JP6537706B2

JP6537706B2 - 超音波撮像装置および超音波受信信号の処理方法

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Publication number: JP6537706B2
Application number: JP2018508592A
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Inventors: 吉川　秀樹; 秀樹吉川; 貴司丸岡; 輝幸園山; 井上　敬章; 敬章井上
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Description

本発明は、超音波撮像装置および超音波受信信号の処理方法に係り、被検体内においてせん断波を発生させ、その伝搬速度を計測することにより、生体組織の性状を評価する技術に関する。

超音波やMRI（Magnetic Resonance Imaging）、X線CT（Computed Tomography）に代表される医療用の画像表示装置は、目視できない生体内の情報を数値または画像の形態で提示する装置として広く利用されている。中でも超音波を利用した画像表示装置は、他の装置と比較して高い時間分解能を備えており、拍動下の心臓を滲みなく画像化できる性能を持つ。

被検体である生体内を伝搬する超音波は主に縦波と横波に区別され、製品に搭載されている多くの技術、すなわち組織形態を映像化する技術や血流速度を計測する技術では、主に縦波（音速約1540m/s）の情報を利用している。

近年、横波（以降、せん断波）を利用して組織の弾性率を評価する技術が注目されており、慢性肝疾患や癌に対する臨床利用が進められている。この技術では、計測対象となる組織内部にせん断波を発生させ、その伝搬速度から弾性を評価する。せん断波を発生させる手法は、機械方式と放射圧方式に大別される。機械方式は、バイブレータ等を利用して体表面に1kHz程度の振動を与えてせん断波を発生させる方式で、振動源となる駆動装置が必要である。一方、放射圧方式は、超音波を組織内の局所に集中させる集束超音波を利用して生体内に音響放射圧を加え、瞬時的に発生する組織変位を利用してせん断波を発生させる。いずれの方式も、発生したせん断波の伝搬速度を、超音波による組織変位の計測結果から算出し、組織性状を評価する技術である。
特許文献１には、音響放射圧を利用した弾性評価技術が開示されている。本文献に記載の手法は、集束超音波を利用して組織内に放射力を発生させ、組織内にせん断波を伝搬させる。伝搬方向には超音波送受信を実施する複数の計測地点が設けられ、組織変位の時間変化が計測される。変位の計測結果を利用して各計測地点におけるせん断波の到来時間が計測され、伝搬波面の速度および弾性の評価値が算出される。

非特許文献１には、せん断波速度の周波数分散（位相速度）を利用した組織性状の評価方式が開示されている。超音波により計測する位相速度に対して、特定周波数の接線勾配を肝臓脂肪化の診断指標として利用している。

特表２０１０−５２６６２６号公報

K. R. Nightingale, et al., IEEE trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, 62, 1, (2015) pp.165

肝臓を始めとする消化器系組織や筋組織は、運動不足や老化により組織性状として脂肪化が進む。脂肪化は慢性疾患や重症疾患のリスク要因として重視されており、健診段階からの中長期的な観察が今後必要となると思われる。

特に、脂肪肝のうち非アルコール性脂肪肝（Nonalcoholic fatty liver：ＮＡＦＬ）は、予後良好な単純性脂肪肝と、進行性の非アルコール性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis：ＮＡＳＨ）に分けられる、単純性脂肪肝は、生活習慣により改善するが、ＮＡＳＨは、肝臓細胞が非可逆な変化を生じており、何割かが肝硬変さらに肝癌へと進行する。そのため、ＮＡＳＨと単純性脂肪肝を判別し、ＮＡＳＨには積極的な治療が行われる。単純性脂肪肝とＮＡＳＨとの判別は、現状では肝臓に針を刺す等して組織を一部取り出して検査する生検により行われている。

しかしながら、生検は被検体への負担が大きく、被検体が単純性脂肪肝であった場合には無用な検査となる。そのため、超音波撮像装置を用いて非侵襲で単純性脂肪肝とＮＡＳＨとを判別し、ＮＡＳＨの可能性が高い場合のみ生検を行って診断を確定することができれば、被検体への負担を軽減できメリットが大きい。

