JP7302651B2 - Ultrasonic signal processing device, ultrasonic diagnostic device, ultrasonic signal processing method, and program - Google Patents

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Description

本開示は、超音波診断装置の超音波信号処理方法に関し、特に、せん断波を用いた組織内のせん断波の伝播解析、および、組織の機械的特性の測定に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to an ultrasonic signal processing method for an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to analysis of shear wave propagation in tissue using shear waves and measurement of mechanical properties of tissue.

超音波診断装置は、超音波プローブを構成する複数の振動子から被検体内部に超音波を送信し、被検体組織の音響インピーダンスの差異により生じる超音波反射波(エコー)を受信し、得られた電気信号に基づいて被検体の内部組織の構造を示す超音波断層画像を生成して表示する医療用検査装置である。 An ultrasonic diagnostic apparatus transmits ultrasonic waves from a plurality of transducers that make up an ultrasonic probe into the subject, receives ultrasonic reflected waves (echoes) caused by differences in acoustic impedance of the subject's tissue, and obtains This is a medical examination apparatus that generates and displays an ultrasonic tomographic image showing the structure of the internal tissue of a subject based on the electrical signals obtained.

近年、この超音波の機械的特性を応用した組織の機械的特性の評価(SWSM:Shear Wave Speed Measurement、以後「せん断波速度計測」とする)が検査に用いられている。臓器、体組織内に発見された腫瘤等の機械的特性を非侵襲かつ簡易に計測することができるために、癌のスクリーニング検査において腫瘍の硬さなどを調べることや、肝臓疾患の検査において肝線維化の評価に用いることが期待されている。 In recent years, evaluation of tissue mechanical properties (SWSM: Shear Wave Speed Measurement, hereinafter referred to as "shear wave speed measurement") applying the mechanical properties of this ultrasonic wave is used in examinations. Because it is possible to noninvasively and easily measure the mechanical properties of tumors found in organs and body tissues, it is possible to examine the hardness of tumors in cancer screening tests, and liver disease tests in liver disease tests. It is expected to be used for evaluation of fibrosis.

このせん断波速度計測では、被検体内の関心領域(ROI:Region of Interest)を定めると共に、複数の振動子から被検体内の特定部位に超音波を集束させたプッシュ波(集束超音波、又は、ARFI:Acoustic Radiation Force Impulse)を送信した後、検出用の超音波(以後、「検出波」とする)の送信と反射波の受信とを複数回繰り返して、プッシュ波の音響放射圧により生じたせん断波の速度計測を行う。そして、せん断波の速度計測に基づいて弾性や粘性などの組織の機械的特性を推測することができる。 In this shear wave velocity measurement, a region of interest (ROI) in the subject is determined, and push waves (focused ultrasound or , ARFI: Acoustic Radiation Force Impulse), the transmission of ultrasonic waves for detection (hereinafter referred to as “detection waves”) and the reception of reflected waves are repeated multiple times, and the acoustic radiation pressure of push waves causes We measure the velocity of shear waves. The mechanical properties of tissue, such as elasticity and viscosity, can then be inferred based on shear wave velocity measurements.

せん断波速度計測を行う代表的な方法としては、被検体の複数の位置においてせん断波による変位を検出し、変位がピークとなる時刻をせん断波の波面の通過時刻とする方法がある。変位がピークとなる時刻を検出する方法としては、例えば、変位を時刻の関数として値が最大となる時刻を検出する方法(TTP:Time to Peak)が代表的な方法として用いられている(例えば、特許文献1)。 A typical method for measuring shear wave velocity is to detect displacements caused by shear waves at a plurality of positions on the subject, and determine the time at which the displacement peaks as the time at which the shear wave surface passes. As a method for detecting the time at which the displacement peaks, for example, a method of detecting the time at which the value of the displacement is maximized as a function of time (TTP: Time to Peak) is used as a typical method (for example, , Patent Document 1).

米国特許出願公開第2008/0249408号U.S. Patent Application Publication No. 2008/0249408 特表2014-503565号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-503565

しかしながら、変位がピークとなる時刻を検出しようとする観測点においてせん断波が減衰しているなど変位の時系列データのS/N比が高くない場合には、TTP法ではピークの誤検出や検出不能が起きやすい。したがって、例えば、相関処理や、特許文献2に開示の技術のように、他の方法で変位がピークとなる時刻を検出することが検討されている。一方で、変位の時系列データのS/N比が高い場合においてはTTP法のピーク時刻の精度が高いため、これら他の方法では、変位の時系列データのS/N比が高い場合におけるピーク時刻の精度がTTP法ほど高くないという課題がある。 However, if the S/N ratio of the displacement time-series data is not high, such as when the shear wave is attenuated at the observation point where the displacement peak time is to be detected, the TTP method may cause erroneous detection or detection of the peak. Impossibility is likely. Therefore, other methods, such as correlation processing and the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200028, are being studied to detect the time at which the displacement reaches its peak. On the other hand, when the S/N ratio of the displacement time-series data is high, the accuracy of the peak time of the TTP method is high. There is a problem that the time accuracy is not as high as that of the TTP method.

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、せん断波速度計測において、変位の時系列データのS/N比にかかわらず変位がピークとなる時刻の検出精度を向上させ、せん断波速度計測の信頼性を向上させることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems. The purpose is to improve the reliability of measurement.

本開示の一態様に係る超音波信号処理装置は、被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を超音波プローブに送信させるプッシュ波送信部と、前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させる検出波送信部と、前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換する検出波受信部と、前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成する整相加算部と、前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出する変位検出部と、前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する伝播状態推定部とを備え、前記伝播状態推定部は、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくすることを特徴とする。 An ultrasonic signal processing apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a push wave transmission unit that transmits a push wave for generating displacement in a subject to an ultrasonic probe, and following transmission of the push wave, the subject A detection wave transmitting unit that transmits a detection wave passing through a region of interest indicating a measurement target range in the ultrasonic probe, and an ultrasonic wave reflected from the region of interest corresponding to the detection wave using the ultrasonic probe a detection wave receiving unit that receives a sound wave and converts it into a received signal; a phasing addition unit that performs phasing addition for each of a plurality of positions within the region of interest to generate an acoustic line signal; a displacement detection unit that detects displacement at the observation point based on the acoustic line signal corresponding to each of the observation points; an estimating unit, wherein the propagation state estimating unit performs correlation processing between the time-series data of the displacement of the observation point and the reference time-series data in which the time at which the displacement reaches the maximum is known, so that the displacement at the observation point is the maximum. is estimated, and the gate width, which is the time width of the reference time-series data, is reduced as the displacement observation time is earlier with reference to the transmission time of the push wave pulse.

本開示によれば、上記構成により、観測時刻が大きい時刻、すなわち、せん断波が減衰して変位の時系列データのS/N比の高さが保証されない状況においては、ゲート幅を小さくし過ぎないことにより、ピークの誤検出や検出不能を防いで変位がピークとなる時刻を検出することができる。一方で、相関処理においてゲート幅を小さくするとTTP法と同様に高い検出精度が得られるため、観測時刻が小さい時刻、すなわち、せん断波の変位が大きい時刻においては相関処理におけるゲート幅を小さい構成とする。この構成により、TTP法が適している環境においては高い検出精度を得るとともに、TTP法が適していない環境においてもピーク時刻を検出することができるため、あらゆる環境に対し、検出感度を高くした状態で検出精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, with the above configuration, when the observation time is large, that is, when the shear wave is attenuated and the high S/N ratio of the displacement time-series data is not guaranteed, the gate width is made too small. Since there is no peak, it is possible to detect the time at which the displacement reaches the peak while preventing erroneous detection and impossibility of detection. On the other hand, if the gate width is made small in the correlation processing, high detection accuracy can be obtained as in the TTP method. do. With this configuration, high detection accuracy can be obtained in environments where the TTP method is suitable, and peak times can be detected even in environments where the TTP method is not suitable, so detection sensitivity is increased for all environments. can improve detection accuracy.

実施の形態に係る超音波診断装置100におけるせん断波速度計測を含むSWSシーケンスの概要を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of an SWS sequence including shear wave velocity measurement in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the embodiment; 超音波診断装置100を含む超音波診断システム1000の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of an ultrasonic diagnostic system 1000 including an ultrasonic diagnostic apparatus 100; FIG. (a)は、プッシュ波パルス発生部104で発生させるプッシュ波の送信焦点Fの位置を示す模式図、(b)は、検出波パルス発生部105で発生させる検出波パルスの構成概要を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing the position of the transmission focal point F of the push wave generated by the push wave pulse generator 104, and (b) is a schematic diagram showing the configuration outline of the detection wave pulse generated by the detection wave pulse generator 105. It is a diagram. (a)は、送信ビームフォーマ部106の構成を示す機能ブロック図、(b)は、受信ビームフォーマ部108の構成を示す機能ブロック図である。3A is a functional block diagram showing the configuration of a transmission beamformer section 106, and FIG. 3B is a functional block diagram showing the configuration of a reception beamformer section 108. FIG. プッシュ波の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline|summary of a push wave. (a)は、検出波送信の概要を示す模式図、(b)は、反射波受信の概要を示す模式図である。(a) is a schematic diagram showing an outline of detection wave transmission, and (b) is a schematic diagram showing an outline of reflected wave reception. 遅延処理部10831において、超音波の伝播経路の計算方法の概要を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an overview of a method of calculating a propagation path of ultrasonic waves in a delay processing unit 10831. FIG. 変位検出部109、伝播情報解析部110、機械的特性算出部111の構成を示す機能ブロック図である。3 is a functional block diagram showing configurations of a displacement detection unit 109, a propagation information analysis unit 110, and a mechanical characteristic calculation unit 111; FIG. 超音波診断装置100における統合SWSシーケンスの工程の概要を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an overview of the integrated SWS sequence process in the ultrasonic diagnostic apparatus 100; 超音波診断装置100におけるSWSM処理の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the operation of SWSM processing in the ultrasonic diagnostic apparatus 100; (a)から(c)は、プッシュ波パルスppによるせん断波の生成の様子を示す模式図である。(a) to (c) are schematic diagrams showing how a shear wave is generated by a push wave pulse pp. FIG. 変位検出及びせん断波の伝播解析の動作を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the operation of displacement detection and shear wave propagation analysis; 超音波診断装置100におけるせん断波の伝播情報解析の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the operation of shear wave propagation information analysis in the ultrasonic diagnostic apparatus 100. FIG. 観測時刻とゲート幅との関係の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the relationship between observation time and gate width. (a)~(f)は、相関処理によるピーク時刻の検出の概略を示す模式図である。(a) to (f) are schematic diagrams showing an overview of peak time detection by correlation processing. (a)、(b)は、変位の時系列変化の一例を示す模式図である。(a), (b) is a schematic diagram which shows an example of the time-series change of a displacement. (a)、(b)は、変位の時系列変化の一例を示す模式図である。(a), (b) is a schematic diagram which shows an example of the time-series change of a displacement. (a)から(c)は、ゲート幅と検出されたピーク時刻、および、ピーク時刻間の時差のばらつきを示す表である。(a) to (c) are tables showing variations in gate widths, detected peak times, and time differences between peak times.

≪発明を実施するための形態に至った経緯≫
発明者は、せん断波速度計測において、変位がピークとなる時刻の検出精度を向上させるために各種の検討を行った。
<<Background to the Form for Working the Invention>>
The inventor conducted various studies to improve the detection accuracy of the time when the displacement peaks in shear wave velocity measurement.

上述の通り、せん断波速度計測では、プッシュ波の送信に続けて、検出波の送受信を繰り返し行うことにより、被検体内の変位を検出し、その経時的な変化に基づいてせん断波の波面の位置を推定する。そして、波面の移動速度をせん断波の移動速度として算出を行う。せん断波の波面の位置推定としては、被検体内に複数の観測点を設け、各観測点において変位量が最大(ピーク)となった時刻(以下、「ピーク時刻」と呼ぶ)を検出して、ピーク時刻に観測点をせん断波の波面を通過したとみなす方法が一般的である。 As described above, in shear wave velocity measurement, the displacement in the subject is detected by repeating the transmission and reception of the detection wave following the transmission of the push wave. Estimate location. Then, the moving speed of the wave front is calculated as the moving speed of the shear wave. To estimate the position of the shear wave front, multiple observation points are set in the object, and the time at which the amount of displacement reaches a maximum (peak) at each observation point (hereafter referred to as the "peak time") is detected. , it is common to regard the observation point as having passed through the wave front of the shear wave at the peak time.

ピーク時刻の検出方法としては、例えば、特許文献1に記載されているように、時系列の変位の変化について、変位の値が最大となる時刻を検出する方法(TTP法)が挙げられる。より具体的には、変位を時間の関数とみなして、変位の値が最も大きい時刻を探し出すものである。例えば、プッシュパルスによる押圧箇所から近い位置では、せん断波はほとんど劣化していないため、変位を時間の関数とみなしたときに鋭いピークを有する。また、例えば、被検体の硬さが大きい場合は、せん断波の速度が速いため、プッシュパルスによる押圧箇所から離れた個所でも、変位を時間の関数とみなしたときに鋭いピークを有する。したがって、このような環境においては、TTP法により、高い精度で変位のピーク時刻を検出することができる。 As a peak time detection method, for example, as described in Patent Document 1, there is a method (TTP method) of detecting a time when a displacement value becomes maximum with respect to changes in time-series displacement. More specifically, the displacement is regarded as a function of time, and the time at which the displacement value is the largest is searched for. For example, at a position close to the position pressed by the push pulse, the shear wave is hardly degraded, and therefore has a sharp peak when the displacement is regarded as a function of time. Further, for example, when the hardness of the object to be examined is high, the speed of the shear wave is high, so even at a location distant from the location pressed by the push pulse, there is a sharp peak when the displacement is regarded as a function of time. Therefore, in such an environment, the TTP method can detect the peak time of displacement with high accuracy.

一方で、被検体組織の硬さが小さい、すなわち組織が柔らかい場合は、せん断波の速度が遅いため、変位を時間の関数とみなしたときにピークが鈍い。また、プッシュパルスによる押圧箇所から離れた個所では、せん断波は伝播により劣化するため、変位を時間の関数とみなしたときにピークが鈍い。一方で、雑音成分である変位の検出誤差は音響線信号の品質に依存し、信号成分である変位の大きさには依存しないため、変位の絶対量が小さくなると変位のS/N比は低下する。特に、プッシュパルスの送信時刻から離れた時刻ほどせん断波による変位が小さいため、このような時刻に係る変位については、TTP法では、雑音のピークを変位のピークとして誤認識したり、雑音に埋もれたピークを検出できなかったりなど、安定してピークを検出することが困難となる。すなわち、TTP法は、プッシュパルスの送信時刻から離れた時刻にピーク時刻が存在する場合には、ピーク時刻の検出を安定して行えない場合がある。 On the other hand, when the hardness of the subject tissue is small, that is, when the tissue is soft, the velocity of the shear wave is slow, so the peak is blunted when the displacement is regarded as a function of time. In addition, since the shear wave is degraded by propagation at a location distant from the location pressed by the push pulse, the peak is dull when the displacement is regarded as a function of time. On the other hand, the detection error of the displacement, which is a noise component, depends on the quality of the acoustic line signal, and does not depend on the magnitude of the displacement, which is the signal component. do. In particular, the displacement caused by the shear wave is smaller the further away from the transmission time of the push pulse. This makes it difficult to stably detect peaks. That is, the TTP method may not be able to stably detect the peak time when the peak time exists at a time distant from the transmission time of the push pulse.

他のピークを検出する方法としては、例えば、相関処理法が考えられる。相関処理法とは、基準となる基準系列データと対象となる系列データとの時間のずれを求める手法であり、基準系列データが系列データ内のどの時間の波形と一致度が高いかを相関値を算出することで見つける手法である。したがって、例えば、変位のピークが鈍い場合においても、鈍いピークを基準系列データとして用いて相関処理を行うことで、雑音の影響を排除し、安定してピークを検出することが可能となる。 As a method for detecting other peaks, for example, a correlation processing method can be considered. The correlation processing method is a method of finding the time lag between the reference sequence data and the target sequence data. It is a method to find by calculating Therefore, for example, even when the peak of displacement is dull, by performing correlation processing using the dull peak as the reference series data, it is possible to eliminate the influence of noise and stably detect the peak.

一方で、相関処理法においては、そのゲート幅をどのように設定するかという課題がある。ゲート幅とは、相関計算に用いる基準系列データのデータ長である。相関処理では演算数がゲート幅にほぼ比例するため、ゲート幅が広すぎると、演算負荷が大きくなる。また、ゲート幅が不適切に広い場合には、基準系列データにピーク以外の変位の時系列変化が含まれるため、不必要な基準系列データの影響でピークの検出精度が低下することがある。一方で、ゲート幅が非常に狭い場合には、基準系列データとの一致度より系列データの絶対値の方が相関値に強く影響を与えるため、実質的にTTP法と同じ特性を有し、TTP法の欠点をそのまま有するという課題がある。 On the other hand, the correlation processing method has a problem of how to set the gate width. The gate width is the data length of reference sequence data used for correlation calculation. Since the number of calculations in correlation processing is approximately proportional to the gate width, if the gate width is too wide, the calculation load increases. In addition, if the gate width is inappropriately wide, the reference series data includes time-series changes in displacement other than the peak. Therefore, the peak detection accuracy may decrease due to the influence of unnecessary reference series data. On the other hand, when the gate width is very narrow, the absolute value of the series data has a stronger effect on the correlation value than the degree of matching with the reference series data, so it has substantially the same characteristics as the TTP method, There is a problem of having the drawback of the TTP method as it is.

そこで、発明者は、相関処理法におけるゲート幅の設定方法について検討し、本開示に係る超音波信号処理装置、超音波診断装置、および、超音波信号処理方法に想到するに至ったものである。 Therefore, the inventor studied a gate width setting method in the correlation processing method, and came up with the ultrasonic signal processing apparatus, the ultrasonic diagnostic apparatus, and the ultrasonic signal processing method according to the present disclosure. .

以下、実施の形態に係る超音波画像処理方法及びそれを用いた超音波診断装置について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an ultrasonic image processing method and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

≪実施の形態≫
超音波診断装置100は、せん断波速度計測により被検体の機械的特性を評価する処理を行う。図1は、超音波診断装置100における、せん断波速度計測を含むSWSシーケンスの概要を示す概略図である。図1中央の枠に示すように、超音波診断装置100の処理は、「基準検出波パルス送受信」、「プッシュ波パルス送信」、「検出波パルス送受信」、「機械的特性算出」の工程から構成される。
<<Embodiment>>
The ultrasonic diagnostic apparatus 100 performs processing for evaluating the mechanical properties of a subject by shear wave velocity measurement. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of an SWS sequence including shear wave velocity measurement in an ultrasonic diagnostic apparatus 100. As shown in FIG. As shown in the frame in the center of FIG. 1, the processing of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes the steps of “transmission/reception of reference detection wave pulse”, “transmission of push wave pulse”, “transmission/reception of detection wave pulse”, and “calculation of mechanical characteristics”. Configured.

「基準検出波パルス送受信」の工程では、超音波プローブに基準検出波パルスpwp0を送信して、複数の振動子に被検体中の関心領域roiに対応する範囲に検出波pw0の送信と反射波ecの受信とを行わせて、組織の初期位置の基準となる音響線信号を生成する。 In the step of "transmitting and receiving a reference detection wave pulse", the reference detection wave pulse pwp0 is transmitted to the ultrasonic probe, and the detection wave pw0 is transmitted to a range corresponding to the region of interest roi in the subject and the reflected wave is transmitted to a plurality of transducers. ec is received to generate an acoustic line signal that serves as a reference for the initial position of the tissue.

