WO2012077579A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

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WO2012077579A1
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displacement
uniformity
shear wave
diagnostic apparatus
ultrasonic diagnostic
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PCT/JP2011/077853
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麻梨江 田原
東　隆
吉川　秀樹
橋場　邦夫
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株式会社日立メディコ
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that detects non-uniformity related to sound velocity inside a subject by ultrasonic transmission / reception.
  • a method for diagnosing breast cancer, cirrhosis, vascular disorders, etc. there is a method (elastography technique) for diagnosing the hardness inside a subject from ultrasonic echo signals instead of a doctor's palpation.
  • the worker presses the probe against the surface of the subject and compresses it to cause displacement in the tissue inside the measurement object such as a living body (hereinafter referred to as the conventional method).
  • the displacement in the compression direction is estimated from echo signals before and after compression of the living tissue by compression, and the distortion, which is the spatial differential amount of the displacement, is obtained and imaged.
  • the imaging target is limited to an organ that exists where compression from the body surface is easy. For example, since a slip surface exists as an intervening layer between the body surface and the liver, it is difficult to perform compression that causes sufficient displacement.
  • the measured elastic modulus will be a value that includes the propagation speeds of multiple shear waves.
  • Factors that cause non-uniformity in sound speed include tissue structure, frequency dispersion, amplitude, particle velocity, and the like.
  • the nonuniformity of the sound velocity due to the tissue structure is not taken into consideration. That is, it is assumed that the shear wave velocity is the same in the tissue within the measurement range. Therefore, when tissues having different sound speeds are mixed in the measurement visual field, the averaged shear wave propagation speed and elastic modulus are measured. If the sound speed non-uniformity caused by the tissue structure can be imaged and diagnosed, it can be one of the methods for identifying the difference between normal tissue and malignant tissue.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of detecting non-uniformity related to sound speed inside a measurement object by ultrasonic transmission / reception.
  • an ultrasonic probe that transmits and receives echo signals from within an object, and a displacement generator that radiates an ultrasonic focused beam into the object and displaces tissue.
  • a displacement detector that receives an echo signal from the object and detects a time waveform of the shear wave displacement generated by the ultrasonic focused beam at a plurality of positions, and the displacement detector detects the time of the detected shear wave displacement.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus having a non-uniformity detection unit that evaluates non-uniformity of an object based on a waveform.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing an object using ultrasonic waves, an ultrasonic probe that transmits and receives echo signals from the object, and an object
  • a displacement generator that emits an ultrasonic focused beam into the object to displace the tissue and an echo signal from the object are received, and the time waveform of the shear wave displacement generated by the ultrasonic focused beam is detected at multiple positions.
  • a displacement detection unit, the displacement generation unit has a displacement generation transmission beam generation unit for generating an ultrasonic focused beam, and a beam frequency setting unit for setting the frequency of the ultrasonic focused beam.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus having a non-uniformity detection unit that evaluates non-uniformity of an object based on detected shear wave displacement is provided.
  • a means for detecting the non-uniformity of sound velocity in the tissue focused ultrasound is irradiated into the living tissue to generate a shear wave, With respect to the displacement time waveforms at a plurality of positions of the generated shear wave, at least two pieces of information are obtained from the respective waveforms, and a physical quantity relating to the nonuniformity of the sound speed caused by the tissue structure is measured and displayed.
  • the present invention by imaging the non-uniformity related to the sound velocity caused by the tissue structure from the waveform shape of the shear wave generated by the ultrasonic focused beam, whether there is a non-uniform portion of the sound velocity in the measurement target. Can be diagnosed.
  • the non-uniformity of the sound speed caused by frequency dispersion and amplitude can be imaged and diagnosed. Furthermore, the application of the burst chirp method enables more accurate evaluation of non-uniformity.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus in Examples 1 to 4.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a measurement diagram using an ultrasonic probe according to the first embodiment. It is a figure explaining the beam generation of an ultrasonic wave based on Example 1.
  • FIG. It is a figure which shows the sequence of the ultrasonic beam transmission / reception based on Example 1.
  • FIG. It is a figure explaining the shear wave displacement in the case of the structure
  • FIG. It is a figure explaining the time waveform of the shear wave displacement in the case of the structure
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a non-uniformity display screen according to Embodiment 1.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a non-uniformity calculation method in Embodiment 2.
  • FIG. 10 is a figure explaining the other example of the calculation method of the nonuniformity in Example 2.
  • FIG. 10 is a system configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a fifth embodiment. 6 is a measurement diagram using an ultrasonic probe in Example 5. FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a processing sequence of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a fifth embodiment. It is a figure which shows the spectrum distribution of the shear wave displacement in the case of the structure
  • FIG. 10 is a system configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a fifth embodiment. 6 is a measurement diagram using an ultrasonic probe in Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a processing sequence of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a fifth embodiment. It is a figure which shows the spectrum distribution of the shear wave displacement in the case of the structure
  • FIG. 10 is a system configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a fifth embodiment. 6 is a measurement diagram using an ultrasonic probe in Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the apparatus according to the first to fourth embodiments.
  • an ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic beam toward a subject (not shown), a displacement generator 10 that generates a displacement in the subject, and a displacement detection that detects a displacement generated in the subject.
  • a central control unit 3 for controlling the displacement generation unit 10 and the displacement detection unit 20.
  • the beam frequency setting unit 14 sets the frequency of the ultrasonic focused beam from the displacement-generating transmission beam generating unit 13.
  • the central control unit 3 also controls the transmission / reception changeover switch 2 that functions as a transmission / reception changeover unit directly or indirectly.
  • the displacement generation transmission beam generation unit 13 gives a delay time and a weight to the transmission signal for each element of the ultrasonic probe 1 using the waveform generated by the displacement generation transmission waveform generation unit 11. Control is performed by the central control unit 3 so that the ultrasonic beam is focused at the position set by the focal position setting unit 12.
  • the electrical signal from the displacement-generating transmission beam generating unit 13 is converted into an ultrasonic signal by the ultrasonic probe 1 and irradiated with a displacement-generating ultrasonic beam toward a subject (not shown).
  • the irradiation start time and end time of the displacement generating ultrasonic beam are set by the beam frequency setting unit 14.
  • the beam frequency indicates a repetition frequency of irradiation of the displacement generating ultrasonic beam.
  • the displacement detector 20 After the irradiation of the displacement generating ultrasonic beam, the displacement detecting ultrasonic beam for detecting the displacement of the tissue in the subject is irradiated. Similar to the displacement-generating ultrasonic beam, the displacement-detecting transmission beam generating unit 22 uses the waveform generated by the displacement-detecting transmission waveform generating unit 21 to transmit each element of the ultrasonic probe 1. Control is performed by the central control unit 3 so that a delay time and a weight are given to the signal so that the ultrasonic beam for detecting displacement is focused at a desired position. The echo signal reflected in the subject and returned to the probe is converted into an electric signal by the ultrasonic probe 1 and sent to the received wave calculation unit 23 for displacement detection.
  • the output of the displacement detection receiving beam calculation unit 23 is subjected to signal processing such as envelope detection, log compression, bandpass filter, gain control, etc. Calculated.
  • the outputs of the detection unit 25 and the non-uniformity detection unit 26 are converted into image signals by the scan converter 4 and are displayed on the display unit 5 as numerical values or images indicating hardness.
  • the central control unit 3, the non-uniformity detection unit 26, and the like, which are part of the blocks shown in the figure, can be realized by executing a program in a central processing unit (Central processing unit: CPU) that functions as a processing unit. .
  • CPU central processing unit
  • the linear array type ultrasonic probe 1 is brought into contact with the body surface of the subject, and the displacement generating ultrasonic beam is focused on the target tomographic plane in the body.
  • ultrasonic beam generation is performed by obtaining the distance between each focal point and the position of each element 100 of the ultrasonic probe 1 and calculating the distance difference between the elements. This is realized by transmitting a delay time calculated for each element by dividing by the sound speed of the signal.
  • the displacement generating ultrasonic beam is irradiated to the focal point, radiation pressure is generated according to absorption and scattering of the ultrasonic wave accompanying propagation. Normally, the radiation pressure becomes maximum at the focal point, and displacement occurs in the living tissue in the focal region. Further, when the irradiation of the displacement generating ultrasonic beam is stopped, the amount of displacement is reduced.
  • FIG. 2 as schematically shown, the generation of the radiation pressure generates a shear wave in the horizontal direction from the subject surface starting from the focal point.
  • FIG. 4 shows an irradiation sequence of a displacement generation transmission beam, a displacement detection transmission beam, and a displacement detection reception beam.
  • a displacement detection transmission beam and a displacement detection reception beam are irradiated in this order to obtain a reference signal used for calculation for detecting the displacement of the shear wave.
  • ON / OFF is controlled by the amplitude value of the voltage, for example, and ON is 1 and OFF is 0. In the future, unless otherwise specified, ON means 1 and OFF means 0.
  • the transmitted beam is irradiated when turned on.
  • the transmission / reception changeover switch 2 disconnects the displacement detection transmission beam generation unit 22 and the ultrasonic probe 1 from each other, and the displacement detection received beam calculation unit 23
  • the sound probe 1 is connected to obtain a received signal and perform a phasing addition operation for beam generation.
  • the transmission beam for displacement detection and the reception beam for displacement detection are turned on in order, and a reference signal is obtained from the ultrasonic probe 1.
  • the focal point F is irradiated with a displacement-generating transmission beam to generate a shear wave.
  • the PRFp (frequency of the pulse repeatedly transmitted) of the irradiation of the displacement-generating transmission beam is set by the beam frequency setting unit 14, and irradiation is performed a plurality of times at the frequency PRFp.