特許文献１の技術により得られる伝搬波面の速度および弾性の評価値や、非特許文献１の技術により得られるせん断波の位相速度の特定周波数における接線勾配を評価値とした場合、単純性脂肪肝とＮＡＳＨとで値が近かったり、値が重なっていることが多く、単純性脂肪肝とＮＡＳＨとを精度よく判別することが難しい。

以上を背景に、本発明の目的は、精度よく生体の組織性状を評価することのできる超音波撮像装置を提供することにある。

本発明によれば、波が伝搬している検査対象に向かって、超音波を送信させ、検査対象からの超音波を受信して得られた受信信号を受信する送受信制御部と、受信信号を用いて、検査対象の組織性状を評価する性状評価部と、を有する超音波撮像装置が提供される。性状評価部は、受信信号に基づいて検査対象を伝搬する波の速度を算出する速度算出部と、速度を用いて検査対象の組織性状を示す指標の値を算出する指標算出部とを有する。指標算出部は、予め求めておいた第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを用いて、第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを所定の比率で加算した加算後物性値に対応する波の伝搬速度が、速度算出部が算出した速度に対応する、第１の組織の物性値と第２の組織の物性値との比率を算出する。算出した比率を、検査対象の組織性状を示す指標の値とする。

本発明によれば、精度よく生体の組織性状を評価することのできる超音波撮像装置を提供することができる。

第１の実施形態の超音波撮像装置の一構成例のブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は、検査対象が肝臓である場合の近似モデルを示す説明図である。第１の実施形態の超音波撮像装置の動作を示すフローチャートである。（ａ），（ｂ）は、探触子から検査対象に放射される超音波を示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、速度算出部による位相速度算出の手順を示す説明図である。指標算出部の動作を示すフローチャートである。（ａ），（ｂ）は、表示部の表示画面例を示す説明図である。（ａ）は、第２の実施形態において周波数帯域ごとに算出される指標σを示すグラフであり、（ｂ）は、位相速度と周波数帯域ごとに指標σを算出する概念を示すグラフである。第３の実施形態のデータベースの構造を示すブロック図である。第３の実施形態において第１及び第２の組織（脂肪組織、肝組織）の位相速度から、物性値Ｊ_a ^＊と物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出し、検査対象の指標σを求める概念を示す説明図である。第４の実施形態において第１及び第２の組織（重症脂肪肝、正常肝）の位相速度から物性値Ｊ_a ^＊と物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出し、検査対象の指標σを求める概念を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従い説明する。なお、本明細書において、検査対象内で波を励起させ、伝搬させる方法としては、検査対象に振動を与える方法であればどのようなものでもよく、音響放射圧や加振装置などの機械的な加振方法の他、心拍動など検査対象自身による加振も含む。また、本実施形態では生体組織の組織性状として、脂肪化を対象として説明を進めるが、本発明の本質は、組織性状を精度よく表す指標を算出することにあり、対象とする組織性状は脂肪化に限定されるものではない。例えば、線維化に伴う組織の硬化のほか、のう胞や複雑な組織構成を持つ腫瘍組織を対象にした場合でも、原理的には本発明の指標を性状判断の情報として活用が可能である。

図１に実施形態の超音波撮像装置の一構成例のブロック図を示す。本実施形態の超音波撮像装置（超音波送受信装置）は、波が伝搬している検査対象１００に向かって、超音波を送信させ、検査対象１００からの超音波を受信して得られた受信信号を受信する送受信制御部１１と、検査対象１００の組織性状を評価する性状評価部１４と、を備えている。性状評価部１４は、送受信制御部１１が受信した受信信号を用いて検査対象１００の組織性状を評価する。

性状評価部１４は、受信信号に基づいて検査対象１００を伝搬する波の速度を算出する速度算出部１４ａと、算出した速度を用いて検査対象１００の組織性状を示す指標の値を算出する指標算出部１４ｂと、を備えている。指標算出部１４ａは、予め求めておいた第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを用いて、第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを所定の比率で加算し、加算後物性値を得る。この加算後物性値に対応する波の伝搬速度が、速度算出部１４ａが算出した速度に対応する（例えば、ほぼ同一になる）ように、第１の組織の物性値と第２の組織の物性値との加算の比率を決定する。求めた比率を、検査対象１００の組織性状を示す指標の値とする。