「プッシュ波パルス送信」の工程では、超音波プローブにプッシュ波パルスpppを送信して、複数の振動子に被検体内の特定部位に超音波を収束させたプッシュ波ppを送信させて、被検体組織にせん断波を励起させる。 In the step of "push wave pulse transmission", a push wave pulse ppp is transmitted to the ultrasonic probe, and a plurality of transducers are caused to transmit the push wave pp by converging ultrasonic waves to a specific site in the subject. A shear wave is excited in the specimen tissue.

その後、「検出波パルス送受信」の工程で、超音波プローブに検出波パルスpwplを送信し、複数の振動子に検出波pwlの送信と反射波ecの受信とを複数回行わせることで、せん断波伝播状態を計測する。「機械的特性算出」の工程では、まず、せん断波の伝播に伴う組織の変位分布pt1を時系列に算出して、次に、変位分布pt1の時系列な変化から組織の機械的特性を表すせん断波の伝播速度を算出するせん断波伝播解析を行い、最後に、機械的特性を画像化し画像として表示する。 After that, in the step of "transmitting and receiving a detection wave pulse", a detection wave pulse pwpl is transmitted to the ultrasonic probe, and a plurality of transducers are caused to transmit the detection wave pwl and receive the reflected wave ec a plurality of times. Measure wave propagation conditions. In the process of "mechanical property calculation", first, the displacement distribution pt1 of the tissue accompanying the propagation of the shear wave is calculated in time series, and then the mechanical property of the tissue is expressed from the time-series change in the displacement distribution pt1. A shear wave propagation analysis is performed to calculate the shear wave propagation velocity, and finally the mechanical properties are imaged and displayed as an image.

以上に示した、プッシュ波pp送信に基づく1回のせん断波の励起に伴う一連の工程を、「SWSシーケンス」(SWS:Shear Wave Speed)と呼ぶ。 A series of processes accompanying one shear wave excitation based on the push wave pp transmission shown above is called an "SWS sequence" (SWS: Shear Wave Speed).

<超音波診断システム1000>
1.装置概要
実施の形態に係る超音波診断装置100を含む超音波診断システム1000について、図面を参照しながら説明する。図2は、実施の形態に係る超音波診断システム1000の機能ブロック図である。図2に示すように、超音波診断システム1000は、被検体に向けて超音波を送信し、その反射波を受信する複数の振動子(振動子列)101aが表面に列設された超音波プローブ101(以下、「プローブ101」とする)、プローブ101に超音波の送受信を行わせプローブ101からの出力信号に基づき超音波信号を生成する超音波診断装置100、検査者からの操作入力を受け付ける操作入力部102、超音波画像を画面上に表示する表示部113を有する。プローブ101、操作入力部102、表示部113は、それぞれ、超音波診断装置100に各々接続可能に構成されている。
<Ultrasound diagnostic system 1000>
1. Apparatus Overview An ultrasonic diagnostic system 1000 including an ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a functional block diagram of the ultrasonic diagnostic system 1000 according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the ultrasonic diagnostic system 1000 transmits ultrasonic waves toward a subject and receives reflected waves of the ultrasonic waves having a plurality of transducers (array of transducers) 101a arranged on the surface thereof. A probe 101 (hereinafter referred to as "probe 101"), an ultrasonic diagnostic apparatus 100 that causes the probe 101 to transmit and receive ultrasonic waves and generates an ultrasonic signal based on an output signal from the probe 101, and an operator input. It has an operation input unit 102 that accepts and a display unit 113 that displays an ultrasound image on the screen. The probe 101 , the operation input unit 102 and the display unit 113 are each configured to be connectable to the ultrasonic diagnostic apparatus 100 .

次に、超音波診断装置100に外部接続される各要素について説明する。 Next, each element externally connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 100 will be described.

2.プローブ101
プローブ101は、例えば一次元方向(以下、「振動子列方向」とする)に配列された複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を有する。プローブ101は、後述の送信ビームフォーマ部106から供給されたパルス状の電気信号(以下、「送信信号」とする)をパルス状の超音波に変換する。プローブ101は、プローブ101の振動子側外表面を被検体の皮膚表面等に超音波ジェル等を介して当てた状態で、複数の振動子から発せられる複数の超音波からなる超音波ビームを測定対象に向けて送信する。そして、プローブ101は、被検体からの複数の反射検出波(以下、「反射波」とする)を受信し、複数の振動子101aによりこれら反射波をそれぞれ電気信号に変換して超音波診断装置100に供給する。
2. probe 101
The probe 101 has, for example, a transducer array (101a) composed of a plurality of transducers 101a arranged in a one-dimensional direction (hereinafter referred to as "transducer array direction"). The probe 101 converts a pulsed electrical signal (hereinafter referred to as a “transmission signal”) supplied from a transmission beamformer 106, which will be described later, into a pulsed ultrasonic wave. The probe 101 measures an ultrasonic beam composed of a plurality of ultrasonic waves emitted from a plurality of transducers in a state in which the transducer-side outer surface of the probe 101 is applied to the skin surface of the subject via ultrasound gel or the like. Send to target. The probe 101 receives a plurality of reflected detection waves (hereinafter referred to as "reflected waves") from the subject, converts these reflected waves into electrical signals by a plurality of transducers 101a, and converts the reflected waves into electrical signals for use in the ultrasonic diagnostic apparatus. 100 supplies.

3.操作入力部102
操作入力部102は、検査者からの超音波診断装置100に対する各種設定・操作等の各種操作入力を受け付け、超音波診断装置100の制御部115に出力する。
3. Operation input unit 102
The operation input unit 102 receives various operation inputs such as various settings and operations for the ultrasonic diagnostic apparatus 100 from the examiner, and outputs them to the control unit 115 of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 .

操作入力部102は、例えば、表示部113と一体に構成されたタッチパネルであってもよい。この場合、表示部113に表示された操作キーに対してタッチ操作やドラッグ操作を行うことで超音波診断装置100の各種設定・操作を行うことができ、超音波診断装置100がこのタッチパネルにより操作可能に構成される。また、操作入力部102は、例えば、各種操作用のキーを有するキーボードや、各種操作用のボタン、レバー等を有する操作パネルやマウス等であってもよい。 The operation input unit 102 may be, for example, a touch panel integrated with the display unit 113 . In this case, various settings and operations of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 can be performed by performing a touch operation or a drag operation on the operation keys displayed on the display unit 113, and the ultrasonic diagnostic apparatus 100 can be operated by this touch panel. configured as possible. Further, the operation input unit 102 may be, for example, a keyboard having keys for various operations, an operation panel, a mouse, etc. having buttons and levers for various operations.

4.表示部113
表示部113は、いわゆる画像表示用の表示装置であって、後述する表示制御部112からの画像出力を画面に表示する。表示部113には、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、CRT等を用いることができる。
4. Display unit 113
The display unit 113 is a display device for so-called image display, and displays an image output from the display control unit 112, which will be described later, on the screen. A liquid crystal display, an organic EL display, a CRT, or the like can be used for the display unit 113 .

<超音波診断装置100の構成概要>
次に、実施の形態に係る超音波診断装置100について説明する。
<Overview of Configuration of Ultrasound Diagnostic Apparatus 100>
Next, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the embodiment will be described.

超音波診断装置100は、プローブ101の複数ある振動子101aのうち、送信又は受信の際に用いる振動子を各々に選択し、選択された振動子に対する入出力を確保するマルチプレクサ部107、超音波の送信を行うためにプローブ101の各振動子101aに対する高電圧印加のタイミングを制御する送信ビームフォーマ部106と、プローブ101で受信した反射波に基づき、受信ビームフォーミングして音響線信号を生成する受信ビームフォーマ部108を有する。 The ultrasonic diagnostic apparatus 100 selects each of the transducers 101a of the probe 101 to be used for transmission or reception, and secures input/output for the selected transducer. A transmission beamformer unit 106 that controls the timing of applying a high voltage to each transducer 101a of the probe 101 in order to transmit a signal, and a reception beamforming unit 106 based on the reflected wave received by the probe 101 to generate an acoustic line signal. It has a receive beamformer unit 108 .

また、操作入力部102からの操作入力に基づき被検体内の計測対象範囲を表す関心領域roiを複数の振動子101aを基準に設定する関心領域設定部103、複数の振動子101aにプッシュ波パルスpppを送信させるプッシュ波パルス発生部104、プッシュ波パルスpppに続き検出波パルスpwplを複数回送信させる検出波パルス発生部105を有する。 Further, a region of interest setting unit 103 sets a region of interest roi representing a measurement target range in the subject based on an operation input from the operation input unit 102 with reference to a plurality of transducers 101a, and a push wave pulse is applied to the plurality of transducers 101a. It has a push wave pulse generator 104 for transmitting ppp, and a detection wave pulse generator 105 for transmitting detection wave pulse pwpl multiple times following the push wave pulse ppp.

また、音響線信号から関心領域roi内の組織の変位を検出する変位検出部109、検出した組織の変位からせん断波の伝播情報解析を行い関心領域roi内の各観測点におけるせん断波の波面到達時間を算出する伝播情報解析部110、関心領域roi内の各観測点におけるせん断波の伝播速度、および/又は、機械的特性を算出する機械的特性算出部111を有する。 Further, a displacement detection unit 109 detects the displacement of the tissue within the region of interest roi from the acoustic ray signal, analyzes the propagation information of the shear wave from the detected displacement of the tissue, and detects the wavefront arrival of the shear wave at each observation point within the region of interest roi. It has a propagation information analysis unit 110 that calculates time and a mechanical property calculator 111 that calculates the shear wave propagation velocity and/or mechanical properties at each observation point in the region of interest roi.

また、受信ビームフォーマ部108が出力する音響線信号、変位検出部109が出力する変位量データ、伝播情報解析部110が出力する波面到達時間データ、機械的特性算出部111が出力する機械的特性データ等を保存するデータ格納部114、表示画像を構成して表示部113に表示させる表示制御部112、さらに、各構成要素を制御する制御部115を備える。 Acoustic ray signals output by the reception beam former unit 108, displacement amount data output by the displacement detection unit 109, wavefront arrival time data output by the propagation information analysis unit 110, and mechanical characteristics output by the mechanical characteristics calculation unit 111 A data storage unit 114 for storing data and the like, a display control unit 112 for forming a display image and displaying it on the display unit 113, and a control unit 115 for controlling each component are provided.

このうち、マルチプレクサ部107、送信ビームフォーマ部106、受信ビームフォーマ部108、プッシュ波パルス発生部104、検出波パルス発生部105、関心領域設定部103、変位検出部109、伝播情報解析部110、機械的特性算出部111、制御部115は、超音波信号処理回路150を構成する。また、プッシュ波パルス発生部104と送信ビームフォーマ部106とはプッシュ波送信部1041を、検出波パルス発生部105と送信ビームフォーマ部106とは検出波送信部1051をそれぞれ構成する。 Among these, a multiplexer unit 107, a transmission beamformer unit 106, a reception beamformer unit 108, a push wave pulse generation unit 104, a detection wave pulse generation unit 105, a region of interest setting unit 103, a displacement detection unit 109, a propagation information analysis unit 110, The mechanical property calculator 111 and the controller 115 constitute an ultrasonic signal processing circuit 150 . Push wave pulse generating section 104 and transmission beam former section 106 constitute push wave transmitting section 1041, and detection wave pulse generating section 105 and transmission beam former section 106 constitute detection wave transmitting section 1051, respectively.

超音波信号処理回路150を構成する各要素、例えば、変位検出部109、伝播情報解析部110、機械的特性算出部111は、それぞれ、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェア回路により実現される。あるいは、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサと、メモリと、当該プロセッサを動作させるソフトウェアとにより実現される構成であってもよく、特にGPUを用いた構成はGPGPU(General-Purpose computing on Graphics Processing Unit)と呼ばれる。これらの構成要素は一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。また、複数の構成要素を組合せて一個の回路部品とすることができるし、複数の回路部品の集合体にすることもできる。 Each element constituting the ultrasonic signal processing circuit 150, for example, the displacement detection unit 109, the propagation information analysis unit 110, and the mechanical characteristic calculation unit 111, for example, FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated circuit). Alternatively, it may be a configuration realized by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or GPU (Graphics Processing Unit), a memory, and software that operates the processor. General-Purpose computing on Graphics Processing Unit). These components can be single circuit components or aggregates of multiple circuit components. Also, a plurality of components can be combined to form a single circuit component, or a plurality of circuit components can be aggregated.

データ格納部114は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ハードディスク、半導体メモリ、フレキシブルディスク、MO、DVD、BD等を用いることができる。また、データ格納部114は、NAS(Network Attached Storage)など超音波診断装置100に外部から接続された記憶装置であってもよい。 The data storage unit 114 is a computer-readable recording medium such as a hard disk, a semiconductor memory, a flexible disk, an MO, a DVD, or a BD. The data storage unit 114 may be a storage device such as a NAS (Network Attached Storage) externally connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 100 .

なお、本実施の形態に係る超音波診断装置100は、図2で示した構成の超音波診断装置に限定されない。例えば、マルチプレクサ部107が不要な構成もあるし、プローブ101に送信ビームフォーマ部106や受信ビームフォーマ部108、またはその一部などが内蔵される構成であってもよい。 Note that the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the present embodiment is not limited to the ultrasonic diagnostic apparatus having the configuration shown in FIG. For example, there is a configuration in which the multiplexer section 107 is unnecessary, and a configuration in which the transmission beam former section 106, the reception beam former section 108, or a portion thereof is built in the probe 101 may be employed.

<超音波診断装置100の各部構成>
次に、超音波診断装置100に含まれる各ブロックの構成について説明する。
<Configuration of Each Part of Ultrasound Diagnostic Apparatus 100>
Next, the configuration of each block included in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 will be described.

1.関心領域設定部103
一般に、表示部113にプローブ101によりリアルタイムに取得された被検体の断層画像であるBモード画像が表示されている状態において、操作者は、表示部113に表示されているBモード画像を指標として、被検体内の計測対象範囲を指定し操作入力部102に入力する。関心領域設定部103は、操作入力部102から操作者により指定された情報を入力として設定し、制御部115に出力する。このとき、関心領域設定部103は、被検体内の計測対象範囲を示す関心領域roiをプローブ101にある複数の振動子101aからなる振動子列(101a)の位置を基準に設定してもよい。例えば、関心領域roiは、複数の振動子101aからなる振動子列(101a)を含む検出波照射領域Ax内の全部又は一部領域であってもよい。
1. Region of interest setting unit 103
Generally, in a state in which a B-mode image, which is a tomographic image of the subject acquired by the probe 101 in real time, is displayed on the display unit 113, the operator uses the B-mode image displayed on the display unit 113 as an index. , the measurement target range within the subject is specified and input to the operation input unit 102 . The region-of-interest setting unit 103 sets the information specified by the operator through the operation input unit 102 as an input, and outputs the information to the control unit 115 . At this time, the region-of-interest setting unit 103 may set the region-of-interest roi indicating the measurement target range in the subject based on the position of the transducer array (101a) composed of the plurality of transducers 101a in the probe 101. . For example, the region of interest roi may be all or part of the detection wave irradiation area Ax including the transducer array (101a) made up of a plurality of transducers 101a.

2.プッシュ波パルス発生部104
プッシュ波パルス発生部104は、制御部115から関心領域roiを示す情報を取得し、関心領域roiの近傍又は内部の所定位置に特定点を設定する。そして、複数の振動子101aに送信ビームフォーマ部106からプッシュ波パルスpppを送信させることにより、複数の振動子101aに特定点(以下、「送信焦点FP」とする。)に対応する被検体中の特定部位に超音波ビームが集束するプッシュ波ppを送信させる。これにより、被検体中の特定部位にせん断波を励起させる。なお、ここでは特定点の数は1であるとしたが、上記に限定されず、例えば、n個の送信焦点FPk(k=1~n)に対応するn個の被検体中の特定部位それぞれに収束するプッシュ波ppk(k=1~n)を順次送信させるとしてもよい。
2. Push wave pulse generator 104
The push wave pulse generation unit 104 acquires information indicating the region of interest roi from the control unit 115, and sets a specific point at a predetermined position near or inside the region of interest roi. Then, by causing the plurality of transducers 101a to transmit the push wave pulse ppp from the transmission beamformer 106, the plurality of transducers 101a correspond to a specific point (hereinafter referred to as “transmission focus FP”) in the subject. A push wave pp that focuses an ultrasonic beam on a specific site of is transmitted. This excites a shear wave at a specific site in the subject. Although the number of specific points is assumed to be 1 here, it is not limited to the above. Push waves pp k (k=1 to n) that converge on each may be transmitted sequentially.

具体的には、プッシュ波パルス発生部104は、関心領域roiを示す情報に基づき、プッシュ波の送信焦点FPの位置とプッシュ波pppを送信させる振動子列(以後、「プッシュ波送信振動子列Px」とする)を以下に示すように決定する。 Specifically, the push wave pulse generating unit 104 determines the position of the transmission focal point FP of the push wave and the transducer array for transmitting the push wave ppp (hereinafter referred to as the “push wave transmission transducer array”) based on the information indicating the region of interest roi. Px”) is determined as follows.

図3(a)は、プッシュ波パルス発生部104で発生させるプッシュ波pppの送信焦点FPの位置を示す模式図である。関心領域roiの列方向長さw及び被検体深さ方向の長さhが、それぞれ平面波による超音波照射範囲の列方向長さa及び被検体深さ方向の長さb以下であり、超音波照射範囲の中心付近に関心領域roiが設定される場合を例に説明する。本実施の形態では、図3(a)に示すように、送信焦点FPの列方向送信焦点位置fxは関心領域roiの列方向中心位置wcと一致する構成とした。 FIG. 3A is a schematic diagram showing the position of the transmission focal point FP of the push wave ppp generated by the push wave pulse generator 104. FIG. the length w in the column direction and the length h in the depth direction of the subject of the region of interest roi are equal to or less than the length a in the column direction and the length b in the depth direction of the subject of the ultrasonic irradiation range of plane waves, respectively; A case where the region of interest roi is set near the center of the irradiation range will be described as an example. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the column-direction transmission focal position fx of the transmission focal point FP is configured to match the column-direction center position wc of the region of interest roi.

また、プッシュ波送信振動子列Pxは、深さ方向送信焦点位置fzに基づき設定される。本実施の形態では、プッシュ波パルス送信振動子列Pxの長さは複数の振動子101a全部の列の長さaとする構成とした。 Also, the push wave transmission transducer array Px is set based on the depth direction transmission focal position fz. In this embodiment, the length of the row of push wave pulse transmitting transducers Px is set to the length a of all the plurality of transducers 101a.

送信焦点FPの位置と、プッシュ波送信振動子列Pxを示す情報は、プッシュパルスpppのパルス幅PW、印加開始時刻PTとともに、送信制御信号として送信ビームフォーマ部106に出力される。また、印加開始時刻PTの時間間隔PIを含めてもよい。なお、プッシュ波パルスpppのパルス幅PW、印加開始時刻PT、及び時間間隔PIについては後述する。 Information indicating the position of the transmission focal point FP and the push wave transmission transducer array Px is output to the transmission beam former section 106 as a transmission control signal together with the pulse width PW and application start time PT of the push pulse ppp. Also, the time interval PI between the application start times PT may be included. The pulse width PW, application start time PT, and time interval PI of the push wave pulse ppp will be described later.

なお、関心領域roiと送信焦点FPとの位置関係は上記に限られず、被検体の検査すべき部位の形態等により適宜変更してもよい。 Note that the positional relationship between the region of interest roi and the transmission focus FP is not limited to the above, and may be changed as appropriate depending on the form of the site to be inspected of the subject.