  • the feature of the present technology is that nonuniformity is measured by controlling the frequency PRFp of ON and OFF, not the frequency of the carrier signal of the transmission beam for generating displacement.
  • the beam width is narrow, and imaging can be performed with high spatial resolution.
  • the number of times of irradiation with the displacement-generating transmission beam is three, but the number is not limited to this. As the number of times of irradiation increases, the bandwidth of the PRFp becomes narrower, and the resolution with respect to the frequency of the displacement-generating transmission beam is improved. On the other hand, the number of times of irradiation is often one, and FIGS. 5 and 6 below show the change over time in the case where the number of times of irradiation is one. This is due to the following reason.
  • the beam width in the azimuth direction is about 1 mm
  • the sound velocity of the shear wave is 1 m / s
  • the PRFp is 1 kHz.
  • PRFp is desirably 1 kHz or less.
  • PRFp is less than 1 kHz, that is, longer than 1 ms, the risk of temperature rise increases. Since the radiation pressure is proportional to the square of the pressure, and the temperature rise is proportional to the product of the square of the pressure and the irradiation time, the ratio of the radiation pressure and the temperature rise is inversely proportional to the irradiation time.
  • the displacement detection transmission beam and the displacement detection reception beam are sequentially turned on in order to detect the displacement of the shear wave.
  • a normal signal processing operation such as a bandpass filter is performed, and a signal corresponding to PRFp is extracted from the signal obtained by the transmission / reception beam for displacement detection. Processing by a band pass filter or the like can be omitted.
  • the displacement of the shear wave is calculated using the previously obtained reference signal and the signal obtained by the displacement detection transmission / reception beam after irradiation of the displacement generation transmission beam.
  • well-known techniques such as correlation calculation and phase difference detection are used, and the displacement detection calculation is performed by the non-uniformity detection unit 26.
  • the displacement detection beam is repeatedly turned ON at the repetition frequency PRFd, and the time waveform of the shear wave displacement (several ⁇ m to several tens of ⁇ m) is detected.
  • PRFd is set to satisfy the Nyquist theorem for the expected shear wave frequency. For example, when the displacement detection raster has the same direction as the shear wave displacement, PRFd is set to be twice or more the shear wave frequency. PRFd is set by the displacement detection waveform generator 21.
  • the displacement detection positions are a plurality of positions x1, x2, and x3 that are aligned along the shear wave propagation direction and arranged at equal intervals.
  • the tissue on the propagation path of the shear wave has a structure in which the sound velocity due to the tissue structure is uniform
  • the speed of sound means the propagation speed of shear waves. Since the shear wave generated at the focal point F arrives in the order of the positions x1, x2, and x3 while propagating, the times t1, t2, and t3 at which the time waveform of the displacement observed at each position x peaks are t1 ⁇ t2 ⁇ . t3. As shown in FIG.
  • n is a positive integer
  • n 1, 2, 3 in FIGS. 5A and 5B. Then, using the estimated shear wave propagation velocity, the elastic modulus such as Young's modulus and shear wave elastic modulus is calculated.
  • the number of detection positions is three, but the number of detection positions is not limited to this.
  • the interval ⁇ x between the positions x is set to a sufficiently small interval with respect to the wavelength ⁇ of the shear wave, for example, 1 / 10 ⁇ .
  • the wavelength is calculated by c / PRFp.
  • the time waveform of shear wave displacement in a tissue with nonuniform sound speed due to the tissue structure is a time waveform of multiple shear wave displacements as compared to the case of a tissue with uniform sound speed due to the tissue structure. Since the waveform is shifted and added in the direction, the width of the waveform is widened. Therefore, the width d2 at the position x1 in FIG. 6 is larger than the width d1 at the position x1 in FIG. 5A.
  • These d1 and d2 are defined as, for example, a half width and a -6 dB width.
  • the non-uniformity detection unit 26 in FIG. 1 obtains at least two pieces of information from a plurality of shear wave displacement time waveforms, and evaluates the non-uniformity of sound speed caused by the structure.
  • the extent of the width of the time waveform of the shear wave displacement described above is calculated.
  • the width of this time waveform is defined as, for example, a value obtained by obtaining an integral value and a maximum amplitude value as two amounts of information from a time waveform of shear wave displacement and dividing the integral value by the maximum value.
  • the half-value width is searched for two points that take half the maximum amplitude in the waveform, and the distance between the two points (in this case, the horizontal axis is time, so the time difference between the two times) is the width. This is the calculation method. Therefore, in the case of a waveform having two peaks as shown in FIG. 6, when the dent between the two peaks is less than half of the maximum amplitude, there are four points that take half the maximum amplitude.
  • the half-value width becomes the half-value width of only the component with a fast shear wave speed or the slow component with propagation, or the half-value width of the peak including both. Therefore, there is a possibility that the half-value width obtained quantitatively is not necessarily tracking the same phenomenon qualitatively. In the example of the waveform in FIG. 6, noise is not included.
  • the maximum amplitude is searched in the presence of noise, an error is included in the estimation of the maximum amplitude value depending on the size of the noise, and the half-value estimation is performed. Also includes errors.
  • the half-value width has been described as an example.
  • the time waveform waveform is estimated by, for example, -20 dB width or -40 dB width to search for a place where a constant displacement is taken on the time waveform.
  • a value obtained by dividing the integral value by the maximum amplitude is used as an index indicating the width of the time waveform.
  • the non-uniformity in FIG. 6 may be mixed with the effect of different sound speeds depending on the location in the living body and the effect of frequency dispersion of shear wave sound speed, which will be described later.
  • the amplitude of the displacement-generating transmission beam should have a smooth rise and fall shape, such as a Hanning waveform. It is desirable to make it.
  • the example of FIG. 4 is an example of a rectangular wave, the rectangular wave includes many odd-numbered components of PRFp such as 3PRFp and 5PRFp in addition to PRFp.
  • the method using the Hanning waveform is effective in suppressing these components.
  • step S00 diagnosis is started in step S00.
  • step S02 a tomographic image is displayed.
  • the tomographic image to be displayed is, for example, a B-mode image or an image relating to hardness such as a distortion amount.
  • step S04 a range (ROI: Region of Interest) for measuring non-uniformity is set.
  • the width in the shear wave propagation direction (in this case, the width in the azimuth direction) is determined from the effective propagation distance of the shear wave. Further, the width perpendicular to the shear wave propagation direction of the ROI to be measured (in this case, the width in the depth direction) is the direction in which the transmission beam for generating displacement is propagated, for example, the width of the sound source in the depth direction in FIG. Determined from. Since shear waves propagate with attenuation, exceeding a certain propagation distance exceeds the displacement detection limit value of the ultrasonic diagnostic apparatus. The distance that becomes the displacement detection limit is called the effective propagation distance.
  • the displacement detection limit value is determined by parameters such as the dynamic range of the ultrasonic diagnostic apparatus and the frequency of the ultrasonic beam for displacement detection.
  • FIG. 8 shows the relationship between the effective propagation distance, maximum displacement, F value, and sound source width when the frequency is 2 MHz, the irradiation time is 1 ms, and the instantaneous sound intensity is 1 kW / cm 2. Yes.
  • These parameters are experimentally or computationally determined in advance for each tissue to be measured, and are stored in a storage medium (not shown).
  • the central control unit 3 determines the optimum ROI size from the storage medium according to the part to be measured, the irradiation parameter of the displacement generating transmission beam, and the like.
  • the ROI shear wave propagation direction is set to a value that is experimentally or computationally predetermined, for example, a value smaller than 30 ⁇ ( ⁇ wavelength of the shear wave).
  • the ROI position may be determined by the operator through an input device such as a keyboard, a trackball, or a mouse (not shown) by looking at the tomographic image displayed on the display unit 5 by the operator in step S02.
  • the central control unit 3 may read and determine a position corresponding to a measurement site such as a liver and a mammary gland from a storage device (memory) (not shown).
  • a measurement site such as a liver and a mammary gland
  • a storage device memory
  • step S10 a value indicating the measured non-uniformity, for example, the width of the time waveform described above is displayed on the screen of the display unit 5 together with the tomographic image.
  • the tomographic image is the same as the tomographic image displayed in step S02, or a tomographic image captured at a time immediately before or after the nonuniformity evaluation.
  • FIG. 9 shows a display example by the display unit 5 of the non-uniformity, that is, the width of the time waveform.
  • the width of the time waveform is displayed as an average value of the width of the time waveform calculated at each position x (n) in the ROI, for example.
  • the standard deviation or the like may be displayed together with the average value of the width of the time waveform, so that the operator can confirm the measurement accuracy.
  • the time waveform width is displayed in color in the ROI.
  • a color bar corresponding to the width of the time waveform is displayed on the same screen, and the surgeon can visually determine the degree of non-uniformity of the measurement site.
  • a scaling value corresponding to a measurement site is read in advance from a storage device (not shown) via the central control unit 3 and scaled.
  • the spatial differential of the shear wave propagation x that is, dD / dx, is calculated for the time waveform width D at each position x (n), and the spatial time waveform width information is mapped in the ROI. Is also possible.
  • a color map representing the spatial differentiation of the width of the time waveform and a color bar corresponding to the spatial differentiation of the width of the time waveform are displayed in the ROI.
  • step S14 When the signal to be ended is input via an input device (not shown) in step S12 of FIG. 7, the measurement of nonuniformity is ended in step S14. If it is desired to measure again within the ROI set in step S04, or if it is desired to set the ROI at a different position for measurement, the process returns to step S04 or step S06, and the non-uniformity is continuously evaluated. If two or more positions are measured, the color bar scaling may be changed according to the measured non-uniformity values.