上記物性値は、粘性及び弾性の情報を含む複素数であることが好ましい。特に、物性値としては複素弾性率の逆数として定義される複素コンプライアンスを用いることが、装置実装を考慮した数値計算上で望ましい。

発明者らは、検査対象１００の組織を、典型的な第１の組織と第２の組織の混合組織であると近似し、その混合比率を組織性状を示す指標として用いる。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に検査対象１００が肝臓である場合の近似モデルを示す。検査対象１００が肝臓である場合、第１の組織は脂肪組織１００ｂであり、第２の組織は、検査対象の機能を実現する組織、すなわち肝組織１００ａであり（図２（ａ））、検査対象１００の肝臓の組織は、脂肪組織１００ｂと肝組織１００ａの混合組織である（図２（ｂ））と近似することができる。

このとき、発明者らは、第１及び第２の組織の物性値として、粘性η及び弾性Ｅの情報を含む複素数の物性値（Ｊ^＊）を用いることにより、図２（ｃ）のように、第１及び第２の組織の混合組織の物性値Ｊ^＊が、第１の組織の物性値Ｊ_a ^＊と第２の組織の物性値Ｊ_ｂ ^＊に比率σで重み付けした線形和で表されることを見出した。さらに詳しく説明すると、混合組織の物性値（Ｊ^＊）と応力Ｓとの積は、複合連成モデルにより下式（１−１）、（１−２）のように、各組織の物性値Ｊ_ｎ ^＊と応力Ｓとの積の総和で表される。ただし、ｎは、組織の番号を示す。

式（１−１）、（１−２）を展開することにより、下式（２）のように物性値Ｊ^＊が、第１の組織の物性値Ｊ_ａ ^＊と第２の組織の物性値Ｊ_ｂ ^＊に比率σで重み付けした線形和が導出される。

発明者らは、式（２）で表される物性値Ｊ_ａ ^＊、Ｊ_ｂ ^＊と比率σの線形和の物性値Ｊ^＊が、実際の生体組織の物性値Ｊ^＊の性状による変化とよく対応していることを見出した。よって、混合組織のモデルの混合比率σを、受信信号から求めた速度を実現するように決定することにより、混合組織の第１の組織の割合（σ）を求めることができ、例えば脂肪化の度合を示す指標としてσを用いることができる。発明者らの研究によると、単純性脂肪肝とＮＡＳＨは、σの値に明確な差があり、精度よく単純性脂肪肝とＮＡＳＨを判別することが可能である。

特にＪ^＊としてコンプライアンスを用いた場合には、σの値の差により、高精度に単純性脂肪肝とＮＡＳＨを判別できる。

なお、第１の組織および第２の組織は、脂肪組織と、検査対象１００の機能を実現する組織に限定されるものではなく、第１の組織として検査対象１００の部位が正常である場合の組織を用い、第２の組織を検査対象１００が疾患を患った場合の組織として、モデル化することも可能である。例えば、第１の組織として、正常肝組織を、第２の組織として重症脂肪肝の組織を用いてもよい。

以下、さらに詳しく説明する。

＜＜第１の実施形態＞＞
第１の実施形態の超音波撮像装置について図１を用いて詳しく説明する。

図１の第１の実施形態の超音波撮像装置の全体構成の概要を示す。超音波撮像装置は、探触子１０と、装置本体２０とを備えて構成される。装置本体２０には、表示部１５が接続されている。装置本体２０には、送受信制御部１１と、信号処理部１２が配置されている。送受信制御部１１は、探触子１０を構成する各振動子に受け渡す送信信号を生成する送信ビームフォーマ２１と、探触子１０の各振動子の出力から、検査対象１００内の所定の点についての受信信号を生成する受信ビームフォーマ２２とを備えている。

信号処理部１２は、受信ビームフォーマ２２の出力する受信信号を用いて、検査対象１００の画像を生成する画像構成部１３と、検査対象１００の組織性状を評価する性状評価部１４とを備えている。信号処理部１２には、データベースを格納した記憶部１６が接続されている。