例えば、図3(a)に示す例を、送信焦点FPの位置のうち列方向送信焦点位置fxが関心領域roiの列方向中心位置wcからx軸の正又は負の方向にオフセットされた構成に変更してもよい。この場合、関心領域幅wと振動子列の列方向中心は異なる構成となる。さらに、送信焦点FPのうち列方向焦点位置fxが、関心領域roiの列方向中心wcからx軸の正又は負の方向にオフセットされ関心領域roi外に位置するような構成としてもよい。 For example, the example shown in FIG. 3A is configured such that the column-direction transmission focal position fx among the positions of the transmission focal points FP is offset from the column-direction central position wc of the region of interest roi in the positive or negative direction of the x-axis. You can change it. In this case, the width w of the region of interest and the center of the transducer array in the column direction are different. Further, the column-direction focal position fx of the transmission focal points FP may be offset from the column-direction center wc of the region of interest roi in the positive or negative direction of the x-axis and positioned outside the region of interest roi.

また、関心領域roiの近傍であって関心領域roi外の所定位置に送信焦点FPを設定する構成としてもよい。このとき、関心領域roiの近傍に設定する場合には、送信焦点FPは関心領域roiに対してせん断波が関心領域roiへ到達可能な距離に設定される。 Alternatively, the transmission focal point FP may be set at a predetermined position near the region of interest roi and outside the region of interest roi. At this time, when setting in the vicinity of the region of interest roi, the transmission focal point FP is set to a distance at which the shear wave can reach the region of interest roi with respect to the region of interest roi.

なお、プッシュ波による超音波ビームが「集束」するとは、超音波ビームが絞られフォーカスビームであること、すなわち、超音波ビームに照射される面積が送信後に減少し特定の深さにおいて最小値を採ることを指し、超音波ビームが1点にフォーカスされる場合に限られない。この場合、「送信焦点FP」とは、超音波ビームが集束する深さにおける超音波ビーム中心をさす。 It should be noted that the ultrasonic beam "focused" by the push wave means that the ultrasonic beam is narrowed and focused. It is not limited to the case where the ultrasonic beam is focused on one point. In this case, the “transmission focus FP” refers to the center of the ultrasound beam at the depth at which the ultrasound beam is focused.

送信焦点Fの位置と、プッシュ波送信振動子列Pxを示す情報は、プッシュ波パルスpppのパルス幅とともに、送信制御信号として送信ビームフォーマ部106に出力される。 Information indicating the position of the transmission focal point F and the push wave transmission transducer array Px is output to the transmission beam former unit 106 as a transmission control signal together with the pulse width of the push wave pulse ppp.

3.検出波パルス発生部105
検出波パルス発生部105は、制御部115から関心領域roiを示す情報を入力し、複数の振動子101aに送信ビームフォーマ部106から検出波パルスpwplを複数回送信させることにより超音波ビームが関心領域roiを通過するよう、検出波パルス送信振動子列Txに属する複数の振動子101aに検出波pwを送信させる。具体的には、検出波パルス発生部105は、関心領域roiを示す情報に基づき、超音波ビームが関心領域roiを通過するよう、検出波パルスpwplを送信させる振動子列(以後、「検出波送信振動子列Tx」とする)を決定する。
3. Detection wave pulse generator 105
The detection wave pulse generation unit 105 receives information indicating the region of interest roi from the control unit 115, and causes the plurality of transducers 101a to transmit the detection wave pulse pwpl from the transmission beam former unit 106 a plurality of times, thereby generating the ultrasonic beams of interest. The plurality of transducers 101a belonging to the detection wave pulse transmission transducer array Tx are caused to transmit the detection wave pw so as to pass through the region roi. Specifically, the detection wave pulse generating unit 105, based on information indicating the region of interest roi, transmits a transducer train (hereinafter referred to as “detection wave A transmission transducer array Tx”) is determined.

図3(b)は、検出波パルス発生部105で発生させる検出波パルスpwplの構成概要を示す模式図である。図3(b)に示すように、検出波パルス発生部105は、検出波パルス送信振動子が同位相で駆動されるいわゆる平面波である検出波が関心領域roi全体を通過するように検出波パルス送信振動子列Txを設定する。検出波パルス送信振動子列Txの長さaは関心領域幅wよりも大きく設定されることが好ましい。本例では、関心領域幅wは検出波パルス送信振動子列Txの列方向の端部よりも所定距離βだけ内方に位置するように設定される。検出波pwは平面波であるので振動子列方向と垂直なZ方向に伝播する。したがって、関心領域roiは、X方向両端において距離βだけマージンを持って超音波照射領域Axに含まれる。これより、1回の検出波の送受信により関心領域roi全体にある観測点について音響線信号を生成できるとともに、超音波ビームが確実に関心領域roi全体を通過するように前記検出波パルスpwplを送信することができる。 FIG. 3B is a schematic diagram showing an overview of the configuration of the detection wave pulse pwpl generated by the detection wave pulse generator 105. As shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the detection wave pulse generation unit 105 generates the detection wave pulse so that the detection wave, which is a so-called plane wave in which the detection wave pulse transmission oscillator is driven in the same phase, passes through the entire region of interest roi. Set the transmission transducer array Tx. The length a of the detection wave pulse transmission transducer array Tx is preferably set larger than the region of interest width w. In this example, the region-of-interest width w is set so as to be positioned inward by a predetermined distance β from the end in the column direction of the array of detection wave pulse transmitting transducers Tx. Since the detection wave pw is a plane wave, it propagates in the Z direction perpendicular to the row direction of the transducers. Therefore, the region of interest roi is included in the ultrasound irradiation region Ax with a margin of distance β at both ends in the X direction. Thus, by transmitting and receiving the detection wave once, the acoustic line signal can be generated for the observation point in the entire region of interest roi, and the detection wave pulse pwpl is transmitted so that the ultrasonic beam reliably passes through the entire region of interest roi. can do.

なお、検出波である超音波ビームの進行方向はZ方向に限られず、Z方向に対して所定の方位角θをなす方向に進行するように設定されてもよい。 Note that the traveling direction of the ultrasonic beam, which is the detection wave, is not limited to the Z direction, and may be set so as to travel in a direction forming a predetermined azimuth angle θ with respect to the Z direction.

4.送信ビームフォーマ部106
送信ビームフォーマ部106は、マルチプレクサ部107を介してプローブ101と接続され、プローブ101から超音波の送信を行うために、プローブ101に存する複数の振動子101aの全てもしくは一部に当たるプッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txに含まれる複数の振動子各々に対する高電圧印加のタイミングを制御する回路である。
4. Transmission beamformer section 106
The transmission beamformer unit 106 is connected to the probe 101 via the multiplexer unit 107, and in order to transmit ultrasonic waves from the probe 101, a push wave transmission vibration applied to all or part of the plurality of transducers 101a in the probe 101. This circuit controls the timing of applying a high voltage to each of the plurality of transducers included in the transducer array Px or the detection wave transmitting transducer array Tx.

図4(a)は、送信ビームフォーマ部106の構成を示す機能ブロック図である。図4(a)に示すように、送信ビームフォーマ部106は、駆動信号発生部1061、遅延プロファイル生成部1062、駆動信号送信部1063を含む。 FIG. 4A is a functional block diagram showing the configuration of the transmission beamformer section 106. As shown in FIG. As shown in FIG. 4( a ), the transmission beamformer section 106 includes a driving signal generating section 1061 , a delay profile generating section 1062 and a driving signal transmitting section 1063 .

(1)駆動信号発生部1061
駆動信号発生部1061は、プッシュ波パルス発生部104又は検出波パルス発生部105からの送信制御信号のうち、プッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txを示す情報と、プッシュ波パルスpppのパルス幅PWと、印加開始時刻PTを示す情報と、検出波パルスpwplのパルス幅と、印加開始時刻を示す情報とに基づき、プローブ101に存する振動子101aの一部又は全部に該当する送信振動子から超音波ビームを送信させるためのパルス信号spを発生する回路である。
(1) Drive signal generator 1061
The drive signal generation unit 1061 generates information indicating the push wave transmission transducer array Px or the detection wave transmission transducer array Tx among the transmission control signals from the push wave pulse generation unit 104 or the detection wave pulse generation unit 105, and the push wave Based on the information indicating the pulse width PW of the pulse ppp and the application start time PT, the pulse width of the detection wave pulse pwpl, and the information indicating the application start time, it corresponds to a part or all of the transducer 101a existing in the probe 101. This is a circuit for generating a pulse signal sp for transmitting an ultrasonic beam from the transmitting transducer.

(2)遅延プロファイル生成部1062
遅延プロファイル生成部1062では、プッシュ波パルス発生部104又は検出波パルス発生部105から得られる送信制御信号のうち、プッシュ波送信振動子列Px又は検出波送信振動子列Txと送信焦点FPの位置又は送信方向θを示す情報とに基づき、超音波ビームの送信タイミングを決める印加開始時刻PTからの遅延時間tpk(kは、1から振動子101aの数kmaxまでの自然数)を振動子毎に設定して出力する回路である。これにより、遅延時間分だけ振動子毎に超音波ビームの送信を遅延させて超音波ビームのフォーカスを行う。
(2) Delay profile generator 1062
In the delay profile generation unit 1062, among the transmission control signals obtained from the push wave pulse generation unit 104 or the detection wave pulse generation unit 105, the push wave transmission transducer array Px or the detection wave transmission transducer array Tx and the position of the transmission focal point FP Alternatively, a delay time tpk (k is a natural number from 1 to the number kmax of the transducers 101a) from the application start time PT that determines the transmission timing of the ultrasonic beam is set for each transducer based on the information indicating the transmission direction θ. It is a circuit that outputs as As a result, the ultrasonic beams are focused by delaying the transmission of the ultrasonic beams for each transducer by the delay time.

(3)駆動信号送信部1063
駆動信号送信部1063は、駆動信号発生部1061からのパルス信号spと遅延プロファイル生成部1062からの遅延時間tpkとに基づき、プローブ101に存する複数の振動子101a中、プッシュ波送信振動子列Pxに含まれる各振動子にプッシュ波を送信させるためのプッシュ波パルスpppを供給するプッシュ波送信処理を行う。プッシュ波送信振動子列Pxは、マルチプレクサ部107によって選択される。
(3) Drive signal transmitter 1063
Based on the pulse signal sp from the drive signal generation unit 1061 and the delay time tpk from the delay profile generation unit 1062, the drive signal transmission unit 1063 selects the push wave transmission transducer array Px among the plurality of transducers 101a in the probe 101. A push wave transmission process is performed to supply a push wave pulse ppp for transmitting a push wave to each transducer included in . The push wave transmission transducer array Px is selected by the multiplexer section 107 .

生体に物理的変位を起こすプッシュ波には、通常のBモード表示等に用いる送信パルスに比して格段に大きなパワーが求められる。即ち、パルサ(超音波発生器)に与える駆動電圧として、Bモード画像の取得では通常30~40Vでも成立する場合があるのに対して、プッシュ波では、例えば、50V以上を要する。また、Bモード画像の取得では、送信パルス長は数μsec程度であるが、プッシュ波には1送信あたり数百μsecの送信パルス長を必要とする。 A push wave that causes a physical displacement in a living body is required to have much higher power than a transmission pulse used for normal B-mode display or the like. In other words, the driving voltage applied to the pulser (ultrasonic generator) may be 30 to 40 V normally for acquisition of a B-mode image, whereas the push wave requires, for example, 50 V or more. Further, in acquiring a B-mode image, the transmission pulse length is about several microseconds, but the push wave requires a transmission pulse length of several hundred microseconds per transmission.

本実施の形態では、駆動信号送信部1063からプッシュ波パルスpppが印加開始時刻PTに複数の振動子101aに送信される。プッシュ波パルスpppは、所定のパルス幅PW(時間長)を有し所定の電圧振幅(+V~-V)、所定周波数からなるバースト信号からなる。具体的には、パルス幅PWは、例えば、100~200μsec、周波数は、例えば、6MHz、電圧振幅は、例えば、+50V~-50Vとしてもよい。しかしながら、印加条件は上記に限定されないことは言うまでもない。 In the present embodiment, the push wave pulse ppp is transmitted from the driving signal transmitting section 1063 to the plurality of transducers 101a at the application start time PT. The push wave pulse ppp is a burst signal having a predetermined pulse width PW (time length), a predetermined voltage amplitude (+V to -V), and a predetermined frequency. Specifically, the pulse width PW may be, for example, 100 to 200 μsec, the frequency may be, for example, 6 MHz, and the voltage amplitude may be, for example, +50 V to −50 V. However, it goes without saying that the application conditions are not limited to the above.

また、駆動信号送信部1063は、プローブ101に存する複数の振動子101a中、検出波送信振動子列Txに含まれる各振動子に超音波ビームを送信させるための検出波パルスpwplを供給する検出波送信処理を行う。検出波送信振動子列Txは、マルチプレクサ部107によって選択される。しかしながら、検出波パルスpwpl供給に係る構成には上記に限定されず、例えば、マルチプレクサ部107を用いない構成としてもよい。 Further, the driving signal transmission unit 1063 supplies a detection wave pulse pwpl for transmitting an ultrasonic beam to each transducer included in the detection wave transmission transducer array Tx among the plurality of transducers 101a in the probe 101. Perform wave transmission processing. The detection wave transmission transducer array Tx is selected by the multiplexer section 107 . However, the configuration related to the supply of the detection wave pulse pwpl is not limited to the above.

送信ビームフォーマ部106は、プッシュ波パルスppp送信後に、検出波パルス発生部105からの送信制御信号に基づき検出波パルスpwplを複数回送信する。1回のプッシュ波パルスppp送信後に、同一の検出波送信振動子列Txから複数回行われる一連の検出波パルスpwpl送信の各回を「送信イベント」と称呼する。 After transmitting the push wave pulse ppp, the transmission beamformer 106 transmits the detection wave pulse pwpl multiple times based on the transmission control signal from the detection wave pulse generator 105 . After one transmission of the push wave pulse ppp, each transmission of a series of detection wave pulses pwpl performed multiple times from the same detection wave transmission transducer train Tx is referred to as a "transmission event".

5.受信ビームフォーマ部108の構成
受信ビームフォーマ部は、複数回の検出波パルスpwplの各々に対応して複数の振動子101aにおいて時系列に受信された被検体組織からの反射波に基づき、検出波照射領域Ax内の複数の観測点Pijに対する音響線信号を生成して音響線信号フレームデータdsl(lは1からmまでの自然数、番号を区別しない場合は音響線信号フレームデータdslとする)のシーケンスを生成する回路である。すなわち、受信ビームフォーマ部108は、検出波パルスpwplを送信した後、プローブ101で受信した反射波に基づき、複数の振動子101aで得られた電気信号から音響線信号を生成する。ここで、iは検出波照射領域Axにおけるx方向の座標を示す1からnまでの自然数であり、jはz方向の座標を示す1からzmaxまでの自然数である。なお、「音響線信号」とは、受波信号(RF信号)を整相加算処理した信号である。
5. Configuration of Reception Beamformer 108 The reception beamformer generates a detection wave based on reflected waves from the subject tissue received in time series by the plurality of transducers 101a corresponding to each of the plurality of detection wave pulses pwpl. Acoustic line signal frame data dsl (l is a natural number from 1 to m; if numbers are not distinguished, acoustic line signal frame data dsl is generated by generating acoustic line signals for a plurality of observation points Pij in the irradiation area Ax). This is the circuit that generates the sequence. That is, after transmitting the detection wave pulse pwpl, the reception beamformer 108 generates an acoustic line signal from the electric signals obtained by the plurality of transducers 101a based on the reflected waves received by the probe 101. FIG. Here, i is a natural number from 1 to n representing the coordinate in the x direction in the detection wave irradiation area Ax, and j is a natural number from 1 to zmax representing the coordinate in the z direction. The "acoustic line signal" is a signal obtained by subjecting the received wave signal (RF signal) to phasing addition processing.

図4(b)は、受信ビームフォーマ部108の構成を示す機能ブロック図である。受信ビームフォーマ部108は、入力部1081、受波信号保持部1082、整相加算部1083を備える。 FIG. 4B is a functional block diagram showing the configuration of the reception beamformer section 108. As shown in FIG. The reception beamformer section 108 includes an input section 1081 , a received wave signal holding section 1082 and a phasing addition section 1083 .

(1)入力部1081
入力部1081は、マルチプレクサ部107を介してプローブ101と接続され、プローブ101において反射波に基づき受波信号(RF信号)を生成する回路である。ここで、受波信号rfk(kは1からnまでの自然数である)とは、検出波パルスpwplの送信に基づいて各振動子にて受信された反射波から変換された電気信号をA/D変換したいわゆるRF信号であり、受波信号rfkは各受波振動子rwkにて受信された超音波の送信方向(被検体の深さ方向)に連なった信号の列(受波信号列)から構成されている。
(1) Input unit 1081
The input section 1081 is a circuit that is connected to the probe 101 via the multiplexer section 107 and generates a received wave signal (RF signal) based on the wave reflected by the probe 101 . Here, the received wave signal rfk (k is a natural number from 1 to n) is an electric signal A/ The received wave signal rfk is a D-converted so-called RF signal, and the received wave signal rfk is a train of signals (received wave signal train) connected in the transmission direction (depth direction of the subject) of the ultrasonic waves received by each wave receiving transducer rwk. consists of

入力部1081は、受波振動子rwkの各々が得た反射波に基づいて、送信イベントごとに各受波振動子rwkに対する受波信号rfkの列を生成する。受波振動子列はプローブ101に存する複数の振動子101aの一部又は全部にあたる振動子列から構成されており、制御部115からの指示に基づきマルチプレクサ部107によって選択される。本例では、複数の振動子101aの全部が受波振動子列として選択される構成とした。これにより、1回の受信処理により検出波照射領域Ax内全域に存する観測点からの反射波を全ての振動子を用いて受波して全ての振動子に対する受波振動子列を生成することができる。生成された受波信号rfkは、受波信号保持部1082に出力される。 The input unit 1081 generates a sequence of wave reception signals rfk for each wave receiving transducer rwk for each transmission event based on the reflected waves obtained by each wave receiving transducer rwk. The wave-receiving transducer array is composed of a transducer array corresponding to some or all of the plurality of transducers 101 a present in the probe 101 , and is selected by the multiplexer section 107 based on instructions from the control section 115 . In this example, all of the plurality of transducers 101a are configured to be selected as the wave-receiving transducer row. As a result, all the oscillators are used to receive the reflected waves from the observation points existing in the entire detection wave irradiation area Ax in one reception process, and the receiving wave oscillator train for all the oscillators is generated. can be done. The generated received wave signal rfk is output to the received wave signal holding unit 1082 .

(2)受波信号保持部1082
受波信号保持部1082は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、半導体メモリ等を用いることができる。受波信号保持部1082は、送信イベントに同期して入力部1081から、各受信振動子rwkに対する受波信号rfkを入力し、1枚の音響線信号フレームデータが生成されるまでこれを保持する。
(2) Received wave signal holding unit 1082
The received wave signal holding unit 1082 is a computer-readable recording medium, and can use, for example, a semiconductor memory. The received wave signal holding unit 1082 receives the received wave signal rfk for each receiving transducer rwk from the input unit 1081 in synchronization with the transmission event, and holds it until one acoustic line signal frame data is generated. .

なお、受波信号保持部1082は、データ格納部114の一部であってもよい。 Note that the received wave signal holding unit 1082 may be part of the data storage unit 114 .