  • step S10 for example, the width of the time waveform displayed in the upper part of FIG. 9 is the result of each measurement, the average value of each measurement, and the like.
  • ROIs are set at a plurality of positions
  • numbers such as ROI1 and ROI2 are assigned in the upper part of FIG. 9, and the position information of the ROI and the result of the width of the obtained time waveform can be associated in the tomographic image. You may do it.
  • the results of a plurality of ROIs and time waveform widths are displayed in the tomographic image.
  • the position information of ROI is, for example, Motion Correction (body motion correction) method (H. Yoshikawa, et.al., JapanJJournal of Applied Physics, Vol.45, No.5B, p.4754, It is also possible to correct the position information of the ROI at any time by using (see 2006).
  • the propagation direction of the ultrasonic wave for generating the displacement may be an oblique direction in addition to a direction perpendicular to the body surface.
  • the direction of the received beam and the traveling direction of the shear wave are not parallel to the received beam inputted to the received beam detecting unit 23 for displacement detection.
  • control is performed so that both are orthogonal to each other as much as possible. Since the shear wave propagation direction is the displacement direction, that is, the direction orthogonal to the direction of the displacement-generating transmission beam, if the propagation direction of the received beam and the shear wave propagation direction are parallel, detection of the displacement is detected. This is because sensitivity is lost. Therefore, the propagation direction of the displacement generating ultrasonic beam is preferably set to be perpendicular to the body surface.
  • step S04 in FIG. 7 the size of the ROI is not set to a size determined by the effective propagation distance or the width of the sound source, but the operator sets the size to a desired size via an input device (not shown). May be. At this time, if the desired size is larger than the optimum ROI size, S06 and S08 may be performed at each position while shifting the optimum ROI position.
  • a second embodiment for evaluating the non-uniformity from the time waveforms of a plurality of shear wave displacements in the non-uniformity detection unit 26 will be described with reference to FIGS. 10A and 10B.
  • the time waveform 101 of the shear wave displacement is fitted using a well-known arbitrary function such as a polynomial function, an exponential function, a Gaussian function, etc., and then a low-pass filter or the like is used.
  • a half-value width W is calculated with a threshold value that is ⁇ 6 dB smaller than the peak value dp of the fitted waveform 102.
  • Noise removal processing may be performed before fitting, or noise removal processing may be omitted.
  • the width of the time waveform described in the first embodiment may be calculated after fitting or after noise removal.
  • a value related to non-uniformity may be calculated from a function using the time tp when the displacement waveform after fitting peaks, the peak value dp of displacement, and the center position (time) of the displacement waveform as parameters.
  • a peak value and a half-value width W are used as two pieces of information obtained from a time waveform of shear wave displacement.
  • the evaluation value is set to A1, A2, Ta, Tb, alpha1, and alpha2 which are parameters in the formula (1), or is a result of calculation using two or more parameters.
  • Ta-Tb or Ta-Tb / ((A1 + A2) / 2) is used as the evaluation value of nonuniformity as two pieces of information obtained from the time waveform 103 of shear wave displacement.
  • the half-value width W may be calculated by further fitting using any known function (polynomial function, exponential function, Gaussian function, etc.).
  • the corresponding times Ta (n) and Tb (n) are calculated using Equation 1, and the shear wave velocity c1, or from the relationship between x (n) and Ta (n) , X (n) and Tb (n) can be used to estimate the sound velocity c2 of the shear wave.
  • the method described with reference to FIG. 5B can be used to estimate the shear wave velocity.
  • the sound speeds c1 and c2 of the two shear waves can be displayed, or the difference between c1 and c2 can be displayed.
  • the peak value of the time waveform of the shear wave will be three or more.
  • the function of Equation 1 is set according to the number of peaks.
  • the number of peaks in the time waveform of a value shear wave displacement representing non-uniformity may be used.
  • the number is two.
  • the number of peaks is calculated from the waveform after fitting or noise removal.
  • the factors that cause the non-uniformity of the sound speed include tissue structure, frequency dispersibility, amplitude, particle velocity, and the like.
  • the method for evaluating the nonuniformity of the sound speed due to the tissue structure has been described.
  • the shear wave velocity changes when the repetition frequency PRFp of irradiation of the displacement generating transmission beam has a bandwidth.
  • attention is paid to the non-uniformity of sound speed due to this frequency dispersion.
  • FIG. 11 shows a processing flow of Example 3 in which the measurement and evaluation of the nonuniformity of the sound speed due to the frequency dispersion is performed when the nonuniformity of the sound speed due to the tissue structure does not exist.
  • Steps S00, S02, S04, and S06 are the same as the processing flow of the first embodiment shown in FIG.
  • it is limited to the case where the non-uniformity is measured only within one ROI, but the non-uniformity may be measured by moving the ROI as in the first embodiment.
  • step S20 it is determined whether or not there is a nonuniformity in sound speed due to the tissue structure in the ROI.
  • a method of determination for example, the width of the time waveform in the ROI, the spatial deviation (dD / dx) of the width of the time waveform, the difference between the maximum value and the minimum value, the average value, Is compared with the threshold value determined in (1).
  • the determination can be made by a program process that realizes the non-uniformity detection unit 26.
  • the threshold value is stored in a memory (not shown) for each measurement site, and may be read from the central control unit 3 or may be input by an operator via an input device (not shown).
  • the non-uniformity related to speed is displayed on the display unit 5 in the same manner as in the first embodiment in step S22.
  • n is an arbitrary integer of 1 or more.
  • the PRFp set in S24 includes the PRFp used in the shear wave displacement measurement in S06, n is an arbitrary integer of 2 or more.
  • a displacement-generating transmission beam is transmitted using two types of PRFp, and the displacement of the shear wave is measured at the shear wave detection position x (n). Then, a time waveform as shown in FIG. 12 is obtained. Comparing the case of transmitting with PRFp (1) and PRFp (2) as in the time waveform of the shear wave displacement in FIG. 12, the time when the shear wave displacement reaches a peak changes. This is because the shear wave velocity that propagates in the same medium changes when PRFp changes. Therefore, peak values appear at a plurality of times in the waveform obtained by adding waveform 1 and waveform 2 together.
  • the same method as the evaluation method of the nonuniformity of the sound speed due to the structure is applied.
  • the non-uniform evaluation result is imaged in S22.
  • the imaging method for example, the same method (step S10) as in the first embodiment is applied.
  • the PRFp (m) set by the beam frequency setting unit 14 is preferably 40 Hz to several kHz.
  • steps S06 and S20 in FIG. 11 can be omitted.
  • the nonuniformity of the sound speed due to the frequency dispersion to the evaluation of the nonuniformity of the sound speed due to the displacement (amplitude) of the shear wave. Since there is nonlinearity in the relationship between the ultrasonic intensity of the displacement-generating transmission beam and the amount of displacement (amplitude) of the generated shear wave, the amount of displacement (amplitude) of the shear wave causes non-uniform sound speed. sell. Instead of changing PRFp (m), the ultrasonic intensity of the displacement-generating transmission beam is changed when the ultrasonic intensity of the displacement-generating transmission beam is changed. It becomes possible to evaluate sex.
  • the non-uniformity of the sound speed due to the frequency dispersion was evaluated. Conversely, the non-uniformity of the sound speed due to the frequency dispersibility was evaluated. After that, the nonuniformity of the sound speed due to the tissue structure may be evaluated. Furthermore, the non-uniformity may be evaluated in an arbitrary measurement order for necessary items among frequency dispersion, tissue structure, and amplitude.
  • irradiating the displacement generating transmission beam for evaluating the non-uniformity of the sound speed due to the frequency dispersion instead of irradiating at the repetition frequency PRFp of the irradiation of the two or more types of displacement generating transmission beams.
  • PRFp repetition frequency
  • irradiating pulse wave-like displacement generation beam including multiple PRFp only once and calculating parameters related to non-uniformity (time waveform width, shear wave velocity, etc.) You may make it do.
  • a codec displacement-generating transmission beam may be used as the pulse-wave displacement-generating transmission beam.
  • the number of times of irradiation with the displacement-generating transmission beam and the number of times of detection of the shear wave may be one, so that the diagnosis time can be reduced.
  • the PRFp is mainly used like a Hanning waveform, and the rectangular wave is used.
  • the evaluation of the non-uniformity of the sound speed due to the tissue structure and the non-uniformity of the sound speed due to the frequency dispersion Can be performed independently.
  • the sound velocity c (m) of the shear wave is estimated from the time waveform of the displacement of the shear wave obtained at the detection position x.
  • FIG. 13 shows a graph 104 showing the relationship between the sound velocity c (m) of the shear wave and the repetition frequency PRFp (m) of irradiation of the displacement-generating transmission beam.
  • it is a value obtained by multiplying dc by the center position (time) of the displacement waveform of the shear wave.
  • dc is multiplied by a time tp at which the displacement waveform of the shear wave reaches its peak.
  • the center position (time) and the time tp when the displacement waveform reaches a peak are calculated from the displacement waveform of the shear wave, the waveform obtained by fitting the displacement waveform of the shear wave, the waveform obtained by removing the noise after fitting the displacement waveform of the shear wave. .
  • the detection of the nonuniformity of the sound speed in the present embodiment can be realized by the program processing in the nonuniformity detection unit 26 of FIG.
  • the measurement of the non-uniformity of the sound velocity due to the frequency dispersion is performed, and at the same time, the frequency of the shear wave velocity, that is, the repetition frequency dependence of the irradiation of the displacement generating transmission beam, and the average shear with respect to the frequency
  • the wave velocity can be measured simultaneously.