また、送受信制御部１１と信号処理部１２には、動作を制御する制御部１７が接続されている。

制御部１７、性状評価部１４および画像構成部１３の機能は、ソフトウエアによって実現することも可能であるし、その一部または全部をハードウエアによって実現することも可能である。ソフトウエアによって実現する場合、制御部１７、性状評価部１４および画像構成部１３を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムを予め格納したメモリによって構成する。ＣＰＵがプログラムを読み込んで実行することにより、後述する制御部１７、性状評価部１４および画像構成部１３の機能を実現する。また、ハードウエアによって実現する場合には、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）のようなカスタムＩＣや、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）のようなプログラマブルＩＣを用い、後述する制御部１７、性状評価部１４および画像構成部１３の動作の少なくとも実現するように回路設計を行えばよい。

以下、各部の動作を具体的に説明する。ここでは、ソフトウエアにより実行する場合を例に説明する。

制御部１７は、内蔵するメモリに予め格納されているプログラムを内蔵するＣＰＵが読み込んで実行する。これにより、図３に示した超音波撮像装置の動作を示すフローチャートのように各部の制御を行う。

まず、制御部１７は、第１超音波を振動子１０から送信させて、検査対象１００内で放射圧を励起させ、せん断波を発生させる（ステップ１０１）。具体的には、制御部１７は、音響放射圧を生じさせる第１超音波を所定の位置に照射するための送信信号を送信ビームフォーマ２１に生成させる。送信ビームフォーマ２１が生成した送信信号は、探触子１０を構成する振動子にそれぞれ受け渡され、探触子１０は、所定の音響強度を有し、所定の深さの焦点に収束する第１超音波２３を所定の送信方向に送信する（ステップ１０１）。

図４（ａ），（ｂ）は、探触子１０から検査対象１００に放射される超音波を示している。第１超音波２３が検査対象１００の関心領域（ＲＯＩ）１００ａの所定の位置及び方向に照射され、第１超音波２３の音響放射圧により、検査対象１００内には波（縦波およびせん断波）が発生する。波は、第１超音波２３が照射された位置を起点に放射状に伝搬する。図４（ａ）、（ｂ）の図面では、右方向に伝搬する波面を計測する場合を例示している。以下、発生したせん断波を例に説明する。

制御部１７は、第２超音波を振動子１０から送信させ、組織の変位を計測する（ステップ１０２）。具体的には、制御部１７は、発生したせん断波による組織の変位を計測するために、１以上の第２超音波を探触子１０から所定の位置に所定のタイミングで照射するように送信ビームフォーマ２１に送信信号を生成させる。これにより、図４（ａ）のように、第１超音波２３により発生したせん断波が伝搬する方向に予め定めた間隔で複数の第２超音波２４を所定のタイミングで照射する。第２超音波２４を照射した箇所の検査対象１００から反射等した超音波は、探触子１０の振動子によって受信される。制御部１７は、受信ビームフォーマ２２を動作させて探触子の出力する信号について受信ビームフォーミングを行わせ、第２超音波２４の照射位置を中心とする１本の受信走査線上の各点について受信信号を得る。これを時間経過とともに繰り返す。画像構成部１３は、受信信号から検査対象の画像を構成する。性状評価部１４の速度算出部１４ａは、得られた画像に基づいて、検査対象１００におけるせん断波の所定の伝搬方向の各点の変位の時間変化を検出する（ステップ１０２）。

一方、図４（ｂ）の例では、第１超音波２３により生じたせん断波の伝搬方向に所定の範囲にわたって１つの第２超音波２４を照射する。第２超音波２４を照射した箇所の検査対象１００から反射等した超音波は、探触子１０の振動子によって受信される。制御部１７は、受信ビームフォーマ２２を動作させて、探触子１０の出力する信号から受信ビームフォーミングを行い、第２超音波２４の照射位置を中心とする複数本の受信走査線上の各点について受信信号を得る。これを時間経過とともに繰り返すことにより、速度算出部１４ａは、第１超音波２３の照射位置を起点とする複数の伝搬位置において、せん断波の伝搬による検査対象１００の変位を検出する。