(3)整相加算部1083
整相加算部1083では、送信イベントに同期して関心領域roi内の観測点Pijから、検出波パルス受信振動子列Rxに含まれる受信振動子Rpkが受信した受波信号rfkに遅延処理を施した後、全ての受信振動子Rpkについて加算して音響線信号dsを生成する回路である。検出波パルス受信振動子列Rxはプローブ101に存する複数の振動子101aの一部又は全部にあたる受信振動子Rpkから構成されており、制御部115からの指示に基づき整相加算部1083とマルチプレクサ部107によって選択される。本例では、反射波受信振動子列Rxとして、各送信イベントにおける検出波パルス送信振動子列Txを構成する振動子を少なくとも全て含む振動子列が選択される構成とした。
(3) Delayed addition unit 1083
The phasing addition unit 1083 applies delay processing to the received wave signal rfk received by the receiving transducer Rpk included in the detection wave pulse receiving transducer array Rx from the observation point Pij in the region of interest roi in synchronization with the transmission event. After that, the circuit generates the acoustic line signal ds by adding all the reception transducers Rpk. The detection wave pulse receiving transducer array Rx is composed of receiving transducers Rpk corresponding to some or all of the plurality of transducers 101a in the probe 101, and based on instructions from the control unit 115, the phasing addition unit 1083 and the multiplexer unit 107. In this example, as the reflected wave receiving transducer array Rx, a transducer array including at least all of the transducers constituting the detected wave pulse transmitting transducer array Tx in each transmission event is selected.

整相加算部1083は、受波信号rfkに対する処理を行うための遅延処理部10831、加算部10832を備える。 The phasing addition section 1083 includes a delay processing section 10831 and an addition section 10832 for processing the received wave signal rfk.

(i)遅延処理部10831
遅延処理部10831は、検出波パルス受信振動子列Rx内の受信振動子Rpkに対する受波信号rfkから、観測点Pijと受信振動子Rpk各々との間の距離の差を音速値で除した受信振動子Rpk各々への反射超音波の到達時間差(遅延量)により補償して、観測点Pijからの反射超音波に基づく受信振動子Rpkに対応する受信信号として同定する回路である。
(i) Delay processing unit 10831
The delay processing unit 10831 divides the difference in the distance between the observation point Pij and each of the receiving transducers Rpk by the sound velocity value from the received wave signal rfk for the receiving transducer Rpk in the detection wave pulse receiving transducer array Rx. This circuit compensates for the arrival time difference (delay amount) of the reflected ultrasonic waves to each of the transducers Rpk, and identifies the received signal corresponding to the received transducer Rpk based on the reflected ultrasonic waves from the observation point Pij.

図7は、遅延処理部10831において、超音波の伝播経路の計算方法の概要を示す模式図である。検出波パルス送信振動子列Txから放射され関心領域roi内の任意の位置にある観測点Pijにおいて反射され受信振動子Rpkに到達する超音波の伝播経路を示したものである。 FIG. 7 is a schematic diagram showing an outline of a method of calculating the propagation path of ultrasonic waves in the delay processing unit 10831. As shown in FIG. It shows the propagation path of an ultrasonic wave emitted from the detection wave pulse transmitting transducer array Tx, reflected at an observation point Pij located at an arbitrary position in the region of interest roi, and reaching the receiving transducer Rpk.

a)送信時間の算出
検出波送信振動子列Tx(振動子列(101a)全体)から送信される検出波pwlは上述のとおり平面波が好ましいが、これには限定されない。遅延処理部10831は、送信イベントに対応して、観測点Pijまでの送信経路を、検出波送信振動子列Txから振動子列に垂直に発された検出波pwlが観測点Pijに到達するまでの最短経路401として算出し、これを音速で除して送信時間を算出する。
a) Calculation of transmission time The detection wave pwl transmitted from the detection wave transmission transducer array Tx (the entire transducer array (101a)) is preferably a plane wave as described above, but is not limited to this. In response to the transmission event, the delay processing unit 10831 delays the transmission path to the observation point Pij until the detection wave pwl emitted perpendicularly to the transducer array from the detection wave transmission transducer array Tx reaches the observation point Pij. , and divided by the speed of sound to calculate the transmission time.

b)受信時間の算出
遅延処理部10831は、送信イベントに対応して、観測点Pijについて、観測点Pijで反射され検出波受信振動子列Rxに含まれる受信振動子Rpkに到達するまでの受信経路を算出する。観測点Pijでの反射波が受信振動子Rpkに戻っていくときの受信経路は、任意の観測点Pijから各受信振動子Rpkまでの経路402の長さは幾何学的に算出する。これを音速で除して受信時間を算出する。
b) Calculation of Reception Time The delay processing unit 10831, in response to the transmission event, receives data from the observation point Pij until it reaches the reception transducer Rpk included in the detection wave reception transducer array Rx after being reflected at the observation point Pij. Calculate route. The length of a path 402 from an arbitrary observation point Pij to each receiving transducer Rpk is geometrically calculated for the receiving path when the reflected wave at the observation point Pij returns to the receiving transducer Rpk. The reception time is calculated by dividing this by the speed of sound.

c)遅延量の算出
次に、遅延処理部10831は、送信時間と受信時間とから各受信振動子Rpkへの総伝播時間を算出し、当該総伝播時間に基づいて、各受信振動子Rpkに対する受波信号列rfkに適用する遅延量を算出する。
c) Calculation of Delay Amount Next, the delay processing unit 10831 calculates the total propagation time to each reception transducer Rpk from the transmission time and the reception time, and calculates the total propagation time for each reception transducer Rpk based on the total propagation time. A delay amount to be applied to the received wave signal sequence rfk is calculated.

d)遅延処理
次に、遅延処理部10831は、各受信振動子Rpkに対する受波信号列rfkから、遅延量に相当する受波信号rfk(遅延量を差引いた時間に対応する受波信号)を、観測点Pijからの反射波に基づく受信振動子Rpkに対応する信号として同定する。
d) Delay Processing Next, the delay processing section 10831 generates a received wave signal rfk corresponding to the delay amount (a received wave signal corresponding to the time after subtracting the delay amount) from the received wave signal sequence rfk for each receiving transducer Rpk. , is identified as a signal corresponding to the received transducer Rpk based on the reflected wave from the observation point Pij.

遅延処理部10831は、送信イベントに対応して、受波信号保持部1082から受波信号rfkを入力として、関心領域roi内に位置する全ての観測点Pijについて、各受信振動子Rpkに対する受波信号rfkを同定する。 The delay processing unit 10831 receives the received wave signal rfk from the received wave signal holding unit 1082 in response to the transmission event, and receives the received wave for each receiving transducer Rpk for all the observation points Pij located within the region of interest roi. Identify the signal rfk.

(ii)加算部10832
加算部10832は、遅延処理部10831から出力される受信振動子Rpkに対応して同定された受波信号rfkを入力として、それらを加算して、観測点Pijに対する整相加算された音響線信号dsijを生成する回路である。
(ii) adder 10832
The addition unit 10832 receives as input the received wave signal rfk identified corresponding to the receiving transducer Rpk output from the delay processing unit 10831, adds them, and obtains a phased-and-sum acoustic line signal for the observation point Pij. This is the circuit that generates dsij.

さらに、各受信振動子Rpkに対応して同定された受波信号rfkに対し、受信アポダイゼーション(重み数列)を乗じた後加算して、観測点Pijに対する音響線信号dsijを生成してもよい。受信アポダイゼーションは、検出波受振動子列Rx内の受信振動子Rpkに対応する受信信号に適用される重み係数の数列である。受信アポダイゼーションは、検出波受振動子列Rxの列方向の中心に位置する振動子に対する重みが最大となるよう設定され、受信アポダイゼーションの分布の中心軸は検出波受振動子列中心軸Rxoと一致し、分布は中心軸に対し対称な形状をなす。分布の形状は特に限定されない。 Further, the received wave signal rfk identified corresponding to each receiving transducer Rpk may be multiplied by the receiving apodization (weight sequence) and then added to generate the acoustic line signal dsij for the observation point Pij. The receive apodization is a sequence of weighting factors applied to received signals corresponding to receive transducers Rpk in the detected wave receiving transducer sequence Rx. The reception apodization is set so that the weight for the transducer located at the center of the detection wave receiving transducer array Rx in the row direction is maximized, and the central axis of the reception apodization distribution is aligned with the detection wave receiving transducer array central axis Rxo. , and the distribution forms a symmetrical shape with respect to the central axis. The shape of distribution is not particularly limited.

加算部10832は、関心領域roi内に存在する全ての観測点Pijについて音響線信号dsijを生成して音響線信号フレームデータdslを生成する。 The adder 10832 generates acoustic line signal dsij for all observation points Pij in the region of interest roi to generate acoustic line signal frame data dsl.

そして、送信イベントに同期して検出波パルスpwplの送受信を繰り返し、全ての送信イベントに対する音響線信号フレームデータdslを生成する。生成された音響線信号フレームデータdslは、送信イベントごとにデータ格納部114に出力され保存される。 Then, the transmission and reception of the detection wave pulse pwpl are repeated in synchronization with the transmission event to generate the acoustic line signal frame data dsl for all transmission events. The generated acoustic line signal frame data dsl is output and stored in the data storage unit 114 for each transmission event.

6.変位検出部109
変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslのシーケンスから、検出波照射領域Ax内の組織の変位を検出する回路である。
6. Displacement detector 109
The displacement detection unit 109 is a circuit that detects the displacement of tissue within the detection wave irradiation area Ax from the sequence of the acoustic line signal frame data dsl.

図8は、変位検出部109、伝播情報解析部110、機械的特性算出部111の構成を示す機能ブロック図である。 FIG. 8 is a functional block diagram showing configurations of the displacement detector 109, the propagation information analyzer 110, and the mechanical characteristic calculator 111. As shown in FIG.

変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslのシーケンスに含まれる変位検出の対象となる1フレームの音響線信号フレームデータdslと、基準となる1フレームの音響線信号フレームデータds0(以下、「基準音響線信号フレームデータds0」とする)とを、制御部115を介してデータ格納部114から取得する。基準音響線信号フレームデータds0とは、各送信イベントに対応する音響線信号フレームデータdslにおけるせん断波による変位を抽出するための基準となる信号であり、具体的には、プッシュ波パルスppp送信前に検出波照射領域Axから取得した音響線信号のフレームデータである。そして、変位検出部109は、音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0とを比較して、音響線信号フレームデータdslの検出波照射領域Ax内の観測点Pijの変位(画像情報の動き)Ptijを検出し、変位Ptijを観測点Pijの座標と関連付けて変位量フレームデータptlを生成する。より具体的には、各観測点について以下の処理を行う。すなわち、基準音響線信号フレームデータds0から観測点及びその近傍に対応する基準データシーケンスを抽出し、基準データシーケンスと最も近いデータシーケンスを音響線信号フレームデータdslから探し出す。そして、基準データシーケンスに対応する被検体内の位置(または範囲)を基準としたときの、探し出したデータシーケンスに対応する被検体内の位置(または範囲)のずれ量を、観測点に対応する変位として算出する。比較処理は、例えば、相関処理や、パターンマッチング等を用いることができる。変位検出部109は、生成した変位量フレームデータptlをデータ格納部114に出力する。 The displacement detection unit 109 detects one frame of acoustic line signal frame data dsl to be subjected to displacement detection included in a sequence of acoustic line signal frame data dsl and one frame of reference acoustic line signal frame data ds0 (hereinafter referred to as “ (referred to as reference acoustic line signal frame data ds0”) is acquired from the data storage unit 114 via the control unit 115 . The reference acoustic line signal frame data ds0 is a reference signal for extracting the displacement due to the shear wave in the acoustic line signal frame data dsl corresponding to each transmission event. is frame data of an acoustic line signal acquired from the detection wave irradiation area Ax. Then, the displacement detection unit 109 compares the acoustic line signal frame data dsl with the reference acoustic line signal frame data ds0 to determine the displacement (image information) of the observation point Pij within the detection wave irradiation area Ax of the acoustic line signal frame data dsl. movement) Ptij is detected, and the displacement amount frame data ptl is generated by associating the displacement Ptij with the coordinates of the observation point Pij. More specifically, the following processing is performed for each observation point. That is, the reference data sequence corresponding to the observation point and its vicinity is extracted from the reference acoustic line signal frame data ds0, and the data sequence closest to the reference data sequence is searched from the acoustic line signal frame data dsl. Then, when the position (or range) in the subject corresponding to the reference data sequence is used as a reference, the deviation amount of the position (or range) in the subject corresponding to the found data sequence is assigned to the observation point. Calculated as displacement. For the comparison processing, for example, correlation processing, pattern matching, or the like can be used. The displacement detection unit 109 outputs the generated displacement amount frame data ptl to the data storage unit 114 .

7.伝播情報解析部110
伝播情報解析部110は、変位量フレームデータptlのシーケンスから、検出波照射領域Ax内の各観測点における変位のピーク時刻を特定し、波面到達時間データatoを生成する回路である。本実施の形態では、変位のピーク時刻の特定は、変位量フレームデータptlを用いた相関処理により行う。
7. Propagation information analysis unit 110
The propagation information analysis unit 110 is a circuit that identifies the peak time of displacement at each observation point within the detection wave irradiation area Ax from the sequence of displacement amount frame data ptl and generates wavefront arrival time data ato. In the present embodiment, the displacement peak time is specified by correlation processing using the displacement amount frame data ptl.

図8に示すように、伝播情報解析部110は、ゲート幅設定部1101と、相関処理部1102を含む。 As shown in FIG. 8 , propagation information analysis section 110 includes gate width setting section 1101 and correlation processing section 1102 .

(1)ゲート幅設定部1101
ゲート幅設定部1101は、相関処理部1102における相関処理において用いるデータシーケンス長であるゲート幅を設定する。
(1) Gate width setting unit 1101
Gate width setting section 1101 sets a gate width, which is a data sequence length used in correlation processing in correlation processing section 1102 .

観測点Pijにおける時系列の変位量シーケンスをdij(t)としたとき、相関処理部1102は、基準となる基準変位量シーケンスd0(t)との間で相関処理を行う。具体的には、相関処理部1102は、以下の数式で示される相関値c(τ)が最大となるτを算出する。 When the time-series displacement amount sequence at the observation point Pij is dij(t), the correlation processing unit 1102 performs correlation processing with the reference displacement amount sequence d0(t). Specifically, correlation processing section 1102 calculates τ that maximizes correlation value c(τ) represented by the following formula.

Figure 0007302651000001
Figure 0007302651000001

このとき、ゲート幅設定部1101は、(i)wg=b-aで定義されるゲート幅wgが、t+τが小さいほど小さくなるように、aとbとで特定されるゲートを設定する。すなわち、相関値c(τ)を算出するために用いるdij(t+τ)に係る変位の時刻がプッシュパルスの送信時刻に近いほど、ゲート幅が小さくなるようにゲートを設定する。例えば、ゲート幅wgは、t+τが5ms以下であるとき、wgはt+τに比例するように設定される。あるいは、ゲート幅wgは、以下の式を満たしてもよい。
g={4(t+τ)-2}/3
一方で、t+τが大きい場合には、ゲート幅wgが一定となるように設定される。例えば、ゲート幅wgは、t+τが30ms以上である場合、6ms≦wg≦8msとなるように設定される。
なお、aおよびbは、(ii)a<c<bを満たすt=cにおいて基準変位量シーケンスd0ij(t)がピークとなる、ことを満たすことが好ましい。
At this time, the gate width setting unit 1101 sets the gate specified by a and b so that (i) the gate width w g defined by w g =ba becomes smaller as t+τ becomes smaller. . That is, the gate is set so that the closer the displacement time related to dij(t+τ) used for calculating the correlation value c(τ) is to the push pulse transmission time, the smaller the gate width. For example, the gate width w g is set such that w g is proportional to t+τ when t+τ is 5 ms or less. Alternatively, the gate width w g may satisfy the following equation.
w g ={4(t+τ)−2}/3
On the other hand, when t+τ is large, the gate width w g is set to be constant. For example, the gate width w g is set so that 6 ms≦w g ≦8 ms when t+τ is 30 ms or more.
Note that a and b preferably satisfy (ii) that the reference displacement amount sequence d0ij(t) peaks at t=c, which satisfies a<c<b.

ゲート幅設定部1101は、設定したゲートを特定するパラメータa、bを相関処理部1102に出力する。 Gate width setting section 1101 outputs parameters a and b specifying the set gate to correlation processing section 1102 .

(2)相関処理部1102
相関処理部1102は、上述したように、観測点Pijにおける時系列の変位量シーケンスをdij(t)と、基準となる基準変位量シーケンスd0(t)との間で相関処理を行う。これにより、基準変位量シーケンスd0(t)のピーク時刻付近のデータシーケンスと最も類似度の高いデータシーケンスを変位量シーケンスdij(t)から探し出し、探し出したデータシーケンスに対応する時刻をピーク時刻として検出する。すなわち、基準変位量シーケンスd0(t)のピーク時刻をt=cとしたとき、観測点Pijにおけるピーク時刻をt=c+τとして算出する。
(2) Correlation processing unit 1102
As described above, the correlation processing unit 1102 performs correlation processing between dij(t), which is the time-series displacement amount sequence at the observation point Pij, and the reference displacement amount sequence d0(t). As a result, a data sequence having the highest degree of similarity with the data sequence near the peak time of the reference displacement sequence d0(t) is searched from the displacement sequence dij(t), and the time corresponding to the searched data sequence is detected as the peak time. do. That is, when the peak time of the reference displacement amount sequence d0(t) is t=c, the peak time at the observation point Pij is calculated as t=c+τ.

基準変位量シーケンスd0(t)は、ピーク時刻が既知である変位量シーケンスであり、観測点Pijにおける変位量シーケンスdij(t)とは、ピーク時刻付近における時系列変化の傾向(時刻を横軸、変位量を縦軸としたときのグラフ形状)が類似していることが好ましい。基準変位量シーケンスd0(t)は、例えば、観測点Pijに対してプッシュ波の送信焦点F側に隣接する観測点Pklの変位量シーケンスdkl(t)を用いることができる。このとき、相関処理部1102は、プッシュ波の送信焦点Fに近い観測点から順にピーク時刻を相関処理により算出する。すなわち、せん断波の波面の通過時刻の早い観測点から順にピーク時刻を特定する。これにより、送信焦点Fに近くピークが鋭い観測点のピーク時刻を高精度に算出した上で、近接した観測点間で相関処理を行うことにより、変位量シーケンスの類似度の高さに基づき、せん断波が減衰してもピーク感度を高く保ったままピーク時刻の検出を行うことができる。 The reference displacement sequence d0(t) is a displacement sequence whose peak time is known. , the shape of the graph when the amount of displacement is plotted on the vertical axis) are preferably similar. For the reference displacement sequence d0(t), for example, the displacement sequence dkl(t) of an observation point Pkl adjacent to the observation point Pij on the transmission focal point F side of the push wave can be used. At this time, the correlation processing unit 1102 calculates the peak times by correlation processing in order from the observation point closest to the transmission focus F of the push wave. That is, the peak time is specified in order from the observation point at which the wave front of the shear wave passes earlier. As a result, the peak time of the observation point near the transmission focus F with a sharp peak is calculated with high accuracy, and correlation processing is performed between the close observation points, based on the similarity of the displacement amount sequence, Even if the shear wave is attenuated, peak time can be detected while maintaining high peak sensitivity.