  • FIG. 14 shows a system configuration diagram for carrying out this embodiment.
  • the components different from the system configurations of the first to fourth embodiments are that a beam time setting unit 15 is added to the displacement generation unit 10 and a hardness spectrum calculation unit 28 is added to the displacement detection unit 20.
  • the beam time setting unit 15 sets the irradiation time of the displacement generation transmission beam generated by the displacement generation transmission beam generation unit 13.
  • the output of the displacement detection receiving beam calculation unit 23 is processed by the detection unit 25 in the hardness spectrum calculation unit 28 after signal processing such as envelope detection, log compression, bandpass filter, gain control and the like.
  • Spectral information of shear wave displacement is calculated.
  • the shear wave displacement spectrum information calculated by the hardness spectrum calculation unit 28 is input to the non-uniformity detection unit 26, and the non-uniformity detection unit 26 calculates a value related to the non-uniformity.
  • the two displacement-generating transmission beams are controlled so as to cause displacement alternately at the focal point F1 and the focal point F2 of the subject tissue shown in FIG.
  • ON / OFF of the radiation of the displacement-generating transmission beam to each focal point is controlled by the central control unit 3, and the ON / OFF switching time is set by the beam time setting unit 16.
  • FIG. 16 shows a sequence of a displacement-generating transmission beam generated by the displacement-generating transmission beam generation unit 13 and a displacement detection transmission / reception beam generated by the displacement detection transmission beam generation unit 22 and the displacement detection reception beam calculation unit 23.
  • the displacement-generating transmission beam to the focal point F1 is always ON when 0 ⁇ t ⁇ T1.
  • the displacement-generating transmission beam at the focal point F1 is turned off.
  • the displacement-generating transmission beam at the focal point F2 is turned on, displacement occurs at the focal point F2, and a shear wave propagates.
  • the displacement-generating transmission beam to the focal point F1 is OFF, and the displacement-generating transmission beam to the focal point F2 is ON when T1 ⁇ t ⁇ T1 + T1.
  • the switching period of the two displacement-generating transmission beams is T1.
  • the displacement detection transmission beam and the reception beam are turned on in this order.
  • the ON / OFF switching cycle Tm of the displacement-generating transmission beam is changed, and the displacement-generating transmission beam is irradiated and the displacement is detected.
  • m represents a cycle in which the focus F1 and the focus F2 are turned on for the mth time
  • m 1, 2, 3,.
  • the magnitude of the sound intensity of the burst signal to each focal point may be the same or different.
  • shear waves generated at the focal points F1 and F2 interfere with each other while propagating, and cancel or amplify.
  • heat is generated simultaneously with displacement at each focal point.
  • the distance between the two focal points is d.
  • the degree of interference increases.
  • the temperature rise E between the focal points becomes larger than the temperature at the focal point due to heat conduction, and safety is lowered.
  • the optimum value of d is a value at which the maximum value of the temperature rise is equal to the maximum value of the temperature rise at each focal point, and wave interference occurs. Therefore, the optimum value d depends on the depth of focus, the irradiation time of the displacement-generating transmission beam, the frequency, the diagnostic part, and the like.
  • the diagnosis part affects the sound speed, ultrasonic absorption, thermal conductivity, etc. of the living body.
  • the range of d for the liver is 10 ⁇ ⁇ d ⁇ 30 ⁇ , and for the mammary gland, 5 ⁇ ⁇ d ⁇ 30 ⁇ .
  • the central control unit 3 reads this value d from a memory (not shown) and sets it in the focus position setting unit 12. Further, a value related to the switching period is determined from the set value of d and the predicted value of the shear wave velocity.
  • the switching period when the shear wave generated at the two focal points interferes and the amplitude increases is obtained, and the nonuniformity of the sound speed due to the structure is obtained.
  • Perform detection A condition for amplifying the interference wave will be described.
  • the condition in which the interference wave is amplified and the absolute value of the displacement amount reaches the peak value (maximum value) is when the distance d between the two focal points is (n + 1/2) times the wavelength ⁇ .
  • the switching frequency fm at this time is represented by fM (n).
  • TM (n) d / c * (2 / (2n + 1))---(3)
  • c 1 [m / s]
  • c At 1.2 [m / s]
  • the shear wave velocity c can be calculated from the value of TM (n) and the distance d between the two focal points. It is desirable to control Tm, which is the ON / OFF switching period of the displacement-generating transmission beam, in the range of several Hz to several kHz.
  • the present technology is characterized in that nonuniformity is detected not by the period of the carrier signal of the displacement-generating transmission beam but by time control of ON and OFF. Therefore, by increasing the carrier frequency, the beam width is narrow, and imaging can be performed with high spatial resolution.
  • the non-uniformity detection unit 26 calculates, for example, the width of the spectral distribution as a non-uniformity parameter corresponding to the width of the time waveform in the first to fourth embodiments.
  • the width of the spectrum distribution is calculated as the value obtained by integrating the absolute value of the displacement amount in the fm direction / the peak value of the absolute value of the displacement amount.
  • the above method can be applied even when the number of different sound speeds is two or more.
  • the displacement detection point It is necessary to set the displacement detection point at a place such as observation point A of the waveform 106 in FIG. 19 so as not to take a place where the displacement is minimized, such as observation point B.
  • This consideration is not so important when observing a transient phenomenon in which the irradiation of the displacement-generating transmission beam is turned on only once.
  • FIG. 18 shows a flowchart of the nonuniformity diagnosis of sound speed caused by the structure by the burst chirp method of the present embodiment. Steps S00 to S04, S12, and S14 are the same as those in the non-uniformity measurement flowchart in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the positions of the two focal points F1 and F2 the initial value Tstart, the final value Tend, and the interval ⁇ T of the switching cycle of the transmission beam irradiation for generating the displacement to the two focal points are set.
  • the central point of the two focal points (here, the central point of the straight line connecting the two focal points of each set) is set as POI (Point of Interest), and the distance between the two focal points is Set.
  • the POI can be set by an operator using an input device such as a keyboard, a mouse, or a touch panel (not shown) while viewing the image displayed in step S02, and the brightness value or organization of the captured image can be set.
  • An estimated value calculated based on the shape or the like may be automatically set in the focal position setting unit 12.
  • the distance between the two focal points is set to a value smaller than the distance at which the two shear waves interfere with each other and larger than the width of the displacement-generating transmission beam irradiated to each focal point.
  • the optimum value of the distance d described above, or the maximum and minimum values of the optimum distance d are displayed on the screen, and the position is decided based on this.
  • the value of n in Equation 3 and the optimum observation point are determined from the expected shear wave velocity.
  • the observation point is determined based on the maximum point of the absolute value of the displacement of the shear wave or a plurality of positions including the maximum point within the shear wave propagation distance.
  • the observation point is set automatically or by an operator using an input device.
  • the raster used for detecting the amplitude (several ⁇ m to several tens of ⁇ m) of the shear wave propagation on the observation point and the sampling point on the raster are determined.
  • the PRF frequency of the pulse repeatedly transmitted
  • the PRF frequency of the pulse repeatedly transmitted for receiving the displacement detection beam is set so as to satisfy the Nyquist theorem with respect to the expected shear wave frequency.
  • the PRF is set to be twice or more the shear wave frequency.
  • the determined n and observation position may be displayed on the screen.
  • the initial value Tstart and the final value Tend are set to values at which a peak is obtained in a range satisfying Formula 3 with respect to the measurement site and the distance d between the two focal points. This set value may be set automatically according to the measurement site, depth, distance between the focal points, etc., or may be set by the operator using the input device.
  • a displacement detection beam for observing a shear wave is transmitted and received.
  • Displacement detection at each measurement point may be always detected from when the burst chirp signal is turned off until a shear wave arrives and passes through all observation points, or a shear wave arrives. It is also possible to obtain the time until passing through in advance from the shear wave velocity estimated as the distance between the focal point and the observation point and detect only that time. Since the latter can increase the PRF, it is possible to detect displacement with high accuracy.
  • the detection unit 25 extracts a signal corresponding to fm by signal processing such as a band-pass filter, and then performs a well-known correlation calculation to calculate the displacement of the shear wave. The correlation calculation is performed using the echo signal for each time received by the reference signal and the displacement detection beam. By this calculation, the time waveform of the shear wave amplitude at each observation point is obtained.
  • step S34 it is determined whether or not the immediately preceding switching cycle Tm is Tend. If it is not Tend, the process returns to step S32, and a burst chirp signal is transmitted at the next Tm + 1 switching cycle.
  • step S32 when the reference signal is acquired again, the robustness of the correlation calculation due to the shift of the focal position being measured is large. For transmission of a burst chirp signal after the switching period of Tm + 1, if the reference signal is not acquired and the correlation calculation is performed using the reference signal acquired first, the measurement time can be shortened. it can.
  • non-uniformity is evaluated in step S08 in FIG.
  • the spectrum information output from the hardness spectrum calculation unit 28 may be output to the non-uniformity detection unit 26 every time shear wave displacement is measured in step S06, or determined to be Tend in step S34. After that, after the displacement measurement is performed at all Tm, it may be output to the non-uniformity detection unit 26 collectively.
  • the non-uniformity evaluation value is the width of the spectrum distribution calculated by the non-uniformity detection unit 26.
  • a value indicating the measured non-uniformity for example, the width of the spectrum distribution is displayed on the screen of the display unit 5 together with the tomographic image.