なお、図４（ａ）の第２超音波２４の送受信パターンは、感度に優れるが何回も第２超音波２４を送信する必要があるため時間分解能が低下する。一方、図４（ｂ）の送受信パターンは、１回の第２超音波２４で複数本の受信走査線について受信信号を得ることができるため、時間分解能が高いが、第２超音波２４の照射範囲が広いため、感度があまり高くできない。検査対象１００の部位や、必要な時間分解能に応じて、図４（ａ），（ｂ）のいずれの送受信パターンを用いてもよい。

制御部１７は、速度算出部１４ａに指示して、せん断波の速度（ここでは例として位相速度）を算出させる（ステップ１０３〜１０５）。速度算出部１４ａの処理を図５を用いて説明する。図５は、速度算出部１４ａによる位相速度算出の手順を示す説明図である。図５（ａ）のように、検査対象１００の画像が上記ステップ１０２において画像構成部１３により構成され、速度算出部１４ａは、第１超音波２３の照射位置を起点とする複数の伝搬位置において、せん断波の伝搬による検査対象１００の変位の時間変化を検出する。速度算出部１４ａは、検出した変位を、時間と伝搬方向の距離（伝搬位置）ｘを２軸とするマップにプロットし、マップ（変位分布）を生成する（図５（ｂ））。速度算出部１４ａは、生成したマップを２次元フーリエ変換し、図５（ｃ）の時間周波数ｆ（Ｈｚ）と空間周波数ｋ（ｍ^−１）を２軸とする強度スペクトル分布を得る（ステップ１０３）。図５（ｃ）の強度スペクトル分布に示されるピーク位置を検出する（ステップ１０４）。ピーク位置の時間周波数ｆと空間周波数ｋの関係から、位相速度ＶをＶ＝ｆ／ｋにより算出する。これにより、図５（ｄ）のような位相速度の周波数依存性を算出する（ステップ１０５）。

つぎに、制御部１７は、性状評価部１４の指標算出部１４ｂを動作させる。これを図６のフローを用いて説明する。速度算出部１４ａが算出した位相速度について所定の周波数帯域ωの位相速度Ｖ（ω）を受け取る（ステップ２０１）。また、指標算出部１４ｂは、予め記憶部１６に格納されているデータベースから、第１の組織として肝組織の物性値Ｊ_a ^＊と第２の組織として脂肪組織の物性値Ｊ_ｂ ^＊をそれぞれ読みだす（ステップ２１０）。そして、指標算出部１４ｂは、上記式（２）により、第１の組織である肝組織の物性値Ｊ_a ^＊と第２の組織である脂肪組織の物性値Ｊ_ｂ ^＊を予め定めた比率σで混合した混合組織の物性値Ｊ^＊を算出する（ステップ２１１）。

つぎに、指標算出部１４ｂは、算出した混合組織の物性値Ｊ^＊から式（３）に基づいて、混合組織の物性値Ｊ^＊に対応する位相速度Ｖ（ω）を算出する（ステップ２１２）。なお、ρは、検査対象１００の密度であり、予め求めたおいた定数である。

指標算出部１４ｂは、ステップ２１２で算出した位相速度Ｖ（ω）とステップ２０１で受け取った速度算出部１４ａが算出した位相速度をＶ（ω）とを比較し、その差が所定値の範囲内である等、両者が対応しているかどうかを判定し、両者が対応していなければステップ２１１に戻って、比率σの値を所定量だけ変化させてステップ２１１〜２１３を繰り返す。ステップ２１３において、対応する位相速度Ｖ（ω）が得られている場合には、その時の比率σを組織性状を表す指標として決定する（ステップ２１４）。

指標σは、検査対象１００に占める脂肪組織の割合であり、単純脂肪肝とNASHとで異なる値を示す。図７（ａ）、（ｂ）は、表示部１５の表示画面例を示す説明図である。図７（ａ）の画面例のように、性状評価部１４は、画像構成部１３が生成した検査対象１００のＲＯＩ１００ａの画像とともに、指標算出部１４ｂが算出した指標σを、数値のまま表示部１５の表示領域１５ａに表示させてもよい。また、図７（ｂ）の画面例のように、画像構成部１３が生成した検査対象１００の画像に、指標σを色の濃淡や色調の変化に変換したものを、重畳させて表示部１５に表示させてもよい。この場合、指標の範囲が示す組織の深刻度を数段階で示す濃淡バーやカラーバー１５ｂ等を併せて表示することにより、ユーザーは、指標σの値と組織の深刻度を容易に把握することができる。例えば、図７（ａ），（ｂ）のように深刻度をシビア(Severe)、ミドル（Middle)、ノーマル（Normal)の３段階に表す濃淡バーやカラーバー１５ｂを表示する。

