織層の初期厚さ情報をＹｂ０、前記第１の生体組織層の前記弾性情報をＫａ、前記第２の生体組織層の前記弾性情報をＫｂとした場合に、
   Ｆ１＝Ｋａ×（Ｙａ１−Ｙａ０）＋Ｋｂ×（Ｙｂ１−Ｙｂ０）、
   及び、
   Ｆ２＝Ｋａ×（Ｙａ２−Ｙａ０）＋Ｋｂ×（Ｙｂ２−Ｙｂ０）
   の関係式から、前記第１の生体組織層の前記弾性情報Ｋａ及び前記第２の生体組織層の前記弾性情報Ｋｂを求めることを特徴とする超音波測定装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記処理部は、
   前記受信部からの受信信号に基づいて超音波画像データを生成し、前記超音波画像データの解析処理を行って、前記生体組織層の厚さ情報を取得し、取得した前記生体情報の厚さ情報と前記押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
5. 請求項４において、
   前記処理部は、
   前記超音波画像データにおける輝度値のピークを検出することで前記生体組織層の境界を検出し、検出された前記生体組織層の前記境界の深さ方向の座標値から前記生体組織層の厚さ情報を求めることを特徴とする超音波測定装置。
6. 請求項４において、
   前記処理部は、
   前記超音波画像データにおける前記生体組織層の特徴点を抽出し、前記被検体に押圧力が加わることによる前記特徴点の変位量情報に基づいて、前記生体組織層の境界を検出することを特徴とする超音波測定装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の超音波測定装置と、
   前記処理部により生成された表示用画像データを表示する表示部とを含むことを特徴とする超音波画像装置。
8. 被検体に対して超音波ビームを送信する処理を行い、
   前記超音波ビームが前記被検体により反射されたものである超音波エコーを受信する処理を行い、
   測定時に前記被検体に加わる押圧力についての押圧力情報を取得し、
   前記超音波エコーの受信信号に基づく前記被検体の生体組織層の厚さ情報と、前記押圧力情報とに基づいて、前記生体組織層の弾性情報を求めることを特徴とする超音波測定方法。