  • the calculation result is displayed as a numerical value on the same screen as the tomographic image 107. Further, the bifocal positions F1 and F2 and the distance d are displayed superimposed on the tomographic image 107, and are combined with the initial value Tstart, the final value Tend, and the interval ⁇ T of the switching cycle of the displacement-generating transmission beam irradiation. It may be displayed on the screen. As a result, the operator looks at the displayed image or graph and changes the measurement parameters such as the position of the two focal points, the distance d, the initial value Tstart of the replacement cycle, the final value Tend, and the interval ⁇ T, and remeasures. be able to. Although illustration is omitted, as shown in the middle part of FIG.
  • the width of the spectrum distribution is displayed in color in the ROI.
  • a color bar corresponding to the width of the spectrum distribution is displayed in the same screen, and the operator can visually determine the degree of non-uniformity of the measurement site.
  • a scaling value corresponding to a measurement site is read in advance from a storage device (not shown) via the central control unit 3 and scaled.
  • the spatial differential of the shear wave propagation x that is, dD_S / dx is calculated, and the spatial spectral distribution width information is mapped in the ROI. Is also possible.
  • a color map representing the spatial differentiation of the spectral distribution width and a color bar corresponding to the spatial differentiation of the spectral distribution width are displayed in the ROI.
  • Equation 4 corresponds to Equation 2.
  • next switching cycle T (m + 1) instead of changing to the next switching cycle T (m + 1) by one ON / OFF control for each switching cycle Tm, the next switching cycle is set after repeating ON / OFF several times for the same Tm. You may make it do. By repeating ON / OFF several times for the same Tm, measurement with higher sensitivity becomes possible.
  • Tm is changed from large to small, it is also possible to change it from small to large, and ⁇ Tm can be changed based on a certain function such as a geometric series in addition to a fixed value. Is possible.
  • two or more focal points are set at equal intervals (for example, four) on one straight line in the living body.
  • Each of the other focal points is irradiated with a displacement-generating transmission beam in the same sequence as the focal point F1 or the focal point F2 (for example, the four focal points, in order from the end, the sequence of the focal point F1 in FIG. Sequence, sequence of focus F1, sequence of focus F2).
  • the focus position of the displacement-generating transmission beam can be changed, so that the temperature rise in the living body is reduced and safe measurement is possible.
  • the irradiation of the displacement generating transmission beam and the transmission / reception of the displacement detecting beam are performed once. You can also. After calculating the displacement of the shear wave, the spectrum analysis is performed to calculate the displacement for a plurality of fm. Thereby, the measurement time can be shortened.
  • the burst chirp method is applied as a method for evaluating the nonuniformity of the sound velocity due to the tissue structure.
  • the burst chirp method is judged to have a non-uniform sound velocity due to the tissue structure, and can be applied to estimate a specific shear wave velocity. For example, it is assumed that structures having two different shear wave velocities are mixed in the ROI to be measured, and the shear wave velocities c1 and c2 are estimated using the parameters calculated from Equation 1 of the second embodiment. At that time, the burst chirp method is applied in order to measure with higher accuracy.
  • TM1 and TM2 corresponding to the shear wave velocities c1 and c2 are calculated from Equation 3.
  • the shear wave velocities c1 and c2 can be estimated from Formula 1 of the second embodiment, and can also be estimated from fM (n) _c1 and fM (n) _c2 in the present embodiment.
  • Example 2 parameters relating to the half width, amplitude value, and fm were calculated for the waveform after fitting and noise removal processing of the absolute value of the displacement amount, and calculation was performed using these parameters or a plurality of parameters. Evaluation regarding non-uniformity may be performed using a value, an arbitrary threshold value, or the like.
  • the displacement is similarly performed as described above. It is possible to calculate the width of the spectral distribution from the relationship between the absolute value of the quantity and fm. Furthermore, the present invention may be applied to the evaluation of nonuniformity due to amplitude.
  • an ultrasonic probe that transmits and receives echo signals from within an object
  • a displacement generator that emits an ultrasonic focused beam into the object and displaces tissue
  • the object And a displacement detector for detecting the time waveform of the shear wave displacement generated by the ultrasonic focused beam at a plurality of positions.
  • the displacement detector is based on the detected time waveform of the shear wave displacement.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus having a non-uniformity detection unit for evaluating non-uniformity of an object, and an ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing an object using ultrasonic waves, wherein an echo signal from within the object