また、指標σと、予め定めておいた指標の範囲とを比較することにより、指標の範囲が示す組織の深刻度に置き換えて表示することも可能である。例えば、図７（ａ），（ｂ）のカラーバー１５ｂの示す３段階の組織の深刻度を表す色や濃淡に置き換えて表示する。

また、図７（ａ）のように、ＲＯＩ１００ａを検査対象１００の一部分にのみ設定することも可能である。図７（ｂ）のように、ＲＯＩ１００ａを二次元に設定し、検査対象１００全体を指標の数値に応じて配色し、二次元マップとして表示部１５に表示してもよい。

なお、記憶部１６のデータベースに予め格納しておく第１の組織および第２の組織の物性値Ｊ_a ^＊およびＪ_ｂ ^＊は、例えば、検査対象１００とは異なる被検体から提供された脂肪組織や肝組織について実測した物性値（複素コンプライアンス）であってもよいし、計算によって求めた値を用いることも可能である。

第１の実施形態によれば、位相速度に基づいて、脂肪肝等の脂肪化の指標σが得られる。複雑な組成を持つ生体組織に対し、弾性率や粘性率といった唯一つの物性を計測するのは極めて困難である。本実施形態は、組成の複雑性を含めた物性指標を予め保持し、この数値を基準に検査対象の数値の傾向を判定し、組織性状を反映した診断指標として利用するため、診断機能としての高精度化、および高い再現性が実現される。これにより客観的情報に基づく治療判断や生活習慣指導、術後の経過判定が可能である。本技術は、脂肪化以外の線維化や腫瘍性状の評価にも有効であり、適用する生体組織は特に限定されない。

なお、図６のフローでは、ステップ２１１において第１及び第２の組織の混合組織の物性値Ｊ^＊を求め、ステップ２１２において物性値Ｊ^＊に対応する位相速度Ｖ(ω）を算出して、算出した位相速度を、受信信号から算出した位相速度（ステップ２０１）と対比することにより、指標σを求めたが、本実施形態はこの手順に限られるものではない。受信信号から算出した位相速度（ステップ２０１）から、式（３）を用いて物性値Ｊ^＊を算出し、算出した物性値Ｊ^＊をステップ２１１で求めた混合組織の物性値Ｊ^＊と比較し、両者が対応する（例えば差が所定の範囲内になる）ように指標σの値を変化させてもよい。

また、本実施形態では、物性値として粘性と弾性の情報を含む複素数を用いたが、これに限られるものではなく、検査対象内の超音波の速度等の物理量を物性値の代わりに用いてもよい。

＜＜第２の実施形態＞＞
第２の実施形態の超音波撮像装置について説明する。図８（ａ）は、第２の実施形態において周波数帯域ごとに算出される指標σを示すグラフであり、図８（ｂ）は、位相速度と周波数帯域ごとに指標σを算出する概念を示すグラフである。

第１の実施形態では、検査対象１００について１つの周波数帯域の位相速度を求め、指標σを算出したが、第２の実施形態では、図５（ｄ）のように算出した位相速度の周波数依存特性に対して、図８（ｂ）のように、複数の周波数帯域Ｆ１〜Ｆ４を設定し、それぞれの周波数帯域について指標σ_Ｆ１〜σ_Ｆ４を求める。各周波数帯域Ｆ１〜Ｆ４のそれぞれにおいて指標σを求める動作は、第１の実施形態の図６のフローと同様である。