なお、ゲート幅が極めて小さい場合、基準変位量シーケンスd0(t)と変位量シーケンスdij(t)との類似度にかかわらず、変位のピーク時刻の検出精度はTTP法に近くなる。なぜならば、基準変位量シーケンスd0(t)の特徴が相関値c(τ)に与える影響が極めて小さくなり、変位量シーケンスdij(t)の絶対値が相関値c(τ)に対して強い影響を与えるからである。例えば、ゲート幅を1サンプルとした場合は、相関処理は、変位量シーケンスdij(t)の最大値を探し出すTTP法と全く同じ処理となる。したがって、dij(t)に係る変位の時刻がプッシュパルスの送信時刻に極めて近い場合にはゲート幅を極めて小さくすることにより、基準変位量シーケンスd0(t)の内容にかかわらず、TTP法と同様に、ピーク時刻を高い精度で算出することができる。 When the gate width is extremely small, the displacement peak time detection accuracy is close to that of the TTP method regardless of the degree of similarity between the reference displacement sequence d0(t) and the displacement sequence dij(t). This is because the influence of the features of the reference displacement sequence d0(t) on the correlation value c(τ) is extremely small, and the absolute value of the displacement sequence dij(t) has a strong influence on the correlation value c(τ). because it gives For example, when the gate width is 1 sample, the correlation processing is exactly the same as the TTP method for finding the maximum value of the displacement amount sequence dij(t). Therefore, when the time of displacement related to dij(t) is extremely close to the time of transmission of the push pulse, the gate width is made extremely small, regardless of the contents of the reference displacement amount sequence d0(t), as in the TTP method. In addition, the peak time can be calculated with high accuracy.

相関処理部1102は、変位のピーク時刻を観測点Pijの座標と関連付けて波面到達時間データatoを生成して、データ格納部114に出力する。 The correlation processing unit 1102 associates the displacement peak time with the coordinates of the observation point Pij to generate the wavefront arrival time data ato, and outputs the wavefront arrival time data ato to the data storage unit 114 .

8.機械的特性算出部111
機械的特性算出部111は、関心領域roi内の複数の観測点Pijについてせん断波の伝播速度、または、機械的特性を算出し、関心領域roiに対する機械的特性データelfを算出する回路である。
8. Mechanical property calculator 111
The mechanical property calculator 111 is a circuit that calculates shear wave propagation velocities or mechanical properties for a plurality of observation points Pij in the region of interest roi, and calculates mechanical property data elf for the region of interest roi.

図8に示すように、機械的特性算出部111は、伝播速度変換部1111と、機械的特性変換部1112とから構成される。 As shown in FIG. 8, the mechanical property calculator 111 is composed of a propagation velocity converter 1111 and a mechanical property converter 1112 .

(1)伝播速度変換部1111
伝播速度変換部1111は、波面到達時間データatoを、関心領域roi内の観測点Pijにおける伝播速度データvijに変換して、関心領域roiに対する伝播速度データvoを生成してデータ格納部114に出力する。
(1) Propagation velocity converter 1111
The propagation velocity transforming unit 1111 transforms the wavefront arrival time data ato into the propagation velocity data vij at the observation point Pij in the region of interest roi, generates the propagation velocity data vo for the region of interest roi, and outputs the data to the data storage unit 114. do.

(2)機械的特性変換部1112
機械的特性変換部1112は、伝播速度フレームデータvoを、関心領域roi内の観測点Pijにおける機械的特性elに変換して、関心領域roiに対する機械的特性データelfを生成してデータ格納部114に出力する。機械的特性は、例えば、弾性率や粘性率などが挙げられるが、せん断波の伝播速度に基づいて算出可能な特性であればこれに限られない。
(2) Mechanical property converter 1112
The mechanical property conversion unit 1112 converts the propagation velocity frame data vo into the mechanical property el at the observation point Pij within the region of interest roi, generates the mechanical property data elf for the region of interest roi, and stores the data storage unit 114 output to Examples of mechanical properties include elastic modulus and viscosity, but are not limited to these as long as the properties can be calculated based on shear wave propagation speed.

9.その他の構成
データ格納部114は、生成された受波信号列rf、音響線信号フレームデータdslのシーケンス、変位量フレームデータptlのシーケンス、波面到達時間データato、伝播速度データvo、機械的特性データelfを逐次記録する記録媒体である。
9. Other configurations The data storage unit 114 stores the generated received wave signal sequence rf, the sequence of acoustic line signal frame data dsl, the sequence of displacement amount frame data ptl, the wavefront arrival time data ato, the propagation velocity data vo, and the mechanical characteristic data. This is a recording medium for sequentially recording elf.

制御部115は、操作入力部102からの指令に基づき、超音波診断装置100内の各ブロックを制御する。制御部115にはCPU等のプロセッサを用いることができる。 The control unit 115 controls each block in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 based on commands from the operation input unit 102 . A processor such as a CPU can be used for the control unit 115 .

また、図示しないが、超音波診断装置100は、プッシュ波パルスpppを送信することなく、送信ビームフォーマ部106および受信ビームフォーマ部108においてされた検出波の送受信に基づいて出力される音響線信号のうち、被検体の組織からの反射成分に基づき時系列に超音波画像(Bモード画像)を生成するBモード画像生成部を有する。 Although not shown, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 does not transmit the push wave pulse ppp, and the acoustic line signal output based on the transmission and reception of the detected waves in the transmission beam former 106 and the reception beam former 108 is Among these, it has a B-mode image generation unit that generates ultrasonic images (B-mode images) in time series based on reflection components from the tissue of the subject.

<動作について>
以上の構成からなる超音波診断装置100の統合SWSシーケンスの動作について説明する。
<About operation>
The operation of the integrated SWS sequence of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 configured as above will be described.

1.動作の概要
図9は、超音波診断装置100における統合SWSシーケンスの工程の概要を示す概略図である。超音波診断装置100によるSWSシーケンスは、基準検出波送受信を行い、以後の各送信イベントに対応するせん断波による変位を抽出するための基準音響線信号フレームデータds0を取得する工程(1a)、プッシュ波パルスpppを送信して被検体内の特定部位Fに集束するプッシュ波ppを送信して被検体中にせん断波を励起する工程(1b)、関心領域roiを通過する検出波pwiの送受信を複数(m)回繰り返す検出波パルスpwpiを送受信する工程(1c)、せん断波伝播解析を行いせん断波の伝播速度vfと機械的特性elfを算出する機械的特性算出の工程(1d)から構成される。
1. Outline of Operation FIG. 9 is a schematic diagram showing an outline of the integrated SWS sequence process in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 . The SWS sequence by the ultrasonic diagnostic apparatus 100 performs reference detection wave transmission/reception, acquires reference acoustic line signal frame data ds0 for extracting the displacement due to the shear wave corresponding to each subsequent transmission event (1a); a step (1b) of transmitting a wave pulse ppp to transmit a push wave pp focused on a specific site F in the subject to excite a shear wave in the subject; It consists of a step (1c) of transmitting and receiving a detection wave pulse pwpi that is repeated a plurality of (m) times, and a step (1d) of calculating mechanical characteristics by performing shear wave propagation analysis and calculating the propagation velocity vf of the shear wave and the mechanical characteristics elf. be.

2.SWSシーケンスの動作
以下、公知の方法に基づき被検体の組織からの反射成分に基づき組織が描画されたBモード画像が表示部113に表示された後のSWSM処理の動作を説明する。
2. Operation of SWS Sequence The operation of SWSM processing after the B-mode image in which the tissue is drawn based on the reflection component from the tissue of the subject is displayed on the display unit 113 based on a known method will be described below.

なお、Bモード画像のフレームデータは、プッシュ波パルスpppを送信することなく、送信ビームフォーマ部106および受信ビームフォーマ部108においてされた超音波の送受信に基づいて被検体の組織からの反射成分に基づき時系列に音響線信号のフレームデータが形成され、音響線信号に対して包絡線検波、対数圧縮などの処理がなされて輝度信号へと変換された後、輝度信号を直交座標系に座標変換して生成する。表示制御部112は被検体の組織が描画されたBモード画像を表示部113に表示させる。 Note that the frame data of the B-mode image is based on the transmission and reception of ultrasonic waves in the transmission beamformer 106 and the reception beamformer 108 without transmitting the push wave pulse ppp. Based on this, the frame data of the acoustic line signal is formed in time series, the acoustic line signal is subjected to processing such as envelope detection and logarithmic compression, and after being converted into a luminance signal, the luminance signal is coordinate-transformed into an orthogonal coordinate system. to generate. The display control unit 112 causes the display unit 113 to display a B-mode image in which the tissue of the subject is drawn.

図10は、超音波診断装置100におけるSWSM処理の動作を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flow chart showing the operation of SWSM processing in the ultrasonic diagnostic apparatus 100 .

[ステップS100~130]
ステップS100において、超音波診断装置100は、表示部113にプローブ101によりリアルタイムに取得された被検体の断層画像であるBモード画像を表示し、関心領域設定部103は、操作入力部102から操作者により指定された情報を入力として、被検体内の計測対象範囲をあらわす関心領域roiをプローブ101の位置を基準に設定し、制御部115に出力する。
[Steps S100 to 130]
In step S100, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 displays on the display unit 113 a B-mode image, which is a tomographic image of the subject acquired by the probe 101 in real time. The information specified by the operator is input, and the region of interest roi representing the measurement target range within the subject is set with reference to the position of the probe 101 and output to the control unit 115 .

操作者による関心領域roiの指定は、例えば、表示部113にデータ格納部114に記録されている最新のBモード画像を表示し、タッチパネル、マウスなどの入力部(図示しない)を通して関心領域roiを指定することによりされる。なお、関心領域roiは、例えば、Bモード画像の全域を関心領域roiとしてもよいし、あるいは、Bモード画像の中央部分を含む一定範囲としてもよい。 The operator designates the region of interest roi by, for example, displaying the latest B-mode image recorded in the data storage unit 114 on the display unit 113 and specifying the region of interest roi through an input unit (not shown) such as a touch panel or mouse. by specifying Note that the region of interest roi may be, for example, the entire area of the B-mode image, or may be a certain range including the central portion of the B-mode image.

次に、ステップS110において、超音波診断装置100は、関心領域roiの全域を検出波が通過するように、検出波パルス送信振動子列を決定する。本例では、図6(a)に示すように、検出波の伝播方向はz軸方向、検出波パルス送信振動子列Txは、x方向における関心領域roiの範囲wを含むように設定される。なお、検出波パルス送信振動子列Txは、プローブ101の全素子であるとしてもよい。 Next, in step S110, the ultrasonic diagnostic apparatus 100 determines a detection wave pulse transmission transducer train so that the detection waves pass through the entire region of interest roi. In this example, as shown in FIG. 6(a), the propagation direction of the detection wave is the z-axis direction, and the detection wave pulse transmission transducer array Tx is set to include the range w of the region of interest roi in the x direction. . Note that the detection wave pulse transmission transducer array Tx may be all the elements of the probe 101 .

検出波の伝播方向と、検出波パルス送信振動子列Txを示す情報は、送信制御信号として送信ビームフォーマ部106に出力される。 Information indicating the propagation direction of the detected wave and the detected wave pulse transmission transducer train Tx is output to the transmission beam former section 106 as a transmission control signal.

次に、ステップS120において、プッシュ波パルス発生部104は、制御部115から関心領域roiを示す情報を入力し、プッシュ波パルスpppの送信焦点Fの位置とプッシュ波送信振動子列Pxを設定する。本例では、図3(b)に示すように、列方向送信焦点位置fxは検出波照射領域Axの列方向中心位置wcと一致し、深さ方向送信焦点位置fzは検出波照射領域Ax中心までの深さdと一致する構成とした。また、プッシュ波送信振動子列Pxは、複数の振動子101a全部とした。しかしながら、検出波照射領域Axと送信焦点Fとの位置関係は上記に限られず、被検体の検査すべき部位の形態等により適宜変更してもよい。 Next, in step S120, the push wave pulse generating unit 104 receives information indicating the region of interest roi from the control unit 115, and sets the position of the transmission focal point F of the push wave pulse ppp and the push wave transmission transducer array Px. . In this example, as shown in FIG. 3B, the column direction transmission focal position fx coincides with the column direction central position wc of the detection wave irradiation area Ax, and the depth direction transmission focal position fz is the center of the detection wave irradiation area Ax. It was configured to match the depth d up to. Also, the push wave transmitting transducer array Px is all of the plurality of transducers 101a. However, the positional relationship between the detection wave irradiation area Ax and the transmission focus F is not limited to the above, and may be changed as appropriate depending on the form of the site to be inspected of the subject.

送信焦点Fの位置と、プッシュ波送信振動子列Pxを示す情報は、プッシュ波パルスpppのパルス幅とともに、送信制御信号として送信ビームフォーマ部106に出力される。 Information indicating the position of the transmission focal point F and the push wave transmission transducer array Px is output to the transmission beam former unit 106 as a transmission control signal together with the pulse width of the push wave pulse ppp.

次に、ステップS130において、送信ビームフォーマ部106は、プッシュ波送信振動子列Pxに含まれる振動子にプッシュ波パルスpppを送信させることにより、当該振動子に送信焦点Fに対応する被検体中の特定部位に超音波ビームが集束するプッシュ波ppを送信させる。 Next, in step S130, the transmission beam former unit 106 causes the transducers included in the push wave transmission transducer array Px to transmit the push wave pulse ppp, thereby causing the transducers to transmit within the subject corresponding to the transmission focus F. A push wave pp that focuses an ultrasonic beam on a specific site of is transmitted.

具体的には、送信ビームフォーマ部106は、プッシュ波パルス発生部104より取得した送信焦点Fの位置とプッシュ波送信振動子列Pxを示す情報、プッシュ波パルスpppのパルス幅からなる送信制御信号に基づき送信プロファイルを生成する。送信プロファイルは、プッシュ波送信振動子列Pxに含まれる各送信振動子に対するパルス信号spと遅延時間tpkからなる。そして、送信プロファイルに基づき各送信振動子にプッシュ波パルスpppを供給する。各送信振動子は被検体内の特定部位に集束するパルス状のプッシュ波ppを送信する。 Specifically, the transmission beamformer 106 generates a transmission control signal including information indicating the position of the transmission focal point F and the push wave transmission transducer array Px acquired from the push wave pulse generation unit 104, and the pulse width of the push wave pulse ppp. Generate a transmission profile based on The transmission profile consists of a pulse signal sp and a delay time tpk for each transmission transducer included in the push wave transmission transducer array Px. Then, a push wave pulse ppp is supplied to each transmission transducer based on the transmission profile. Each transmitting transducer transmits a pulsed push wave pp focused on a specific site within the subject.

ここで、プッシュ波ppによるせん断波の生成において、図11(a)から(c)の模式図を用いて説明する。図11(a)から(c)は、プッシュ波ppによるせん断波励起の機構を示すバネモデルである。図11(a)から(c)において、弾力性を有する被検体内の組織はバネにより繋がれた複数の球として示されており、個々の球が、被検体内の組織の各位置に対応している。 Here, the generation of the shear wave by the push wave pp will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 11(a) to (c). FIGS. 11(a) to 11(c) are spring models showing the mechanism of shear wave excitation by push waves pp. FIG. In FIGS. 11( a ) to 11 ( c ), the elastic tissue within the subject is shown as a plurality of spheres connected by springs, one sphere corresponding to each position of the tissue within the subject. are doing.

まず、プローブ101を皮膚表面に密接させた状態で送信焦点Fに対応する被検体中の焦点部位に対してプッシュ波ppを印加する。これにより、焦点部位に該当する球603が、プッシュパルスによってZ方向に移動する。そうすると、図11(b)に示すように、球603に繋がれている球604がZ方向に引かれ、また、球613と球614のそれぞれが球603、球604によってZ方向に押される。その結果として、図11(c)に示すように、プッシュパルスにより直接押された球602、603によって押された球612、623がZ方向に移動して他の球を押すとともに、球604にZ方向に押され、かつ、球613にZ方向に引かれた球614がZ方向に移動する。この動作により、プッシュパルスによる直接的な押圧がない球604、球614の位置にZ方向の振動が伝播する。すなわち、焦点部位がZ方向に押圧されることで、焦点部位がZ方向に振動するとともに、X方向に隣接する組織がZ方向に引かれて、当該組織もZ方向に振動する。さらに、Z方向に振動する組織に対してX方向に隣接する組織がZ方向に引かれてZ方向に振動する、の連鎖的な運動が起きる。さらに、このような動作が繰り返し起きることにより、X方向にZ方向の振動が伝播する、すなわち、せん断波がX方向に伝播する現象が発生する。 First, a push wave pp is applied to a focal point in the subject corresponding to the transmission focal point F while the probe 101 is brought into close contact with the skin surface. As a result, the sphere 603 corresponding to the focal point is moved in the Z direction by the push pulse. Then, as shown in FIG. 11B, the ball 604 connected to the ball 603 is pulled in the Z direction, and the balls 613 and 614 are pushed in the Z direction by the balls 603 and 604, respectively. As a result, as shown in FIG. 11(c), the balls 612 and 623 pushed by the balls 602 and 603 directly pushed by the push pulse move in the Z direction and push the other balls, and the ball 604 The sphere 614 pushed in the Z direction and pulled in the Z direction by the sphere 613 moves in the Z direction. This action propagates vibration in the Z direction to the positions of the spheres 604 and 614 that are not directly pressed by the push pulse. That is, when the focal region is pressed in the Z direction, the focal region vibrates in the Z direction, and the tissue adjacent in the X direction is pulled in the Z direction, and the tissue also vibrates in the Z direction. Furthermore, a chain motion occurs in which tissue adjacent to the tissue vibrating in the Z direction is pulled in the Z direction and vibrates in the Z direction. Furthermore, by repeating such an operation, a phenomenon occurs in which the vibration in the Z direction propagates in the X direction, that is, the shear wave propagates in the X direction.

[ステップS140]
図10に戻って説明を続ける。
[Step S140]
Returning to FIG. 10, the description continues.

ステップS140では、関心領域roiに検出波パルスpwplを複数回送受信し、取得した音響線信号フレームデータdslのシーケンスを保存する。具体的には、送信ビームフォーマ部106は、検出波送信振動子列Txに含まれる振動子に被検体に向けて検出波パルスpwplを送信させ、受信ビームフォーマ部108は、検出波パルス受信振動子列Rxに含まれる振動子により受信した反射波ecに基づき音響線信号フレームデータdslを生成する。プッシュ波ppの送信終了の直後から、例えば、秒間5000回、上記処理を繰り返し行う。これにより、せん断波の発生直後から伝播が終わるまでの間、被検体の検出波照射領域Ax内の音響線信号フレームデータdslを繰り返し生成する。 In step S140, the detection wave pulse pwpl is transmitted/received to/from the region of interest roi a plurality of times, and the acquired sequence of acoustic line signal frame data dsl is stored. Specifically, the transmission beam former unit 106 causes the transducers included in the detection wave transmission transducer array Tx to transmit the detection wave pulse pwpl toward the subject, and the reception beam former unit 108 causes the detection wave pulse reception oscillation. Acoustic line signal frame data dsl is generated based on the reflected waves ec received by the transducers included in the element array Rx. Immediately after the end of transmission of the push wave pp, the above processing is repeated, for example, 5000 times per second. As a result, the acoustic line signal frame data dsl within the detection wave irradiation area Ax of the object is repeatedly generated from immediately after the generation of the shear wave until the end of propagation.