  • An ultrasonic probe that transmits and receives signals, a displacement generator that emits an ultrasonic focused beam into the object and displaces the tissue, and a shear wave that is generated by the ultrasonic focused beam by receiving an echo signal from the object
  • the displacement generation unit includes a displacement generation transmission beam generation unit that generates an ultrasonic focused beam, and a beam frequency setting unit that sets the frequency of the ultrasonic focused beam.
  • the detecting unit described in detail the ultrasonic diagnostic apparatus having a non-uniformity detecting unit for evaluating non-uniformity of the object based on the detected shear wave displacement.
  • the width of the shear wave propagation direction (in this case, the width in the azimuth direction) is determined from the effective propagation distance of the shear wave in the ROI size set in step S04. Further, the width perpendicular to the shear wave propagation direction of the ROI to be measured (in this case, the width in the depth direction) is the direction in which the transmission beam for generating displacement is propagated, for example, the width of the sound source in the depth direction in FIG.
  • Each element of the ultrasonic probe 1 uses a known piezoelectric element or electrostatic element such as ceramic, polymer, or silicon.
  • an image processing unit performs image processing on a portion having a degree of uniformity different from that of the surrounding tissue. It is also possible to extract and show a site estimated as a diseased tissue (tumor) on the screen. For the extraction of the portion having a degree of uniformity different from that of the surrounding tissue, an image displayed on the display unit 5 is used. It is also possible to extract by processing.
  • the location determined to be a lesion tissue may be further analyzed using an existing function diagnostic method (Doppler method) or the like.
  • the measurement objects of the various examples described above include, for example, liver, mammary gland, blood vessel, prostate and the like.

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Abstract

　生体などの測定対象物の視野内に異なる音速を持つ複数の組織が混在している場合に，高精度に弾性率や粘性等の硬さを測定する。対象物の組織内の音速の不均一性を検出する手段として，変位生成部１０の変位生成用ビーム生成部１３から変位生成用送波ビームを超音波探触子１に印加し，生体組織内に集束超音波を照射し，ずり波を発生させる。変位検出部２０の変位検出用送波ビーム生成部２２と変位検出用受波ビーム演算部２３を用いて検出した，ずり波の複数の位置の変位時間波形から，例えば積分値と最大振幅値等の少なくとも２つの情報を得る。変位検出部２０の不均一性検知部２６により，これら２つの情報に基づき，組織構造に起因する音速の不均一性に関する物理量を検出し，表示部５に表示する。

Description

超音波診断装置
　本発明は，超音波送受信によって被検体内部の音速に関する不均一性を検出する超音波診断装置に関するものである。
　乳癌や肝硬変，血管障害などの診断方法として，医者の触診の代わりとして，超音波エコー信号から被検体内部の硬さを診断する方法（エラストグラフィー技術）がある。エラストグラフィー技術による硬さの診断では，従事者はプローブを被検体表面に押し当てて圧迫し，生体などの測定対象物の内部の組織に変位を生じさせる（以下，これを従来方式と呼ぶ）。圧迫による生体組織の圧縮前後のエコー信号から圧縮方向の変位が推定され，変位の空間微分量である歪みを求め，画像化する。この方法では，撮像対象として，体表からの圧迫が容易なところに存在する臓器に限られるという課題がある。例えば，体表と肝臓の間に介在層として，すべり面が存在するため，十分な変位を生じさせるような圧迫が困難である。
　そこで，超音波集束ビームを用いて被検体内部に放射圧を印加し，介在層の影響を抑えて対象組織を変位させて，硬さの診断をする技術がある。例えば，特許文献１に記載されるＡＲＦＩ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｃｅ　Ｉｍｐｕｌｓｅ）Ｉｍａｇｉｎｇがある。この技術では，集束ビームの進む方向に生じる組織の変位量を画像化したり，焦点での組織変位に伴って集束ビームの進む方向とは垂直な方向に生じるずり波の伝搬速度の推定からずり弾性率やヤング率といった弾性率を算出したりする。この技術を用いると，上記のすべり面などの介在層の影響を低減する効果以外にも，超音波によって組織を変位させるため，手技依存性が少ない診断が期待される。
　測定範囲内の組織に音速に関する不均一性が存在すると，測定された弾性率は複数のずり波の伝搬速度を含んだ値となる。音速の不均一性の要因となるものとして，組織構造，周波数分散性，振幅，粒子速度などがある。例えば，周波数分散性に関しては，非特許文献１，非特許文献２がある。
ＵＳ２００４０６８１８４
Ｄｅｆｆｉｅｕｘ他，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｉｍａｇｉｎｇ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．３，２００９． Ｃｈｅｎ他，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．　Ｆｅｒｒｏ．Ｆｒｅｑ．Ｃｏｎｔｒ．，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．1，２００９．
　従来，ずり波速度の推定する際，組織構造に起因する音速の不均一性は考慮されていない。すなわち，測定範囲内の組織ではずり波速度が同じであると仮定されている。従って，測定視野内に異なる音速を持つ組織が混在している場合では，平均化されたずり波の伝搬速度，および弾性率を測定していることになる。組織構造に起因する音速の不均一性を画像化し，診断できれば，正常組織と悪性組織との違いを識別する方法の１つとなり得る。
　本発明の目的は，超音波送受信によって測定対象物内部の音速に関する不均一性を検出することが可能な超音波診断装置を提供することにある。
　上記の目的を達成するため，本発明においては，対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，対象物からのエコー信号を受波し，超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，変位検出部は，検出したずり波変位の時間波形に基づき，対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する構成の超音波診断装置を提供する。
　また，上記の目的を達成するため，本発明においては，超音波により対象物の診断を行う超音波診断装置であって，対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，対象物からのエコー信号を受波し，超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，変位生成部は，超音波集束ビームを生成する変位生成用送波ビーム生成部と，超音波集束ビームの周波数を設定するビーム周波数設定部を有し，変位検出部は，検出したずり波変位に基づき，対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する構成の超音波診断装置を提供する。
　すなわち，上記の目的を達成するため，本発明の好適な態様においては，組織内の音速の不均一性を検出する手段として，生体組織内に集束超音波を照射し，ずり波を発生さ，発生したずり波の複数の位置の変位時間波形に対し，それぞれの波形から少なくとも２つの情報を得て，組織構造に起因する音速の不均一性に関する物理量を測定し，表示する構成とする。
　本発明によれば，超音波集束ビームによって生じたずり波の波形形状から，組織構造に起因する音速に関する不均一性を画像化することによって，測定対象内に音速の不均一な部位があるかどうかを診断することができる。
　また，組織構造に起因する音速に関する不均一性の他，周波数分散性，振幅が原因となる音速の不均一性を画像化し，診断することが可能となる。更に，バーストチャープ法の適用により，より高精度な不均一性の評価ができる。
　さらには，不均一性の度合いから正常組織と悪性組織とを識別すること診断方法への応用が期待される。