これにより、図８（ａ）のように周波数帯域Ｆ１〜Ｆ４においてそれぞれ指標σ_Ｆ１〜σ_Ｆ４を求められるため、指標σ_Ｆ１〜σ_Ｆ４の勾配値や平均値を算出することができる。よって、勾配値や平均値を用いて、組織の脂肪化等の評価を行うことが可能になる。例えば組織粘性は高周波域に、組織弾性は低周波域に強く現れる特徴があるため、周波数帯域毎に指標を算出することで、組織性状の判断指標として更なる高精度化が実現する。

即ち、ユーザの関心が特に粘性にある場合（例えば脂肪肝やのう胞）、高周波帯域の指標σをユーザの指示等により選択的に用いて、診断指標を算出することもできる。例えば、広帯域で全体的な組織性状を判断し、狭帯域でより詳細な組織性状を判断、とする形態も診断によって有効である。

他の構成および動作は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

＜＜第３の実施形態＞＞
第３の実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第１の実施形態では、記憶部１６のデータベースに第１の組織の物性値Ｊ_a ^＊と第２の組織の物性値Ｊ_ｂ ^＊が予め格納されており、図６のフローのステップ２１０においてそれらを読みだして用いる構成であったが、第３の実施形態では、図９のデータベースの構造を示すブロック図のように、データベースに第１および第２の組織の位相速度を格納する。第１の組織の位相速度の例として、肝細胞主体組織の位相速度や正常肝の位相速度がある。また、第２の組織の位相速度の例として、脂肪主体組織の位相速度や異常肝の位相速度がある。

第３の実施形態では、ステップ２１０において、第１および第２の組織の位相速度がデータベースから読み込まれ、式（３）を用いて、それぞれの位相速度に対応する物性値Ｊ_a ^＊と物性値Ｊ_ｂ ^＊が算出される。他のステップの動作および装置構成は、第１の実施形態と同様である。図１０は、第３の実施形態において第１及び第２の組織（脂肪組織、肝組織）の位相速度から、物性値Ｊ_a ^＊と物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出し、検査対象１００の指標σを求める概念を示す説明図である。この概念図に示すように、第１及び第２の組織（脂肪組織、肝組織）の位相速度から、低粘性を示す物性値Ｊ_a ^＊と高粘性を示す物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出し、検査対象１００である検査肝の中間粘性を示す物性値Ｊ^＊を算出して指標σを求めることができる。

位相速度は、組織を被検体内から取り出すことなく計測することができるため、他の被検体で実測した位相速度をデータベースに格納しておくことができる。よって、多数の被検体について実測した位相速度の平均値を物性値として用いることができるため、データベースの信頼性を向上させることができる。

＜＜第４の実施形態＞＞
第４の実施形態の超音波撮像装置について説明する。

第１の実施形態では、第１の組織として脂肪組織が、第２の組織として、その検査対象の機能を実現する組織（例えば肝組織）を用いたが、第１の組織として重症の疾患組織（例えば重症脂肪肝）を、第２の組織として、正常な組織（例えば正常肝）を用いてもよい。この場合、第１及び第２の組織（重症脂肪肝、正常肝）の位相速度を記憶部１６のデータベースに予め格納しておく。図１１は、第４の実施形態において第１及び第２の組織（重症脂肪肝、正常肝）の位相速度から物性値Ｊ_a ^＊と物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出し、検査対象１００の指標σを求める概念を示す説明図である。この概念図を示すように、指標算出部１４ｂは、第３の実施形態と同様に、重症脂肪肝の位相速度に基づいて低粘性を示す物性値Ｊ_a ^＊と高粘性を示す物性値Ｊ_ｂ ^＊を算出して、高粘性と低粘性の混合体である検査肝の中間粘性を示す物性値Ｊ^＊を算出し、検査対象１００の指標σを求めることが可能である。

位相速度は、組織を被検体内から取り出すことなく計測することができるため、重症の疾患組織（例えば重症脂肪肝）および正常な組織（例えば正常肝）について実測した位相速度をデータベースに格納しておくことができる。他の構成および動作は、第３の実施形態と同様である。

第４の実施形態は、第３実施形態と同様に、多数の被検体について実測した位相速度を物性値として用いることができるため、データベースの信頼性を向上させることができる。

１０…探触子、１１…送受信制御部、１２…信号処理部、１３…画像構成部、１４…性状評価部、１５…表示部、１６…データベースが格納された記憶部、１７…制御部、２１…送信ビームフォーマ、２２…受信ビームフォーマ、１００…検査対象