より具体的には、観測点Pijごとに、送信された検出波が観測点Pijに到達するまでの送信時間を算出する。送信時間は、検出波の伝播方向と平行で観測点Pijを通過する直線上において、観測点Pijとプローブ101の表面との間の距離を音速で除することで算出できる。本例では、検出波の伝播方向はZ方向であるので、プローブ101の表面と観測点PijとのZ座標の差を音速で除することで算出できる。次に、観測点Pijと受波振動子との組み合わせごとに、観測点Pijで反射された反射検出波が受波振動子に到達するまでの受信時間を算出する。受信時間は、観測点Pijと受波振動子との幾何学的距離を音速で除することで算出できる。そして、受波振動子ごとに遅延時間を算出し、観測点Pijに対応する受波信号rfkを同定して重みづけ加算を行うことにより、観測点Pijに対応する音響線信号dslを生成する。 More specifically, the transmission time required for the transmitted detection wave to reach the observation point Pij is calculated for each observation point Pij. The transmission time can be calculated by dividing the distance between the observation point Pij and the surface of the probe 101 on a straight line parallel to the propagation direction of the detected wave and passing through the observation point Pij by the speed of sound. In this example, since the propagation direction of the detected wave is the Z direction, it can be calculated by dividing the difference in Z coordinate between the surface of the probe 101 and the observation point Pij by the speed of sound. Next, for each combination of the observation point Pij and the wave-receiving transducer, the reception time required for the reflected detection wave reflected at the observation point Pij to reach the wave-receiving transducer is calculated. The reception time can be calculated by dividing the geometric distance between the observation point Pij and the receiving transducer by the speed of sound. Then, by calculating the delay time for each wave receiving transducer, identifying the wave receiving signal rfk corresponding to the observation point Pij, and performing weighted addition, the acoustic line signal dsl corresponding to the observation point Pij is generated.

生成された音響線信号フレームデータdslのシーケンスはデータ格納部114に出力され保存される。 The generated sequence of acoustic line signal frame data dsl is output to and stored in the data storage unit 114 .

[ステップS151~S152]
ステップS151において、変位検出部109は、各送信イベントにおける関心領域roi内の観測点Pijの変位を検出する。
[Steps S151 to S152]
In step S151, the displacement detection unit 109 detects the displacement of the observation point Pij within the region of interest roi in each transmission event.

図12は、変位検出及びせん断波の伝播解析の動作を示す模式図である。 FIG. 12 is a schematic diagram showing the operation of displacement detection and shear wave propagation analysis.

先ず、変位検出部109は、ステップS130でデータ格納部114に保存された基準音響線信号フレームデータds0を取得する。上述したように、基準音響線信号フレームデータds0は、プッシュ波ppの送信前、すなわち、せん断波の発生前に取得された音響線信号フレームデータである。 First, the displacement detection unit 109 acquires the reference acoustic line signal frame data ds0 stored in the data storage unit 114 in step S130. As described above, the reference acoustic line signal frame data ds0 is acoustic line signal frame data acquired before the push wave pp is transmitted, that is, before the shear wave is generated.

次に、変位検出部109は、ステップS150でデータ格納部114に保存された各音響線信号フレームデータdslに対し、基準音響線信号フレームデータds0との差分から、当該音響線信号フレームデータdslが取得された時刻における、各画素の変位を検出する。 Next, the displacement detection unit 109 detects the difference between each acoustic line signal frame data dsl stored in the data storage unit 114 in step S150 and the reference acoustic line signal frame data ds0. Detect the displacement of each pixel at the acquired time.

図12におけるA列は、基準音響線信号フレームデータds0、各送信イベントにて生成した音響線信号フレームデータdslを示し、B列は、ステップS150において、各送信イベントに対して算出する変位量フレームデータptlを示したものである。図12のA列及びB列に示すように、変位量フレームデータptlは、音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0を比較し、基準音響線信号フレームデータds0中の観測点Pijの音響線信号dsijが音響線信号フレームデータdslにおけるどの観測点P´ijの音響線信号dsijと類似するのかを検出して、観測点P´ijの観測点Pijに対する位置変化量を算出することにより検出する。 Column A in FIG. 12 indicates the reference acoustic line signal frame data ds0 and acoustic line signal frame data dsl generated in each transmission event, and column B indicates the displacement amount frame calculated for each transmission event in step S150. Data ptl is shown. As shown in columns A and B of FIG. 12, the displacement amount frame data ptl compares the acoustic line signal frame data dsl and the reference acoustic line signal frame data ds0, and obtains the observation point Pij in the reference acoustic line signal frame data ds0. is similar to the acoustic line signal dsij of which observation point P'ij in the acoustic line signal frame data dsl, and to calculate the position change amount of the observation point P'ij with respect to the observation point Pij. Detected by

具体的には、例えば、観測点Pij及びその近傍をゲートとして音響線信号フレームデータdslと基準音響線信号フレームデータds0との相関処理を行い、観測点Pijに対応する基準音響線信号フレームデータds0内のデータに最も類似するデータを音響線信号フレームデータdslから抽出する。そして、抽出したデータに対応する被検体中の位置を観測点Pijの移動先として、観測点Pijの変位を検出する。 Specifically, for example, the acoustic line signal frame data dsl and the reference acoustic line signal frame data ds0 are correlated with the observation point Pij and its vicinity as gates, and the reference acoustic line signal frame data ds0 corresponding to the observation point Pij is calculated. The data most similar to the data in dsl are extracted from the acoustic line signal frame data dsl. Then, the position in the subject corresponding to the extracted data is set as the movement destination of the observation point Pij, and the displacement of the observation point Pij is detected.

なお、変位の検出方法としては相関処理に限られず、音響線信号フレームデータdslを8ピクセル×8ピクセルなどの所定の大きさの領域に分割し、各領域と基準音響線信号フレームデータds0とをパターンマッチングすることで、音響線信号フレームデータdslの各画素の変位を検出するとしてもよい。また、パターンマッチング以外の、2つの音響線信号フレームデータdsl間の動き量を検出する任意の技術を用いてもよい。 The displacement detection method is not limited to correlation processing. The acoustic line signal frame data dsl is divided into regions of a predetermined size such as 8 pixels×8 pixels, and each region and the reference acoustic line signal frame data ds0 are divided. The displacement of each pixel of the acoustic line signal frame data dsl may be detected by pattern matching. Any technique other than pattern matching that detects the amount of motion between two pieces of acoustic line signal frame data dsl may be used.

変位検出部109は、1フレームの音響線信号フレームデータdslに係る各観測点Pijの変位を当該観測点の座標ijと対応付けることで関心領域roi内の観測点の変位量データptijを生成し、生成した関心領域roiについての変位量フレームデータptlをデータ格納部114に出力する。変位検出部109は、この処理をすべての送信イベントについて行うことにより、全送信イベントに対する変位量データptijを生成して保存する(ステップS152)。 The displacement detection unit 109 generates displacement amount data ptij of the observation points in the region of interest roi by associating the displacement of each observation point Pij related to the acoustic line signal frame data dsl of one frame with the coordinates ij of the observation point, The displacement amount frame data ptl for the generated region of interest roi is output to the data storage unit 114 . The displacement detection unit 109 performs this process for all transmission events to generate and store displacement amount data ptij for all transmission events (step S152).

[ステップS160~S180]
ステップS160において、伝播情報解析部110は、変位量フレームデータptlのシーケンスを入力として、関心領域roi内の観測点Pijそれぞれについて変位量データptijの時系列変化からピーク時刻を特定し、ピーク時刻をせん断波の波面の到達時刻とみなして波面到達時間データatを生成してデータ格納部114に出力する。ステップS160の動作については後述する。
[Steps S160 to S180]
In step S160, the propagation information analysis unit 110 receives the sequence of the displacement amount frame data ptl as input, identifies the peak time from the time-series change of the displacement amount data ptij for each of the observation points Pij in the region of interest roi, and identifies the peak time. The wavefront arrival time data at is generated by considering the arrival time of the wavefront of the shear wave and is output to the data storage unit 114 . The operation of step S160 will be described later.

ステップS170において、機械的特性算出部111は、波面到達時間データatを入力として、関心領域roi内の観測点Pijそれぞれについてせん断波の速度を推測し、せん断波の速度に基づいて機械的特性を推定する。 In step S170, the mechanical property calculation unit 111 receives the wavefront arrival time data at as input, estimates the shear wave velocity for each observation point Pij in the region of interest roi, and calculates the mechanical property based on the shear wave velocity. presume.

まず、機械的特性算出部111は、ステップS160でデータ格納部114に保存された波面到達時間データatを取得する。次に、機械的特性算出部111は、せん断波が略x方向に伝播するものと仮定し、x方向に近接する2つの観測点間の距離を波面到達時間の差で除することにより、せん断波の速度を推定する。図12のD列は、せん断波の速度を観測点の座標ijに関連付けた状態を示している。機械的特性算出部111は、せん断波の速度を観測点の座標ijに対応付けて生成した伝播速度データvfをデータ格納部114に格納する。 First, the mechanical characteristic calculation unit 111 acquires the wavefront arrival time data at stored in the data storage unit 114 in step S160. Next, the mechanical property calculator 111 assumes that the shear wave propagates substantially in the x direction, and divides the distance between two observation points close to each other in the x direction by the difference in wave front arrival time to obtain the shear wave Estimate wave speed. Column D in FIG. 12 shows the state in which shear wave velocities are associated with coordinates ij of observation points. The mechanical property calculator 111 stores the propagation velocity data vf generated by associating the velocity of the shear wave with the coordinate ij of the observation point in the data storage 114 .

なお、機械的特性算出部111は、せん断波の速度に基づいて、被検体の機械的特性を算出してもよい。機械的特性としては、例えば、弾性率、粘度(粘性率)等があげられる。機械的特性算出部111は、図12のE列に示すように、機械的特性を観測点の座標ijに関連付け、機械的特性データelfとしてデータ格納部114に格納する。 Note that the mechanical property calculator 111 may calculate the mechanical property of the subject based on the velocity of the shear wave. Examples of mechanical properties include elastic modulus and viscosity (viscosity coefficient). As shown in column E of FIG. 12, the mechanical property calculation unit 111 associates the mechanical properties with the coordinates ij of the observation point, and stores them in the data storage unit 114 as mechanical property data elf.

ステップS180において、機械的特性算出部111は、生成した機械的特性データelfまたは伝播速度データvfが示す特性値に基づいて、色情報をマッピングした機械的特性画像を生成し、表示制御部112は、機械的特性画像に対して座標変換を行って表示部113に出力する。 In step S180, the mechanical property calculation unit 111 generates a mechanical property image in which color information is mapped based on the property value indicated by the generated mechanical property data elf or propagation velocity data vf, and the display control unit 112 , the mechanical characteristic image is subjected to coordinate transformation and output to the display unit 113 .

以上により、図10に示したSWSM処理が終了する。 Thus, the SWSM processing shown in FIG. 10 is completed.

3.ステップS160における処理の詳細について
ステップS160では、伝播情報解析部110は、変位量フレームデータptlのシーケンスを入力として、関心領域roi内の観測点Pijそれぞれについて変位量データptijの時系列変化からピーク時刻を特定し、ピーク時刻をせん断波の波面の到達時刻とみなして波面到達時間データatを生成してデータ格納部114に出力する。以下、図13のフローチャートを用いてより詳細に説明する。
3. Details of the processing in step S160 In step S160, the propagation information analysis unit 110 receives the sequence of the displacement amount frame data ptl as input, and calculates the peak time from the time series change of the displacement amount data ptij for each observation point Pij within the region of interest roi. is identified, the peak time is regarded as the arrival time of the wavefront of the shear wave, and wavefront arrival time data at is generated and output to the data storage unit 114 . A more detailed description will be given below with reference to the flow chart of FIG. 13 .

まず、ステップS1601において、プッシュ波の送信焦点Fからの距離が小さくなるように観測点Pijの座標ijを初期化する。具体的には、関心領域roi内にプッシュパルスの送信焦点Fが存在する場合には、送信焦点Fの位置を観測点Pijの位置とする。一方、関心領域roi内にプッシュパルスの送信焦点Fが存在しない場合には、送信焦点Fと深さ(z座標)が同一の観測点のうち、送信焦点Fに最も近い観測点を観測点Pijの位置とする。 First, in step S1601, the coordinate ij of the observation point Pij is initialized so that the distance from the transmission focal point F of the push wave becomes small. Specifically, when the transmission focal point F of the push pulse exists within the region of interest roi, the position of the transmission focal point F is set as the position of the observation point Pij. On the other hand, if the transmission focus F of the push pulse does not exist within the region of interest roi, among the observation points having the same depth (z coordinate) as the transmission focus F, the observation point closest to the transmission focus F is the observation point Pij position.

次に、ステップS1602において、基準変位量シーケンスd0ijを設定する。基準変位量シーケンスd0ijは、観測点Pijにおける変位の時系列変化と類似の時系列変化の傾向を有する変位量シーケンスデータであり、ピーク時刻が既知である変位量シーケンスデータである。基準変位量シーケンスd0ijとしては、例えば、観測点Pijより送信焦点Fに近い観測点の基準変位量シーケンスd0ijを用いることができる。なお、予めデータ格納部114に格納した基準変位量シーケンスd0ijを用いてもよい。 Next, in step S1602, a reference displacement amount sequence d0ij is set. The reference displacement sequence d0ij is displacement sequence data having a tendency of time-series change similar to the time-series change of displacement at the observation point Pij, and is displacement sequence data with a known peak time. As the reference displacement amount sequence d0ij, for example, a reference displacement amount sequence d0ij of an observation point closer to the transmission focus F than the observation point Pij can be used. Note that the reference displacement amount sequence d0ij stored in advance in the data storage unit 114 may be used.

次に、ステップS1603において、相関処理のゲート範囲を設定する。具体的には、まず、観測点Pijの変位量シーケンスdijのうち相関処理に用いられるデータの取得時刻を特定し、プッシュパルスの送信時刻を0とした相対時刻である観測時刻に変換する。次に、観測時刻の値に応じて、ゲート幅を設定する。具体的には、観測時刻が2msから5msの範囲にある場合には、ゲート幅を2msから6msの範囲、かつ、観測時刻が増加するとゲート幅が増加するように設定する。例えば、観測時刻をtとしたとき、ゲート幅wgは、wg=(2t+2)/3としてもよい。あるいは、wg=tとしてもよい。一方、観測時刻が30ms以上である場合には、ゲート幅を6msから8msの範囲に設定する。ゲート幅の設定の例としては、例えば図14に示す関係であってよい。最後に、基準変位量シーケンスd0ijから抽出されるデータにピーク時刻に対応するデータが含まれるように、ピーク範囲a~bを設定する。なお、ピーク範囲の中心(a+b)/2が基準変位量シーケンスd0ijのピーク時刻であることが好ましい。Next, in step S1603, a gate range for correlation processing is set. Specifically, first, the acquisition time of data used for correlation processing in the displacement amount sequence dij of the observation point Pij is specified, and converted into an observation time, which is a relative time with the push pulse transmission time set to 0. Next, the gate width is set according to the observation time value. Specifically, when the observation time is in the range of 2 ms to 5 ms, the gate width is set in the range of 2 ms to 6 ms, and the gate width increases as the observation time increases. For example, when the observation time is t, the gate width w g may be w g =(2t+2)/3. Alternatively, w g =t may be set. On the other hand, when the observation time is 30 ms or more, the gate width is set within the range of 6 ms to 8 ms. As an example of setting the gate width, for example, the relationship shown in FIG. 14 may be used. Finally, the peak range a to b is set so that the data extracted from the reference displacement amount sequence d0ij includes data corresponding to the peak time. It is preferable that the center (a+b)/2 of the peak range be the peak time of the reference displacement amount sequence d0ij.

次に、ステップS1604において、時差τを0に初期化する。 Next, in step S1604, the time difference τ is initialized to 0.

次に、ステップS1605において、時差τについて相関値c(τ)を算出する。次に、ステップS1606において、すべての時差τについて相関値c(τ)が算出するまで、τを変化させながらステップS1605を繰り返し、すべての時差τについて相関値c(τ)が算出されると、ステップS1607に進む。 Next, in step S1605, the correlation value c(τ) is calculated for the time difference τ. Next, in step S1606, step S1605 is repeated while varying τ until correlation values c(τ) are calculated for all time differences τ. The process advances to step S1607.

次に、ステップS1607において、相関値c(τ)の最大値に対する時差τに基づいてピーク時刻を特定する。具体的には、算出したすべての相関値c(τ)から最大値を求め、最大値に対応する時差τを特定する。そして、基準変位量シーケンスにおけるピーク時刻cに対し、時刻c+τを、観測点Pijの変位のピーク時刻であると特定する。 Next, in step S1607, the peak time is specified based on the time difference τ with respect to the maximum value of the correlation value c(τ). Specifically, the maximum value is obtained from all the calculated correlation values c(τ), and the time difference τ corresponding to the maximum value is specified. Then, with respect to the peak time c in the reference displacement amount sequence, the time c+τ is specified as the peak time of the displacement of the observation point Pij.

次に、ステップS1608において、すべての観測点Pijについてピーク時刻を算出したか否かを判断し、ピーク時刻が算出されていない観測点Pijが存在する場合には、ステップS1609において、プッシュ波の送信焦点Fから遠ざかるように次の観測点Pijを定め、ステップS1602からS1607の処理を行う。これにより、すべての観測点Pijに対してピーク時刻が算出される。 Next, in step S1608, it is determined whether or not the peak time has been calculated for all the observation points Pij. If there is an observation point Pij for which the peak time has not been calculated, in step S1609, a push wave is transmitted. The next observation point Pij is determined so as to move away from the focal point F, and the processing from steps S1602 to S1607 is performed. Thereby, the peak time is calculated for all the observation points Pij.

最後に、ステップS1610において、伝播情報解析部110は、観測点Pijの変位のピーク時刻を当該観測点の座標ijと対応付けることで関心領域roi内の波面到達時間データatを生成してデータ格納部114に出力する。 Finally, in step S1610, propagation information analysis section 110 generates wavefront arrival time data at within region of interest roi by associating the peak time of displacement at observation point Pij with coordinates ij of the observation point, 114.

<ゲート幅とピーク時刻検出精度との関係について>
以下、変位のピーク時刻検出精度と、ゲート幅との関係について、実験結果を評価する。
<Relationship between gate width and peak time detection accuracy>
Experimental results will be evaluated below regarding the relationship between the displacement peak time detection accuracy and the gate width.

以下、硬さが一様である疑似検体(ファントム)を4種類用いて評価を行った。評価実験では、図15(a)に示すように、プッシュパルスの送信焦点Fを通過しx軸と平行な直線上に、第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3、第4位置P4をそれぞれ等間隔に設け、これら4点を観測点として変位の時系列変化、および、変位のピーク時刻を検出した。 Four types of phantoms having uniform hardness were used for evaluation. In the evaluation experiment, as shown in FIG. 15(a), a first position P1, a second position P2, a third position P3, a fourth position P1, a second position P2, a third position P3, and a fourth position are placed on a straight line passing through the transmission focal point F of the push pulse and parallel to the x-axis. P4 were provided at equal intervals, and these four points were used as observation points to detect the time-series change in displacement and the peak time of displacement.

図16(a)は、弾性率が44kPaのファントムにおける変位の時系列変化を示したものであり、変位711、712、713、714が、それぞれ、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の変位の時系列変化を示している。図16(b)は、弾性率が25kPaのファントムにおける変位の時系列変化を示したものであり、変位721、722、723、724が、それぞれ、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の変位の時系列変化を示している。図17(a)は、弾性率が12kPaのファントムにおける変位の時系列変化を示したものであり、変位731、732、733、734が、それぞれ、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の変位の時系列変化を示している。図17(b)は、弾性率が3.7kPaのファントムにおける変位の時系列変化を示したものであり、変位741、742、743、744が、それぞれ、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の変位の時系列変化を示している。 FIG. 16(a) shows time series changes in displacement in a phantom with an elastic modulus of 44 kPa. It shows a time-series change in the displacement of the fourth position. FIG. 16(b) shows time-series changes in displacement in a phantom with an elastic modulus of 25 kPa. It shows a time-series change in the displacement of the fourth position. FIG. 17(a) shows time-series changes in displacement in a phantom with an elastic modulus of 12 kPa. It shows a time-series change in the displacement of the fourth position. FIG. 17(b) shows time series changes in displacement in a phantom with an elastic modulus of 3.7 kPa. Position, the time-series change of the displacement of the 4th position is shown.