実施例１～４における，超音波診断装置のシステム構成図である。 実施例１に係る，超音波探触子による測定図を示す図である。 実施例１に係る，超音波のビーム生成を説明する図である。 実施例１に係る，超音波ビーム送受信のシーケンスを示す図である。 実施例１に係る，音速が均一な組織の場合のずり波変位を説明する図である。 実施例１に係る，音速が均一な組織の場合のずり波変位の時間波形を説明する図である。 実施例１に係る，音速が不均一な組織の場合のずり波変位の時間波形を説明する図である。 実施例１における不均一性測定時のフローチャートを示す図である。 実施例１に係る，ＲＯＩの大きさを決定するパラメータを説明する図である。 実施例１に係る，不均一性の表示画面の例を説明する図である。 実施例２における不均一性の計算方法の一例を説明する図である。 実施例２における不均一性の計算方法の他の例を説明する図である。 実施例３における不均一性測定時のフローチャートを示す図である。 実施例３に係る，音速が不均一な組織の場合のずり波変位の時間波形を説明する図である。 実施例４におけるずり波速度と周波数との関係を示す図である。 実施例５における超音波診断装置のシステム構成図である。 実施例５における超音波探触子による測定図である。 実施例５における超音波診断装置の処理シーケンスを示す図である。 実施例５に係る，音速が均一な組織の場合のずり波変位のスペクトル分布を示す図である。 実施例５に係る，音速が不均一な組織の場合のずり波変位のスペクトル分布を示す図である。 実施例５に係る，バーストチャープ法を利用した不均一性測定時のフローチャートを示す図である。 実施例５に係る，変位とずり波伝搬の方向を説明する図である。 実施例５に係る，不均一性の表示画面の例を説明する図である。
　以下，本発明の実施例を図面に従い説明する。図１に実施例１～４に係る装置全体構成を示す。
　同図において，図示しない被検体に向かって超音波ビームの送受信をする超音波探触子１，被検体内に変位を生じさせる変位生成部１０，被検体内に生じた変位を検出する変位検出部２０，および，変位生成部１０と変位検出部２０を制御するための中央制御部３から成る構成である。超音波探触子１が送受切替え部として機能する送受切替えスイッチ２を介して変位生成用送波ビーム生成部１３，変位検出用送波ビーム生成部２２，および，変位検出用受波ビーム演算部２３に接続されている。ビーム周波数設定部１４は，変位生成用送波ビーム生成部１３からの超音波集束ビームの周波数を設定する。なお，図示を省略したが，中央制御部３は，直接あるいは間接的に送受切替え部として機能する送受切替えスイッチ２も制御する。
　まず，変位生成部１０について説明する。変位生成用送波ビーム生成部１３は変位生成用送波波形生成部１１で作られた波形を用いて，超音波探触子１の素子毎の送波信号に遅延時間や重みを与えて，焦点位置設定部１２で設定された位置に超音波ビームが集束するように，中央制御部３によって制御されている。変位生成用送波ビーム生成部１３からの電気信号は超音波探触子１において超音波信号に変換され，図示しない被検体に向かって，変位生成用超音波ビームが照射される。変位生成用超音波ビームの照射開始時間と終了時間はビーム周波数設定部１４で設定される。ここで，ビーム周波数とは，変位生成用超音波ビームの照射の繰り返し周波数のことを示している。
　次に，変位検出部２０について説明する。変位生成用超音波ビームの照射後，被検体内組織の変位を検出するための変位検出用超音波ビームが照射される。変位生成用の超音波ビームと同様，変位検出用送波ビーム生成部２２は変位検出用送波波形生成部２１で作られた波形を用いて，超音波探触子１の素子毎の送波信号に遅延時間や重みを与えて，所望の位置に変位検出用超音波ビームが集束するように，中央制御部３によって制御されている。被検体内で反射して探触子に戻ってきたエコー信号は，超音波探触子１において電気信号に変換され，変位検出用受波ビーム演算部２３に送られる。変位検出用受波ビーム演算部２３の出力は検波部２５において，包絡線検波やｌｏｇ圧縮やバンドパスフィルタ，ゲインコントロールなどの信号処理の後，不均一性検知部２６で不均一性に関する値が計算される。検波部２５，および，不均一性検知部２６の出力はスキャンコンバータ４において画像信号に変換され，表示部５において，硬さを示す数値や画像として表示される。
　なお，同図に示すブロックの一部である中央制御部３，不均一性検知部２６等は，処理部として機能する中央処理部（Central Processing Unit：ＣＰＵ）におけるプログラム実行により実現することができる。
　本実施例では，図２に示されるように，リニアアレイ型の超音波探触子１を被検体の体表面に接触させ，体内の目的断層面に変位生成用超音波ビームを集束する場合について説明する。ここでは，所望の断層面内において，変位生成用超音波ビーム（＝変位生成用送波ビーム）の伝搬方向は体表に対して垂直な方向とした場合について説明する。
　図３の上段，下段に示すように，超音波のビーム生成は，各焦点と超音波探触子１の各素子１００との位置の間の距離を求め，素子間での距離差を対象物の音速で割ることにより算出される遅延時間を素子毎に与えて送波を行うことにより実現する。焦点に変位生成用超音波ビームが照射されると，伝搬に伴う超音波の吸収や散乱に応じて放射圧が生じる。通常では焦点において放射圧が最大となり，焦点領域の生体組織に変位が生じる。また，変位生成用超音波ビームの照射が止められると，変位量が緩和される。図２において，模式的に示すように，この放射圧の生成によって，集束点を起点として被検体表面と水平方向にずり波が発生する。
　次に，図４を用いて，超音波探触子１よる超音波ビームの送受波方法について説明する。図４に，変位生成用送波ビーム，変位検出用送波ビーム，変位検出用受信ビームの照射シーケンスを示す。変位検出用送波ビーム，変位検出用受信ビームの順に照射し，ずり波の変位を検出する演算に使用する参照信号を得る。ＯＮ／ＯＦＦは例えば，電圧の振幅値で制御され，ＯＮを１，ＯＦＦを０とする。今後，特に指示がない場合は，ＯＮが１，ＯＦＦが０を意味する。送波ビームはＯＮとなるときに，照射される。なお，受波ビームをＯＮにするとは，送受波切替えスイッチ２において，変位検出用送波ビーム生成部２２と超音波探触子１の接続を切り離し，変位検出用受波ビーム演算部２３と超音波探触子１の接続を行い，受波信号の取得，ビーム生成のための整相加算演算を行うことである。
　最初に，変位検出用送波ビームと変位検出用受波ビームが順にＯＮとなり超音波探触子１から参照信号を得る。参照信号を得た後，焦点Ｆに変位生成用送波ビームを照射し，ずり波を発生させる。このとき，変位生成用送波ビームの照射のＰＲＦｐ（繰返し送信されるパルスの周波数）をビーム周波数設定部１４で設定し，周波数ＰＲＦpで複数回照射する。本技術では，変位生成用送波ビームのキャリア信号の周波数ではなく，ＯＮとＯＦＦの周波数ＰＲＦpを制御して，不均一性を測定していることが特徴である。キャリアの周波数を高くすることで，ビームの幅が狭く，高い空間分解能で撮像ができる。図４では，例として変位生成用送波ビームの照射回数を３回としているが回数はこれに限らない。照射回数が多い方が，ＰＲＦｐの帯域幅が狭くなり，変位生成用送波ビームの周波数に対する分解能が向上する。その一方，照射回数が1回であることも多く，以下の図５や６は照射回数1回の場合を例にして変位の時間変化を示している。これは以下の理由による。通常の送波条件では，方位方向のビーム幅は１ｍｍ程度であり，ずり波の音速が1m/sの場合，PRFpは1kHzの場合，ずり波を生成するための放射圧が生成する幅（方位方向のビーム幅）と波長が等しくなる。つまり変位を大きくするためには，PRFpは1kHz以下であることが望ましい。しかしPRFpを1ｋHz以下すなわち1msより長くすると，温度上昇のリスクが増大する。放射圧は圧力の二乗に比例し，温度上昇は圧力の二乗と照射時間の積に比例するので，放射圧と温度上昇の比は照射時間に反比例する。よって過度に長い照射時間は安全性と大きな変位量を得ることを両立するのに適していない。これらのことを考慮すると照射回数は1回であることが望ましい。変位生成用ビームの照射後，ずり波の変位を検出するため，変位検出用送波ビームと変位検出用受波ビームが順にＯＮとなる。
　図１の検波部２５において，バンドパスフィルタ等などの通常の信号処理演算が行われ，変位検出用送受波ビームによって得られた信号から，ＰＲＦｐに相当する信号が抽出される。バンドパスフィルタ等による処理は省略することも可能である。ずり波の変位は，先に得た参照信号と，変位生成用送波ビームの照射後に変位検出用送受波ビームによって得られた信号とを用いて算出される。変位の算出には，周知技術である相関演算，位相差検波などが用いられ，変位検出の演算は不均一性検知部２６で行われる。変位検出用送受波ビームを繰り返し周波数ＰＲＦｄで繰り返しＯＮとし，ずり波変位（数μｍ～数十μｍ）の時間波形を検出する。ＰＲＦｄは，予想されるずり波の周波数に対してナイキスト定理を満たすように設定する。例えば，変位を検出するラスタがずり波の変位の方向と同じ場合は，ＰＲＦｄをずり波の周波数の２倍以上とする。
ＰＲＦｄは変位検出用送波波形生成部２１で設定する。
　図５Ａ～図６に変位検出位置におけるずり波変位（＝ずり波の振幅値）の時間変化を示す。変位検出位置は，例えば図５Ａのように，ずり波の伝搬方向に沿っており，かつ，等間隔に並ぶ複数位置ｘ１，ｘ２，ｘ３とする。ここで，焦点の位置をｘ＝０とし，ｘ１＜ｘ２＜ｘ３とする。
　まず，図５Ａ，図５Ｂを用いてずり波の伝搬経路上の組織が組織構造に起因する音速が均一な構造を有する場合について説明する（Ｔａｂａｒｕ他，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ. ３０，２００９，ｐｐ．５２５－５２６参照）。ここで音速とは，ずり波の伝搬速度を意味する。焦点Ｆで発生したずり波は，伝搬しながら位置ｘ１，ｘ２，ｘ３の順に到達するため，各位置ｘで観測される変位の時間波形がピークとなる時間ｔ１，ｔ２，ｔ３はｔ１＜ｔ２＜ｔ３となる。図５Ｂに示すように，ずり波の音速（＝伝搬速度）ｃは位置ｘ（ｎ）を縦軸，ピークとなる時間ｔ（ｎ）を横軸としたときの傾きから，後で詳述する不均一性検知部２６で推定する。ただし，ｎは正の整数であり，図５Ａ，図５Ｂでは，ｎ＝１，２，３である。そして推定したずり波の伝搬速度を用いて，ヤング率やずり波弾性率等の弾性率が計算される。例えば，ずり波の音速ｃ，組織密度ρからずり弾性率（＝ρｃ２），またはずりポアソン比を０．５と仮定し，ヤング率（＝Ｅ：３ρｃ２）等の弾性率が計算可能である。
　次に，図６を用いて，ずり波の伝搬経路上で２つの異なる音速を有する組織が混在している場合について説明する。この場合，０＜ｘ＜ｘ１の間にずり波の音速ｃ１，ｃ２（ｃ１＞ｃ２）の組織が混在しているとする。このとき，焦点Ｆから発生したずり波が変位検出位置ｘ１に到達するまでの時刻ｔ１＿１は，音速ｃ１を有する組織を通過した時刻が音速ｃ２を有する組織を通過した時刻ｔ１＿２よりも早くなる。従って，位置ｘ１でのずり波変位の時間波形には２つのピーク値が現れる。位置ｘ２，ｘ３についても同様に時間波形は２つのピーク値を有する。
　ここでは，検出位置の数は３つとしているが，検出位置の数はこれに限らない。位置ｘの間隔Δｘは，ずり波の波長λに対して十分小さい間隔例えば，１／１０λとする。ただし，波長はｃ／ＰＲＦｐで計算される。望ましくは，波長を計算するときに用いるずり波の音速ｃは不均一性を測定する対象部位において想定される最小の速度，もしくは，必要とするずり波速度分解能で決まるずり波速度の差（Δｃ＝ｃ１－ｃ２）のうち，小さい方の値を用いる。
　図６に示すように，組織構造に起因する音速に関して均一な組織の場合に比べ，組織構造に起因する音速が不均一な組織ではずり波変位の時間波形は複数のずり波変位の波形が時間方向にシフトして足し合された波形となるため，波形の幅が広くなる。したがって，図６の位置ｘ１における幅ｄ２は，図５Ａの位置ｘ１における幅ｄ１よりも大きい値となる。これらｄ１とｄ２は例えば，半値幅や―６ｄＢ幅と定義される。
　本実施例においては，図１の不均一性検知部２６において，複数のずり波変位の時間波形から少なくとも２つの情報を得て，構造に起因する音速の不均一性の評価を行う。不均一性の評価方法としては，例えば，上述したずり波変位の時間波形の幅の広がり度合いを計算する。この時間波形の幅は，例えば，ずり波変位の時間波形から２つの情報量として，積分値と最大振幅値を求め，積分値を最大値で割った値と定義する。
　半値幅より，複数のずり波変位の時間波形から少なくとも２つの情報，すなわち，積分値と最大振幅値を求め，この積分値を最大振幅値で割った値を時間波形の幅として用いた方が良いのは以下の理由による。半値幅は最大振幅の半分の値をとる２点を波形の中で探し，その２つの点と点の距離（今回の場合は横軸が時間となるので，２つの時刻間の時間差）を幅とする計算方法である。このため，図６に示すような二つのピークをもつような波形の場合，２つのピークの間の凹みが，最大振幅の半分を下回った場合，最大振幅の半分の値をとる点が４つ以上出現してしまうことになる。もし二つのピークがほぼ等しい場合は，４つ以上の半値を取る点が得られても，その中で時刻が最も早いものと遅いものの差を取れば半値幅を得ることは出来るが，実際には二つのピークの振幅が必ずしも等しいとは限らないので，伝搬に伴い半値幅がずり波の速度が速い成分もしくは遅い成分片側だけの半値幅になったり，両方を含んだピークの半値幅になったりするので，定量的に求めた半値幅が，定性的に同じ現象を追跡している訳では無くなってしまう可能性がある。また，図６の波形の例ではノイズが入っていないが，ノイズが入っている状態で最大振幅を探すと，ノイズの大きさによって，最大振幅の値の見積もりに誤差が含まれ，半値の推定にも誤差が含まれる。この結果，信号対雑音比が悪い場合には半値幅でビーム幅を推定するのは必ずしも好ましく無い。ここまでは半値幅を例に説明したが，最大変位に対して，一定の変位を取る場所を時間波形上で探す操作，例えば-20dB幅や-40dB幅などで時関波形の幅を推定しても原理的には上記の二つの課題を克服出来ない。