Claims

せん断波が伝搬している検査対象に向かって、超音波を送信させ、検査対象からの超音波を受信して得られた受信信号を受信する送受信制御部と、前記受信信号を用いて、前記検査対象の組織性状を評価する性状評価部を有し、
前記性状評価部は、前記受信信号に基づいて前記検査対象を伝搬する前記せん断波の周波数依存性を有する位相速度を算出する速度算出部と、前記位相速度を用いて前記検査対象の組織性状を示す指標の値を算出する指標算出部とを有し、
前記指標算出部は、予め求めておいた第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを用いて、前記第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを所定の比率で加算した加算後物性値に対応するせん断波の伝搬位相速度が、前記速度算出部が算出した前記位相速度に対応する、前記第１の組織の物性値と第２の組織の物性値との前記比率を算出し、前記比率を、前記検査対象の組織性状を示す指標の値とする、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記物性値は、粘性及び弾性の情報を含む複素数である、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項２に記載の超音波撮像装置であって、
前記物性値は、コンプライアンスである、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記速度算出部は、前記せん断波の１以上の周波数帯域ごとに前記位相速度を算出し、
前記指標算出部は、前記周波数帯域ごとに前記指標の値を算出する
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記指標算出部は、予め定めておいた１以上の組織性状と、その組織性状に対応する比率の値の範囲との関係に基づいて、前記算出した比率の値に対応する組織性状を求め、求めた組織性状を表示装置に表示させる、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記第１の組織は、脂肪組織であり、
前記第２の組織は、前記検査対象の機能を実現する組織である、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記第１の組織は、前記検査対象の部位が正常である場合の組織であり、
前記第２の組織は、前記検査対象が疾患を患った場合の組織である、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１に記載の超音波撮像装置であって、
前記速度算出部は、前記受信信号から、前記検査対象の前記せん断波の伝搬方向についての複数の位置ごとの、複数の時間における変位を表すマップを生成し、前記マップを２次元フーリエ変換することにより、時間周波数と空間周波数との関係を求め、前記関係から位相速度を算出する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
せん断波が伝搬している検査対象に向かって、超音波を送信させ、検査対象からの超音波を受信して得られた受信信号を受信する送受信制御部と、
前記受信信号に基づいて前記検査対象を伝搬する前記せん断波の周波数依存性を有する位相速度を算出し、予め求めておいた第１の組織の物性値及び第２の組織の物性値と、算出した前記位相速度と、に基づいて、前記検査対象の組織性状を評価する指標を算出する信号処理部と、を有し、
前記信号処理部は、
前記第１の組織の物性値及び前記第２の組織の物性値と、算出した前記位相速度と、に基づいて、前記検査対象を構成する前記第１の組織と前記第２の組織の比率を算出し、前記算出した比率を前記指標とする、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項９に記載の超音波撮像装置であって、
前記信号処理部は、
前記第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを前記比率で加算した加算後物性値に対応するせん断波の位相速度が、前記受信信号に基づいて算出した前記位相速度に対応するように前記比率を算出する、
ことを特徴とする超音波撮像装置。
請求項１０に記載の超音波撮像装置であって、
前記物性値は、粘性及び弾性の情報を含む複素数であり、
前記第１の組織は、脂肪組織であり、
前記第２の組織は、前記検査対象の機能を実現する組織であることを特徴とする超音波撮像装置。
せん断波が伝搬している検査対象に向かって、超音波を送信し、検査対象からの超音波を受信して受信信号を得るステップと、
前記受信信号に基づいて前記検査対象を伝搬する前記せん断波の周波数依存性を有する位相速度を算出するステップと、
予め求めておいた第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを用いて、前記第１の組織の物性値と第２の組織の物性値とを所定の比率で加算した加算後物性値に対応するせん断波の伝搬位相速度が、前記算出した前記せん断波の位相速度に対応する、前記第１の組織の物性値と第２の組織の物性値との前記比率を算出し、前記比率を、前記検査対象の組成性状を示す指標の値とするステップと、を含む、
ことを特徴とする超音波受信信号の処理方法。