図16(a)から図17(b)の各時系列変化の差から分かるように、被検体の弾性率が高いほどピークが鋭く、弾性率が低いほどピークが鈍い。また、被検体の弾性率が高いほどピーク時刻が早く、弾性率が低いほどピーク時刻が遅い。この傾向は、被検体の弾性率が高いほどプッシュパルスによる変位に対して復元力が強いことからピークが鋭くなりやすく、伝播速度も速いためである。一方で、ピーク付近の変位の時系列変化に着目すると、弾性率が同じであれば変化傾向も類似している。つまり、弾性率が44kPaのファントムにおいて、異なる位置に係る変位711と変位712のピーク付近の波形は類似しており、同様に、弾性率が3.7kPaのファントムにおいて、異なる位置に係る変位741と変位742のピーク付近の波形は類似している。すなわち、硬さが一様である場合には、近接する2つの観測点において波形は類似しており、相関処理によって変位のピーク時刻が検出しやすいことが推測できる。 16A to 17B, the higher the elastic modulus of the subject, the sharper the peak, and the lower the elastic modulus, the duller the peak. Also, the higher the elastic modulus of the subject, the earlier the peak time, and the lower the elastic modulus, the later the peak time. This tendency is because the higher the elastic modulus of the subject, the stronger the restoring force against the displacement caused by the push pulse, so the peak tends to be sharper and the propagation speed is faster. On the other hand, focusing on the time-series changes in the displacement near the peak, if the elastic moduli are the same, the change tendencies are similar. That is, in the phantom with an elastic modulus of 44 kPa, the waveforms near the peaks of the displacements 711 and 712 at different positions are similar. The waveforms near the peak of displacement 742 are similar. That is, when the hardness is uniform, the waveforms are similar at two adjacent observation points, and it can be assumed that the peak time of displacement can be easily detected by correlation processing.

図18は、相関処理のゲート幅を実施の形態のように設定した実施例と、相関処理のゲート幅を固定した比較例とで、ピーク時刻の差のばらつき(標準偏差)を比較したものである。図18(a)は、弾性率12kPaのファントムにおいて、実施例、および、ゲート幅を固定した比較例のそれぞれにおける、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の変位のピーク時刻、隣接する2つの観測点間のピーク時刻の差、そしてその標準偏差を示したものである。上述したように、ファントムは硬さが一様で、かつ、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置は直線上に等間隔に設定されているため、2点間のせん断波の移動時間に相当する、隣接する2つの観測点間のピーク時刻の差は3つとも等しいはずである。したがって、標準偏差の値は、小さいほどピーク時刻の検出精度が正確であると推定できる。なお、本実験では、検出波の送受信は200μsごとに行っており、ピーク時刻はサンプル番号で示している。例えば、第1位置のピーク時刻24は、ピーク時刻が4.8msであることを示している。 FIG. 18 shows a comparison of variation (standard deviation) in peak time difference between an example in which the gate width of correlation processing is set as in the embodiment and a comparative example in which the gate width of correlation processing is fixed. be. FIG. 18A shows peak times of displacement at the first, second, third, and fourth positions in the phantom with an elastic modulus of 12 kPa in the example and the comparative example with a fixed gate width. , the difference in peak time between two adjacent observation points, and its standard deviation. As described above, the phantom has a uniform hardness, and the first, second, third, and fourth positions are set on a straight line at equal intervals. The difference in peak time between two adjacent stations, which corresponds to the travel time of , should be equal for all three. Therefore, it can be estimated that the smaller the standard deviation value, the more accurate the detection accuracy of the peak time. In this experiment, detection waves were transmitted and received every 200 μs, and peak times are indicated by sample numbers. For example, the first position peak time 24 indicates that the peak time is 4.8 ms.

実施例では、第1位置についてはゲート幅が1ms、第2位置についてはゲート幅が2ms、第3位置、第4位置についてはゲート幅が4msで算出している。第1位置、第2位置についてはピークが鋭いため、ゲート幅が狭くても高精度にピーク時刻が検出できる。特に、ゲート幅を極度に狭めた場合、相関処理法であってもTTP法と類似の特性を有するため、S/N比が高い時間帯ではゲート幅を狭めることが有効である。一方で、ゲート幅を広く設定した場合、ピークが鋭いためにピーク以外のデータがゲートに含まれることとなるため、ピーク以外のデータが相関処理に影響を及ぼすことで、却って検出精度が低下していることが考えられる。第3位置、第4位置については、図17(a)の変位733、734に示す通り、せん断波が伝播する過程で減衰しているためピークが鈍く、S/N比も低い。したがって、ゲート幅が狭すぎる場合には、TTP法と同様に雑音の誤検出が発生しやすいことが考えられる。一方で、ゲート幅を必要以上に広げても検出精度は向上せず、計算量のみが増加する。したがって、ゲート幅を固定した場合、ゲート幅が狭いと第3位置や第4位置のピーク検出精度が低下するため第2-第3時差や第3-第4時差の誤差が大きくなりやすい一方で、ゲートが広いと第1位置や第2位置のピーク検出精度が低下するため第1-第2時差や第2-第3時差の誤差が大きくなりやすいものと推測できる。一方、実施例では、観測点ごとに相関処理のゲート幅を変えているため、常に適切なゲート幅が使用でき、標準偏差の値が小さくなったものと推測できる。 In the embodiment, the gate width is 1 ms for the first position, the gate width is 2 ms for the second position, and the gate width is 4 ms for the third and fourth positions. Since the peaks are sharp at the first position and the second position, the peak time can be detected with high accuracy even if the gate width is narrow. In particular, when the gate width is extremely narrowed, even the correlation processing method has characteristics similar to those of the TTP method. Therefore, it is effective to narrow the gate width in the time period when the S/N ratio is high. On the other hand, if the gate width is set wide, the data other than the peak will be included in the gate because the peak is sharp, so the data other than the peak will affect the correlation processing, and the detection accuracy will decrease. It is conceivable that At the third and fourth positions, as shown by displacements 733 and 734 in FIG. 17(a), the shear wave is attenuated in the process of propagating, resulting in dull peaks and a low S/N ratio. Therefore, if the gate width is too narrow, erroneous detection of noise is likely to occur as in the TTP method. On the other hand, even if the gate width is increased more than necessary, the detection accuracy does not improve, and only the amount of calculation increases. Therefore, when the gate width is fixed, if the gate width is narrow, the peak detection accuracy at the 3rd position and the 4th position decreases, so the error between the 2nd-3rd time difference and the 3rd-4th time difference tends to increase. If the gate is wide, the peak detection accuracy at the first position and the second position is lowered, so it can be inferred that the errors in the first-second time difference and the second-third time difference tend to increase. On the other hand, in the embodiment, since the gate width for correlation processing is changed for each observation point, it can be assumed that an appropriate gate width can always be used and the standard deviation value is reduced.

また、図18(b)は、弾性率25kPaのファントムにおいて、同様の評価を行ったものである。実施例では、第1位置、第2位置についてはゲート幅が1ms、第3位置についてはゲート幅が2ms、第4位置についてはゲート幅が4msで算出している。弾性率25kPaのファントムでは、図16(b)と図17(a)との比較でも明らかなように、弾性率12kPaのファントムに対してせん断波の速度が速い。したがって、第1位置、第2位置のみならず、第3位置についても、第1位置と同様にピークが鋭く、ゲート幅が狭くても高精度にピーク時刻が検出できる。第4位置については、弾性率12kPaのファントムにおける第3位置と同様、ゲート幅が狭すぎるとTP法と同様に雑音の誤検出が発生しやすい一方で、ゲート幅を必要以上に広げても検出精度は向上せず、計算量のみが増加すると考えられる。したがって、ゲート幅を固定した場合、ゲート幅が狭いと第4位置のピーク検出精度が低下するため第3-第4時差の誤差が大きくなりやすい一方で、ゲートが広いと第1位置~第3位置のピーク検出精度が低下するため第1-第2時差や第2-第3時差の誤差が大きくなりやすいものと推測できる。一方、実施例では、観測点ごとに相関処理のゲート幅を変えているため、常に適切なゲート幅が使用でき、標準偏差の値が小さくなったものと推測できる。 FIG. 18(b) shows the same evaluation for a phantom with an elastic modulus of 25 kPa. In the embodiment, the gate width is 1 ms for the first and second positions, 2 ms for the third position, and 4 ms for the fourth position. In the phantom with an elastic modulus of 25 kPa, the speed of the shear wave is faster than in the phantom with an elastic modulus of 12 kPa, as is clear from the comparison between FIG. 16(b) and FIG. 17(a). Therefore, not only the first position and the second position, but also the third position has a sharp peak similarly to the first position, and even if the gate width is narrow, the peak time can be detected with high accuracy. Regarding the fourth position, similarly to the third position in the phantom with an elastic modulus of 12 kPa, if the gate width is too narrow, false detection of noise is likely to occur as in the TP method. It is considered that only the amount of calculation increases without improving the accuracy. Therefore, when the gate width is fixed, if the gate width is narrow, the peak detection accuracy at the 4th position decreases, and the error between the 3rd and 4th time differences tends to increase. It can be inferred that the errors in the first-second time difference and the second-third time difference tend to increase because the peak detection accuracy of the position decreases. On the other hand, in the embodiment, since the gate width for correlation processing is changed for each observation point, it can be assumed that an appropriate gate width can always be used and the standard deviation value is reduced.

また、図18(c)は、弾性率44kPaのファントムにおいて、同様の評価を行ったものである。実施例では、第1位置、第2位置、第3位置、第4位置の全てについてゲート幅が1msで算出している。弾性率44kPaのファントムでは、図16(a)から明らかなように、弾性率25kPaのファントムに対してせん断波の速度が速い。したがって、第1位置、第2位置、第3位置のみならず第4位置についても、第1位置と同様にピークが鋭く、ゲート幅が狭くても高精度にピーク時刻が検出できる。したがって、ゲート幅を固定した場合、ゲート幅が広いとピーク検出精度が低下するため時差の誤差が大きくなりやすいものと推測できる。一方、実施例では、観測点ごとに相関処理のゲート幅を変えているため、常に適切なゲート幅が使用でき、標準偏差の値が小さくなったものと推測できる。 Moreover, FIG. 18(c) shows the same evaluation for a phantom with an elastic modulus of 44 kPa. In the embodiment, the gate width is calculated to be 1 ms for all of the first, second, third and fourth positions. As is clear from FIG. 16A, the phantom with an elastic modulus of 44 kPa has a faster shear wave velocity than the phantom with an elastic modulus of 25 kPa. Therefore, not only the first, second, and third positions, but also the fourth position has a sharp peak like the first position, and even if the gate width is narrow, the peak time can be detected with high accuracy. Therefore, if the gate width is fixed, it can be inferred that a wide gate width reduces the peak detection accuracy, and thus the time difference error tends to increase. On the other hand, in the embodiment, since the gate width for correlation processing is changed for each observation point, it can be assumed that an appropriate gate width can always be used and the standard deviation value is reduced.

以上説明したように、相関処理のゲート幅が小さ過ぎる場合には鈍いピークなどに対して雑音の誤検出等が発生しやすく、ピーク時刻からは大きくずれた時刻を誤検出することがある。一方で、相関処理のゲート幅が大き過ぎる場合には、演算量が増加する上、ピークから外れた時刻のデータが用いられることでピーク時刻の誤差が増加することがある。これに対し、実施の形態では、プッシュパルスの送信時刻を基準とした観測時刻が早い場合にはゲート幅を小さくする。この構成により、せん断波の伝播による劣化が小さく、変位の絶対量も変化の度合いも大きい場合には、TTP法と同様にピーク時刻の検出精度を高めることができる。一方で、プッシュパルスの送信時刻を基準とした観測時刻が遅い場合にはゲート幅を大きくする。この構成により、せん断波の伝播による劣化が大きく、変位の絶対量も変化の度合いも小さい場合には、雑音の誤検出等を抑止することができる。なお、図18(a)に示したように、必要以上にゲート幅を大きくしても、演算量が増加するだけでピーク時刻の検出精度は変わらず、過度にゲート幅が大きいと却ってピーク時刻の検出精度が低下する。実施の形態では、ゲート幅を観測時刻に基づいて適用的に変化させることで、観測点ごとに適したゲート幅を適用することができ、雑音の誤検出等を抑止しつつ、ピーク時刻の検出精度を向上させることが可能である。 As described above, if the gate width of correlation processing is too small, erroneous detection of noise is likely to occur for dull peaks and the like, and erroneous detection may occur at a time greatly deviated from the peak time. On the other hand, if the gate width of the correlation processing is too large, the amount of calculation increases, and the error in the peak time may increase due to the use of data of the time off the peak. In contrast, in the embodiment, the gate width is reduced when the observation time based on the transmission time of the push pulse is early. With this configuration, when deterioration due to shear wave propagation is small and the absolute amount of displacement and the degree of change are large, it is possible to increase the detection accuracy of the peak time similarly to the TTP method. On the other hand, if the observation time based on the transmission time of the push pulse is late, the gate width is increased. With this configuration, erroneous detection of noise and the like can be suppressed when deterioration due to shear wave propagation is large and the absolute amount of displacement and the degree of change are small. As shown in FIG. 18(a), even if the gate width is increased more than necessary, the amount of calculation increases and the peak time detection accuracy does not change. detection accuracy is reduced. In the embodiment, by adaptively changing the gate width based on the observation time, it is possible to apply a suitable gate width for each observation point, and detect peak time while suppressing false detection of noise. It is possible to improve the accuracy.

<その他の変形例>
上記実施の形態に基づいて説明してきたが、本開示に係る実施の形態は、上記の実施の形態に限定されず、以下のような構成であってもよい。
<Other Modifications>
Although the description has been made based on the above embodiment, the embodiment according to the present disclosure is not limited to the above embodiment, and may have the following configuration.

(1)実施の形態に係る超音波診断装置100は、観測点Pijにおける変位のピーク時刻を検出する際に、観測点Pijに対して送信焦点F側に隣接する観測点Pklの変位の時系列データを基準時系列データとするとしたが、基準時系列データはピーク時刻が既知、かつ、観測点Pijの変位の時系列データとある程度の類似性を有していればよい。例えば、x方向に並ぶ複数の観測点に対して、2n個目(nは1以上の整数)の観測点の変位の時系列データを基準時系列データとしてもよいし、3n個目や4n個目の観測点の変位の時系列データを基準時系列データとしてもよい。また、予め保持している基準時系列データを用いるとしてもよいし、例えば、同じ関心領域に対して複数回測定を行う場合に、前回のプッシュパルス送信に係る変位の時系列データを基準時系列データとしてもよい。 (1) When the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the embodiment detects the peak time of displacement at the observation point Pij, the time series of the displacement of the observation point Pkl adjacent to the observation point Pij on the transmission focus F side is The reference time-series data is used as the data, but the reference time-series data only needs to have a known peak time and a certain degree of similarity to the time-series data of the displacement of the observation point Pij. For example, for a plurality of observation points arranged in the x-direction, time-series data of the displacement of the 2n-th observation point (n is an integer of 1 or more) may be used as the reference time-series data, or the 3n-th or 4n-th observation point may be used as the reference time-series data. The time-series data of the displacement of the eye observation point may be used as the reference time-series data. Alternatively, reference time-series data stored in advance may be used. For example, when the same region of interest is measured a plurality of times, the time-series data of the displacement related to the previous push pulse transmission may be used as the reference time-series data. data.

(2)実施の形態に係る超音波診断装置100は、送信焦点Fに集束するプッシュパルスを送信するとしたが、プッシュパルス波被検体内にせん断波を励起させるものであればよく、ある程度の大きさを持った領域に集束するプッシュパルスであってもよい。 (2) Although the ultrasonic diagnostic apparatus 100 according to the embodiment transmits a push pulse focused on the transmission focus F, the push pulse wave may be any device that excites a shear wave in the subject. It may be a push pulse that is focused on a region with a sharpness.

また、超音波診断装置100は検出波として平面波を送出するとしたが、検出波はせん断波の速度検出のために十分な回数送信でき、かつ、受信によって生成される音響線信号に基づく変位の検出精度が十分高ければよく、例えば、集束波であってもよいし、球面波等であってもよい。 In addition, although the ultrasonic diagnostic apparatus 100 transmits a plane wave as a detection wave, the detection wave can be transmitted a sufficient number of times to detect the speed of the shear wave, and displacement can be detected based on the acoustic line signal generated by reception. As long as the accuracy is sufficiently high, it may be, for example, a focused wave, a spherical wave, or the like.

(3)実施の形態および各変形例に係る超音波診断装置は、その構成要素の全部又は一部を、1チップ又は複数チップの集積回路で実現してもよいし、コンピュータのプログラムで実現してもよいし、その他どのような形態で実施してもよい。例えば、伝播解析部と評価部とを1チップで実現してもよいし、超音波信号取得部のみを1チップで実現し、変位検出部等を別のチップで実現してもよい。 (3) The ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiments and modifications may be implemented by a single-chip integrated circuit or multiple-chip integrated circuit, or may be implemented by a computer program. or any other form. For example, the propagation analysis unit and the evaluation unit may be implemented on one chip, or only the ultrasonic signal acquisition unit may be implemented on one chip, and the displacement detection unit and the like may be implemented on another chip.

集積回路で実現する場合、典型的には、LSI(Large Scale Integration)として実現される。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 When implemented as an integrated circuit, it is typically implemented as an LSI (Large Scale Integration). Although LSI is used here, it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.

また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後にプログラムすることが可能なFPGA(Field Programable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。 Also, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connections and settings of the circuit cells inside the LSI may be used.

さらには、半導体技術の進歩、又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。 Furthermore, if a technology for integrating circuits to replace LSI appears due to advances in semiconductor technology or another technology derived from it, the technology may naturally be used to integrate the functional blocks.

また、各実施の形態および各変形例に係る超音波診断装置は、記憶媒体に書き込まれたプログラムと、プログラムを読み込んで実行するコンピュータとで実現されてもよい。記憶媒体は、メモリカード、CD-ROMなどいかなる記録媒体であってもよい。また、本発明に係る超音波診断装置は、ネットワークを経由してダウンロードされるプログラムと、プログラムをネットワークからダウンロードして実行するコンピュータとで実現されてもよい。 Also, the ultrasonic diagnostic apparatus according to each embodiment and each modification may be realized by a program written in a storage medium and a computer that reads and executes the program. The storage medium may be any storage medium such as a memory card, CD-ROM, or the like. Also, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention may be realized by a program downloaded via a network and a computer that downloads the program from the network and executes it.

(3)以上で説明した実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない工程については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。 (3) All of the embodiments described above are preferred specific examples of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements of the embodiments, steps not described in the independent claims representing the top concept of the present invention will be described as arbitrary constituent elements constituting more preferred embodiments.

また、発明の理解の容易のため、上記各実施の形態で挙げた各図の構成要素の縮尺は実際のものと異なる場合がある。また本発明は上記各実施の形態の記載によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 In order to facilitate understanding of the invention, the scales of the constituent elements in the respective drawings described in the above embodiments may differ from the actual ones. Moreover, the present invention is not limited by the description of each of the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention.

さらに、超音波診断装置においては基板上に回路部品、リード線等の部材も存在するが、電気的配線、電気回路について当該技術分野における通常の知識に基づいて様々な態様を実施可能であり、本発明の説明として直接的には無関係のため、説明を省略している。尚、上記示した各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。 Furthermore, in the ultrasonic diagnostic apparatus, there are circuit parts, lead wires and other members on the board, but various aspects can be implemented based on common knowledge in the relevant technical field regarding electrical wiring and electrical circuits, Description is omitted because it is not directly related to the description of the present invention. Each figure shown above is a schematic diagram, and is not necessarily strictly illustrated.

≪補足≫
(1)実施の形態に係る超音波信号処理装置は、被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を超音波プローブに送信させるプッシュ波送信部と、前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させる検出波送信部と、前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換する検出波受信部と、前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成する整相加算部と、前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出する変位検出部と、前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する伝播状態推定部とを備え、前記伝播状態推定部は、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の時刻である観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくすることを特徴とする。
≪Supplement≫
(1) An ultrasonic signal processing apparatus according to an embodiment includes a push wave transmission unit for transmitting a push wave for generating a displacement in a subject to an ultrasonic probe; a detection wave transmitting unit that transmits a detection wave passing through a region of interest indicating a measurement target range in a subject to the ultrasonic probe; a detection wave receiving unit that receives ultrasonic waves and converts them into received signals; a phasing addition unit that performs phasing addition for each of a plurality of positions in the region of interest to generate an acoustic line signal; A displacement detection unit for detecting displacement at each of a plurality of observation points based on acoustic line signals corresponding to each of the observation points; and a state estimator, wherein the propagation state estimator performs correlation processing between the time-series data of the displacement of the observation point and the reference time-series data in which the time at which the displacement reaches the maximum is known, and the displacement at the observation point is calculated. It is characterized by estimating the maximum time and reducing the gate width, which is the time width of the reference time-series data, as the observation time, which is the time of displacement based on the transmission time of the push wave pulse, is earlier.

また、実施の形態に係る超音波信号処理方法は、被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を超音波プローブに送信させ、前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させ、前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換し、前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成し、前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出し、前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する超音波信号処理方法であって、前記せん断波の伝播状態を推定する際に、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、観測点の変位の時系列データと、ピーク時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくすることを特徴とする。 Further, the ultrasonic signal processing method according to the embodiment causes the ultrasonic probe to transmit a push wave for generating a displacement in the subject, and following the transmission of the push wave, the measurement target range in the subject Sending a detection wave passing through a region of interest showing to the ultrasonic probe, receiving and converting an ultrasonic wave reflected from the region of interest corresponding to the detection wave using the ultrasonic probe into a received signal, performing phasing addition for each of the plurality of positions within the region of interest to generate an acoustic line signal, and based on the acoustic line signal corresponding to each of the plurality of observation points within the region of interest, the displacement at the observation point; and estimating the propagation state of the shear wave based on the time change of the displacement of each of the observation points, wherein when estimating the propagation state of the shear wave, the displacement of the observation point By correlating the time-series data with reference time-series data for which the time of maximum displacement is known, the time of maximum displacement at the observation point is estimated. By correlation processing with reference time-series data whose time is known, the time at which the displacement at the observation point becomes maximum is estimated, and the earlier the observation time of the displacement based on the transmission time of the push wave pulse, the earlier the reference time It is characterized by reducing the gate width, which is the time width of series data.

また、実施の形態に係るプログラムは、超音波プローブが接続された超音波信号処理装置にせん断波伝播解析処理を行わせるプログラムであって、前記せん断波伝播解析処理は、被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を前記超音波プローブに送信させ、前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させ、前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換し、前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成し、前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出し、前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する処理であり、前記せん断波の伝播状態を推定する際に、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくすることを特徴とする。 Further, a program according to an embodiment is a program for causing an ultrasonic signal processing apparatus to which an ultrasonic probe is connected to perform shear wave propagation analysis processing, wherein the shear wave propagation analysis processing is performed by causing the ultrasonic probe to transmit a push wave for generating; following the transmission of the push wave, causing the ultrasonic probe to transmit a detection wave passing through a region of interest indicating a measurement target range within the subject; Using an ultrasonic probe, ultrasonic waves reflected from the region of interest corresponding to the detected waves are received and converted into received signals, and phasing addition is performed for each of a plurality of positions within the region of interest to obtain an acoustic line. generating a signal, detecting a displacement at the observation point based on the acoustic line signal corresponding to each of the plurality of observation points in the region of interest, and detecting a shear wave based on the time change of the displacement at each of the observation points; This is a process for estimating the propagation state, and when estimating the propagation state of the shear wave, by correlation processing between the time-series data of the displacement of the observation point and the reference time-series data in which the time when the displacement reaches the maximum is known , estimating the time at which the displacement at the observation point becomes maximum, and reducing the gate width, which is the time width of the reference time series data, as the displacement observation time is earlier with reference to the transmission time of the push wave pulse. Characterized by

本開示によれば、上記構成により、観測時刻が大きい時刻、すなわち、せん断波が減衰して変位の時系列データのS/N比の高さが保証されない状況においては、ゲート幅を小さくし過ぎないことにより、ピークの誤検出や検出不能を防いで高確率で変位がピークとなる時刻を検出することができる。一方で、相関処理においてゲート幅を小さくするとTTP法と同様に高い検出精度が得られるため、観測時刻が小さい時刻、すなわち、せん断波の変位が大きい時刻においては相関処理におけるゲート幅を小さい構成とする。この構成により、TTP法が適している環境においては高い検出精度を得るとともに、TTP法が適していない環境においてもピーク時刻を検出することができるため、あらゆる環境に対し、検出感度を高くした状態で検出精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, with the above configuration, when the observation time is large, that is, when the shear wave is attenuated and the high S/N ratio of the displacement time-series data is not guaranteed, the gate width is made too small. Since there is no peak, erroneous detection of the peak and failure to detect the peak can be prevented, and the time at which the displacement peaks can be detected with a high probability. On the other hand, if the gate width is made small in the correlation processing, high detection accuracy can be obtained as in the TTP method. do. With this configuration, high detection accuracy can be obtained in environments where the TTP method is suitable, and peak times can be detected even in environments where the TTP method is not suitable, so detection sensitivity is increased for all environments. can improve detection accuracy.

(2)また、上記(1)の超音波信号処理装置は、前記伝播状態推定部は、前記観測時刻が所定の範囲にある場合に、前記ゲート幅を前記観測時刻に対して線形増加するように設定する、としてもよい。 (2) Further, in the ultrasonic signal processing apparatus of (1) above, the propagation state estimating unit linearly increases the gate width with respect to the observation time when the observation time is within a predetermined range. may be set to

上記構成により、特に観測時刻が早く変位が大きい場合にはゲート幅を小さくすることにより、ピーク時刻の検出精度を向上させることができる。 With the above configuration, peak time detection accuracy can be improved by reducing the gate width especially when the observation time is early and the displacement is large.

(3)また、上記(2)の超音波処理装置は、前記所定の範囲は2msから5msの範囲であり、前記所定の範囲における前記ゲート幅は、2msから6msの範囲である、としてもよい。 (3) Further, in the ultrasonic processing apparatus of (2) above, the predetermined range may be in the range of 2 ms to 5 ms, and the gate width in the predetermined range may be in the range of 2 ms to 6 ms. .

上記構成により、観測時刻が早く変位が大きい観測点について、ゲート幅を小さくすることにより、ピーク時刻の検出精度を向上させることができる。 With the above configuration, peak time detection accuracy can be improved by reducing the gate width for observation points with early observation times and large displacements.

(4)また、上記(1)~(3)の超音波信号処理装置は、前記伝播状態推定部は、前記観測時刻が所定の閾値を超える場合に、前記ゲート幅を一定の長さに設定する、としてもよい。 (4) Further, in the ultrasonic signal processing apparatus of (1) to (3), the propagation state estimating unit sets the gate width to a constant length when the observation time exceeds a predetermined threshold. You can do it.

上記構成により、観測時刻が遅く変位が小さい観測点について、ゲート幅を過度に広くしないようにすることで、演算量の増加を抑止することができる。 With the above configuration, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation by not excessively widening the gate width for an observation point with a late observation time and a small displacement.

(5)また、上記(4)の超音波信号処理装置は、前記所定の閾値は30msであり、前記一定の長さは、6ms以上8ms以下の値である、としてもよい。 (5) Further, in the ultrasonic signal processing apparatus of (4) above, the predetermined threshold may be 30 ms, and the constant length may be a value of 6 ms or more and 8 ms or less.

上記構成により、ゲート幅を過度に広くしないようにすることで、演算量の増加を抑止することができる。 With the above configuration, an increase in the amount of computation can be suppressed by preventing the gate width from being excessively widened.

(6)また、上記(1)~(5)の超音波信号処理装置は、前記伝播状態推定部は、前記プッシュ波により変位が生じた被検体内の位置に近い観測点から順に変位が最大になる時刻を推定し、変位が最大になる時刻を推定した前記観測点の変位の時系列データの一部を、他の観測点の変位が最大になる時刻を推定する際に、基準時系列データとして用いる、としてもよい。 (6) Further, in the ultrasonic signal processing apparatus of the above (1) to (5), the propagation state estimating unit is configured such that the displacement is maximized in order from the observation point closest to the position in the subject where the push wave causes the displacement. A part of the time-series data of the displacement of the observation point, which estimated the time when the displacement becomes maximum, is used as a reference time series when estimating the time when the displacement of other observation points reaches the maximum It may be used as data.

上記構成により、相関処理に係る変位の時系列データと基準時系列データの類似度が向上するため、特に、観測時刻が遅い場合に、ピーク時刻の検出精度を向上させることができる。 With the above configuration, the degree of similarity between the displacement time-series data and the reference time-series data related to correlation processing is improved, so that peak time detection accuracy can be improved particularly when the observation time is late.

本開示に係る超音波診断装置、および、超音波信号処理方法は、超音波を用いた被検体の機械的特性の測定に有用である。そのため、組織や物質の機械的特性の測定精度を向上させることが可能となり、医療診断機器や非破壊検査装置等において高い利用可能性を持つ。 The ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic signal processing method according to the present disclosure are useful for measuring mechanical properties of a subject using ultrasonic waves. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy of the mechanical properties of tissues and substances, and it has high applicability in medical diagnostic equipment, non-destructive inspection equipment, and the like.

100 超音波診断装置
101 超音波プローブ(プローブ)
101a 振動子
102 操作入力部
103 関心領域設定部
104 プッシュ波パルス発生部
1041 プッシュ波送信部
105 検出波パルス発生部
1051 検出波送信部
106 送信ビームフォーマ部
1061 駆動信号発生部
1062 遅延プロファイル生成部
1063 駆動信号送信部
107 マルチプレクサ部
108 受信ビームフォーマ部
1081 入力部
1082 受波信号保持部
1083 整相加算部
10831 遅延処理部
10832 加算部
109 変位検出部
110 伝播情報解析部
1101 ゲート幅設定部
1102 相関処理部
111 機械的特性算出部
1111 伝播速度変換部
1112 機械的特性変換部
112 表示制御部
113 表示部
114 データ格納部
115 制御部
150 超音波信号処理回路
1000 超音波診断システム
100 ultrasonic diagnostic apparatus 101 ultrasonic probe (probe)
101a transducer 102 operation input unit 103 region of interest setting unit 104 push wave pulse generation unit 1041 push wave transmission unit 105 detection wave pulse generation unit 1051 detection wave transmission unit 106 transmission beam former unit 1061 drive signal generation unit 1062 delay profile generation unit 1063 Drive signal transmission unit 107 Multiplexer unit 108 Receiving beamformer unit 1081 Input unit 1082 Received wave signal holding unit 1083 Phasing addition unit 10831 Delay processing unit 10832 Addition unit 109 Displacement detection unit 110 Propagation information analysis unit 1101 Gate width setting unit 1102 Correlation processing Section 111 Mechanical Property Calculator 1111 Propagation Velocity Conversion Section 1112 Mechanical Property Conversion Section 112 Display Control Section 113 Display Section 114 Data Storage Section 115 Control Section 150 Ultrasonic Signal Processing Circuit 1000 Ultrasonic Diagnostic System

Claims (9)

被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を超音波プローブに送信させるプッシュ波送信部と、
前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させる検出波送信部と、
前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換する検出波受信部と、
前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成する整相加算部と、
前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出する変位検出部と、
前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する伝播状態推定部と
を備え、
前記伝播状態推定部は、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、
プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくする
ことを特徴とする超音波信号処理装置。
a push wave transmitter that causes the ultrasonic probe to transmit a push wave for generating displacement in the subject;
a detection wave transmitting unit that causes the ultrasonic probe to transmit, following the transmission of the push wave, a detection wave that passes through a region of interest indicating a measurement target range within the subject;
a detection wave receiving unit that receives ultrasonic waves reflected from the region of interest corresponding to the detection waves using the ultrasonic probe and converts them into received signals;
a phasing addition unit that performs phasing addition for each of a plurality of positions in the region of interest to generate an acoustic line signal;
a displacement detection unit that detects displacement at the observation point based on acoustic line signals corresponding to each of the plurality of observation points in the region of interest;
a propagation state estimating unit that estimates the propagation state of the shear wave based on the time change of the displacement of each of the observation points,
The propagation state estimating unit estimates the time at which the displacement at the observation point reaches its maximum by correlation processing between the time-series data of the displacement at the observation point and the reference time-series data in which the time at which the displacement reaches its maximum is known. ,
An ultrasonic signal processing apparatus, wherein a gate width, which is a time width of the reference time-series data, is reduced as a displacement observation time is earlier with reference to a transmission time of a push wave pulse.
前記伝播状態推定部は、前記観測時刻が所定の範囲にある場合に、前記ゲート幅を前記観測時刻に対して線形増加するように設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波信号処理装置。
The ultrasonic signal according to claim 1, wherein the propagation state estimator sets the gate width so as to linearly increase with respect to the observation time when the observation time is within a predetermined range. processing equipment.
前記所定の範囲は2msから5msの範囲であり、前記所定の範囲における前記ゲート幅は、2msから6msの範囲である
ことを特徴とする請求項2に記載の超音波信号処理装置。
The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 2, wherein the predetermined range is from 2 ms to 5 ms, and the gate width in the predetermined range is from 2 ms to 6 ms.
前記伝播状態推定部は、前記観測時刻が所定の閾値を超える場合に、前記ゲート幅を一定の長さに設定する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。
The ultrasound according to any one of claims 1 to 3, wherein the propagation state estimator sets the gate width to a constant length when the observation time exceeds a predetermined threshold. Signal processor.
前記所定の閾値は30msであり、前記一定の長さは、6ms以上8ms以下の値である
ことを特徴とする請求項4に記載の超音波信号処理装置。
The ultrasonic signal processing apparatus according to claim 4, wherein the predetermined threshold value is 30 ms, and the constant length is a value of 6 ms or more and 8 ms or less.
前記伝播状態推定部は、前記プッシュ波により変位が生じた被検体内の位置に近い観測点から順に変位が最大になる時刻を推定し、
変位が最大になる時刻を推定した前記観測点の変位の時系列データの一部を、他の観測点の変位が最大になる時刻を推定する際に、基準時系列データとして用いる
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の超音波信号処理装置。
The propagation state estimating unit estimates the time at which the displacement is maximized in order from the observation point closest to the position in the subject where the push wave causes the displacement,
A part of the time-series data of the displacement of the observation point for which the time of maximum displacement is estimated is used as reference time-series data when estimating the time of maximum displacement of another observation point. The ultrasonic signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
超音波プローブと、
請求項1から6のいずれか1項に記載の超音波信号処理装置と、
前記伝播状態推定部が推定したせん断波の伝播状態に基づいて、被検体の機械的特性を推定する機械的特性推定部と
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
an ultrasound probe;
An ultrasonic signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 6;
An ultrasonic diagnostic apparatus, comprising: a mechanical property estimating unit for estimating mechanical properties of a subject based on the shear wave propagation state estimated by the propagation state estimating unit.
被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を超音波プローブに送信させ、
前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させ、
前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換し、
前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成し、
前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出し、
前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する超音波信号処理方法であって、
前記せん断波の伝播状態を推定する際に、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、
プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくする
ことを特徴とする超音波信号処理方法。
causing the ultrasonic probe to transmit a push wave for generating displacement within the object;
Following the transmission of the push wave, causing the ultrasonic probe to transmit a detection wave passing through a region of interest indicating a measurement target range within the subject;
receiving ultrasonic waves reflected from the region of interest corresponding to the detected waves using the ultrasonic probe and converting them into received signals;
performing a delayed summation for each of a plurality of positions within the region of interest to generate an acoustic line signal;
detecting a displacement at the observation point based on acoustic line signals corresponding to each of the plurality of observation points in the region of interest;
An ultrasonic signal processing method for estimating a propagation state of a shear wave based on a time change in displacement of each of the observation points,
When estimating the propagation state of the shear wave, the displacement at the observation point is maximized by correlation processing between the time-series data of the displacement at the observation point and the reference time-series data in which the time at which the displacement reaches its maximum is known. Estimate the time when
An ultrasonic signal processing method, wherein a gate width, which is a time width of the reference time-series data, is reduced as a displacement observation time is earlier with reference to a push wave pulse transmission time.
超音波プローブが接続された超音波信号処理装置にせん断波伝播解析処理を行わせるプログラムであって、
前記せん断波伝播解析処理は、
被検体内に変位を発生させるためのプッシュ波を前記超音波プローブに送信させ、
前記プッシュ波の送信に続き、前記被検体内の計測対象範囲を示す関心領域を通過する検出波を前記超音波プローブに送信させ、
前記超音波プローブを用いて前記検出波に対応して前記関心領域から反射された超音波を受信し受信信号に変換し、
前記関心領域内の複数の位置のそれぞれについて整相加算を行って音響線信号を生成し、
前記関心領域内の複数の観測点のそれぞれに対応する音響線信号に基づいて、前記観測点における変位を検出し、
前記観測点それぞれの変位の時間変化に基づいてせん断波の伝播状態を推定する処理であり、
前記せん断波の伝播状態を推定する際に、観測点の変位の時系列データと、変位が最大となる時刻が既知である基準時系列データとの相関処理により、当該観測点における変位が最大になる時刻を推定し、
プッシュ波パルスの送信時刻を基準とした変位の観測時刻が早いほど、前記基準時系列データの時間幅であるゲート幅を小さくする
ことを特徴とするプログラム。
A program for causing an ultrasonic signal processing device to which an ultrasonic probe is connected to perform shear wave propagation analysis processing,
The shear wave propagation analysis process includes
causing the ultrasonic probe to transmit a push wave for generating displacement within the subject;
Following the transmission of the push wave, causing the ultrasonic probe to transmit a detection wave passing through a region of interest indicating a measurement target range within the subject;
receiving ultrasonic waves reflected from the region of interest corresponding to the detected waves using the ultrasonic probe and converting them into received signals;
performing a delayed summation for each of a plurality of positions within the region of interest to generate an acoustic line signal;
detecting a displacement at the observation point based on acoustic line signals corresponding to each of the plurality of observation points in the region of interest;
A process of estimating the propagation state of the shear wave based on the time change of the displacement of each of the observation points,
When estimating the propagation state of the shear wave, the displacement at the observation point is maximized by correlation processing between the time-series data of the displacement at the observation point and the reference time-series data in which the time at which the displacement reaches its maximum is known. Estimate the time when
A program characterized in that a gate width, which is the time width of the reference time-series data, is reduced as the observation time of the displacement based on the transmission time of the push wave pulse is earlier.
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