　そこで，本実施例では積分値を最大振幅で割った値を時間波形の幅を示す指標として用いる。まず積分値であれば，時間波形が複数のピークに分裂してもその影響が少ない。また積分操作は高周波成分を抑制するローパスフィルタと同じ機能をするので，ノイズの影響を受けにくい。
　図６の不均一は生体中の場所によって音速が異なる効果と，後の実施例で説明されるずり波音速の周波数分散の効果が混ざってしまう場合がある。照射回数を1回で，かつなるべく単一の周波数成分をもったずり波を作るには，変位生成用送波ビームの振幅をハニング波形などのように立上がりと立下りが滑らかな形状となるようにした方が望ましい。図４の例では矩形波の例であるが，矩形波はPRFｐ以外にも３PRFｐや５PRFｐなどPRFｐの奇数倍の成分も多く含んでしまう。これらの成分を抑制するには，ハニング波形を用いる方法が有効であることは周知のとおりである。
　次に，図７のフローチャートを用いて，本実施例の不均一性検知部２６において，構造に起因する音速の不均一性を測定評価する処理フローについて説明する。上述したように，不均一性検知部２６の処理フローは，ＣＰＵのプログラム処理によって実現可能である。まず，ステップＳ００で診断を開始する。次に，ステップＳ０２において，断層像を表示する。表示する断層像は，例えばＢモード像，または，歪み量などの硬さに関する画像とする。ステップＳ０４では，不均一性を測定する範囲（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定する。
　測定するＲＯＩにおいて，ずり波伝搬方向の幅（この場合，方位方向の幅）は，ずり波の有効伝搬距離から決定される。また，測定するＲＯＩのずり波伝搬方向に垂直な幅（この場合，深さ方向の幅）は，変位生成用送波ビームの伝搬する方向，例えば図２では体内の深さ方向の音源の幅から決定される。ずり波は減衰しながら伝搬するため，ある伝搬距離を超えると超音波診断装置の変位検出限界値を超える。変位検出限界となる距離を有効伝搬距離と呼ぶ。ただし，変位検出限界値は，超音波診断装置のダイナミックレンジや変位検出用超音波ビームの周波数などのパラメータで決まる。ずり波の有効伝搬距離は，変位生成用送波ビームの音響インテンシティ，変位生成用送波ビームのＦ値（＝焦点距離／開口径），変位生成用送波ビームの周波数，変位生成用送波ビームが伝搬する方向の音源の幅，変位生成用送波ビームの照射時間，ずり波の最大変位量などのパラメータから決定することができる。
　例えば，図８には，周波数２ＭＨｚ，照射時間１ｍｓ，瞬時的な音響インテンシティ１ｋＷ／ｃｍ２の場合の，有効伝搬距離，最大変位量，Ｆ値，および，音源の幅との関係を示している。これらのパラメータは測定対象となる組織毎に実験的または計算的に予め決定されており，図示しない記憶媒体等に記憶されている。測定する部位や変位生成用送波ビームの照射パラメータ等によって，中央制御部３が記憶媒体から最適なＲＯＩの大きさを決定する。
　もしくは，ＲＯＩのずり波伝搬方向は実験的または計算的に予め決定される値，例えば３０λ（λはずり波の波長）より小さい値とする。
　ＲＯＩの位置は，術者がステップＳ０２のステップで表示部５に表示した断層像を見て，図示しないキーボード，トラックボール，マウス等の入力デバイスを介して術者が決定してもよいし，または，中央制御部３が図示しない記憶装置（メモリ）等から，肝臓，乳腺などの測定部位に応じた位置を読み出し，決定してもよい。術者が手動で設定する場合では，血管などを避けてＲＯＩを設定することが可能である。次に，ステップＳ０６において，ずり波の変位が測定され，続いて，ステップＳ０８で構造に起因する音速の不均一性が計算される。ステップＳ１０で，測定された不均一性を示す値，例えば，上述した時間波形の幅が断層像と共に表示部５の画面に表示される。断層像は，ステップＳ０２で表示した断層像と同じ，もしくは，不均一性評価の直前または直後の時刻に撮像した断層像とする。
　図９に，不均一性，すなわち時間波形の幅の表示部５による表示例を示した。不均一性の値（＝時間波形の幅）を表示する位置は， 例えば，ＲＯＩの近く，もしくは，図９の上段に示すように表示部５の画面上の断層像の横とする。時間波形の幅は例えばＲＯＩ内の各位置ｘ（ｎ）で計算された時間波形の幅の平均値として表示される。このとき，標準偏差等を時間波形の幅の平均値と共に表示し，術者が測定精度を確認する指標としてもよい。
　別の表示方法では，時間波形の幅はＲＯＩ内にカラーで表示される。その際，図９の中段に示すように時間波形の幅に対応するカラーバーが同じ画面内に表示され，術者は測定部位の不均一度合を視覚的に判断することができる。カラーバーは，予め測定部位に応じたスケーリング値が，図示しない記憶装置等から中央制御部３を介して読みだされ，スケーリングされる。また，各位置ｘ（ｎ）における時間波形の幅Ｄに対し，ずり波の伝搬ｘに関する空間微分，すなわちｄＤ／ｄｘを計算し，空間的な時間波形の幅の情報をＲＯＩ内にマッピングすることも可能である。そのときの画面には，例えば図９下段に示すように，ＲＯＩ内に時間波形の幅の空間微分を表すカラーマップと，時間波形の幅の空間微分に対応するカラーバーが表示される。空間微分値を表示することによって，より空間分解能の高い不均一性を診断することが可能になる。
　図７のステップＳ１２で，終了する信号が図示しない入力デバイスを介して入力されると，ステップＳ１４で不均一性の測定が終了する。また，ステップＳ０４で設定したＲＯＩ内で再度測定したい場合や，別の位置にＲＯＩを設定して測定したい場合には，ステップＳ０４やステップＳ０６に戻り，引き続き不均一性が評価される。２つ以上の複数の位置を測定した場合には，カラーバーのスケーリングを測定された複数の不均一性の値に応じて，変更してもよい。同じＲＯＩで測定した場合，ステップＳ１０において，例えば図９上段に表示される時間波形の幅は測定毎の結果，および各測定の平均値などとする。また，複数の位置にＲＯＩを設定した場合では，図９上段において，ＲＯＩ１，ＲＯＩ２のように番号をつけ，断層像内にＲＯＩの位置情報と，得られた時間波形の幅の結果を対応できるようにしてもよい。図９中段や図９下段に示す例では，断層像内に複数のＲＯＩと時間波形の幅の結果が表示される。
　複数回測定を行う際に，プローブの動きや被検体の体動のため，前後する不均一性測定時で，撮像される部位がずれ，それに伴いＲＯＩの位置情報も空間的にずれる可能性がある。複数回測定する場合には，ＲＯＩの位置情報は例えばＭｏｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（体動補正）法（Ｈ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．5Ｂ，ｐ．４７５４，２００６参照）を用いることによって，ＲＯＩの位置情報を随時補正することも可能である。
　以上説明した時間波形の幅などの不均一性の測定方法において，変位生成用超音波ビームの伝搬方向は体表に対して垂直な方向の他，斜め方向としてもよい。ただし，変位検出用送波ビーム生成部２２では，変位検出用受波ビーム演算部２３に入力される受波ビームに対して，受波ビームの方向とずり波の進む方向が平行とならないように，また，なるべく両者が直交するように制御する。ずり波の伝搬方向が変位方向，すなわち，変位生成用送波ビームの方向に対して直交する方向であるので，受波ビームの伝搬方向とずり波の伝搬方向が平行であると，変位に対する検出感度を失ってしまうからである。そのため，変位生成用超音波ビームの伝搬方向は，望ましくは体表面に対して垂直となるように設定する。
　図７のステップＳ０４において，ＲＯＩのサイズを，有効伝搬距離や音源の幅で決定されるサイズに設定するのではなく，術者が図示しない入力デバイスを介して所望の大きさに設定するようにしてもよい。このとき，もし，所望の大きさが最適なＲＯＩのサイズよりも大きい場合には，最適なＲＯＩの位置をずらしながら，各位置でＳ０６とＳ０８を施行するようにしてもよい。
　不均一性検知部２６において，複数のずり波変位の時間波形から不均一性の評価を行うための，第２の実施例について，図１０Ａ，図１０Ｂを用いて説明する。
　図１０Ａに示すように，１つの方法では，ずり波変位の時間波形１０１を周知である任意の関数，例えば，多項式関数，指数関数，ガウシアン関数などを用いてフィッティングした後，ローパスフィルタ等を用いてノイズ除去する。その後，フィッティングした波形１０２のピーク値ｄｐから―６ｄＢ小さい値を閾値とする半値幅Ｗを計算する。フィッティングする前にノイズ除去処理をしてもよいし，ノイズ除去処理を省くことも可能である。フィッティング後，または，ノイズ除去後に実施例１で記した時間波形の幅を計算してもよい。半値幅Ｗの他，フィッティング後の変位波形がピークとなる時間ｔｐ，変位のピーク値ｄｐ，変位波形の中心位置（時間）をパラメータとする関数から不均一性に関する値を算出してもよい。本例においては不均一性の評価ために，ずり波変位の時間波形から得られる２つの情報としては，例えば，ピーク値と半値幅Ｗが用いられる。
　また，別の方法としては，図１０Ｂに示すように，下記の数式１をずり波変位の時間波形１０３にフィッティングさせる。
　ｙ＝Ａ１＊ｅｘｐ（‐（ｔ－Ｔa）＾２／ａｌｐｈａ１）
     ＋Ａ２＊ｅｘｐ（‐（ｔ－Ｔｂ）＾２／ａｌｐｈａ２） - - - （１）
　このとき，評価値は，数式１の式中のパラメータであるＡ１，Ａ２，Ｔa，Ｔｂ，ａｌｐｈａ１，ａｌｐｈａ２とするか，もしくは２つ以上のパラメータを用いた演算の結果とする。例えば，ずり波変位の時間波形１０３から得られる２つの情報としてＴａ－Ｔｂや，Ｔａ－Ｔｂ／（（Ａ１＋Ａ２）／２）を不均一性の評価値とする。数式１でフィッティングした後に，周知である任意の関数（多項式関数，指数関数，ガウシアン関数など）を用いてさらにフィッティングし，半値幅Ｗを計算してもよい。
　各位置ｘ（ｎ）に対し，数式１を用いて対応する時間Ｔａ（ｎ）とＴｂ（ｎ）を計算し，ｘ（ｎ）とＴａ（ｎ）との関係からずり波の音速ｃ１，また，ｘ（ｎ）とＴｂ（ｎ）との関係からずり波の音速ｃ２を推定することも可能である。ずり波速度の推定は，例えば図５Ｂを用いて説明した方法が使用できる。このように，数式１を用いて組織構造に起因する音速の不均一があった場合に，数式１などを用いてフィッティングし，２つのピーク値の時間を計算できれば，どれくらい速度の異なる媒質が存在するのか，定量化することができる。不均一性の表示方法として，２つのずり波の音速ｃ１，ｃ２を表示したり，ｃ１とｃ２の差を表示したりすることもできる。
　ＲＯＩ内に３つ以上の異なる音速を持つ場所がある場合には，ずり波の時間波形のピーク値も３つ以上となる。数式１の関数は，ピークの数に応じて設定する。
　また，別の不均一性の評価方法として，不均一性を表す値はずり波変位の時間波形のピークの個数としてもよい。図６の例では個数は２個である。ピークの個数は，フィッティング後，またはノイズ除去後の波形から算出される。
　第３の実施例として，周波数分散に起因する音速の不均一性の評価を行う方法を図１１，図１２を用いて説明する。
　音速の不均一性の要因となるものとして，組織構造，周波数分散性，振幅，粒子速度などがある。実施例１では，組織構造に起因する音速の不均一性の評価方法について説明した。周波数分散性に起因する音速の不均一性がある場合，変位生成用送波ビームの照射の繰り返し周波数ＰＲＦｐが帯域幅を持っている場合に，ずり波速度が変化する。本実施例では，この周波数分散性に起因する音速の不均一性に着目する。
　図１１に，組織構造に起因する音速の不均一性が存在しない場合に，周波数分散性に起因する音速の不均一性の測定評価を行う実施例３の処理フローを示す。ステップＳ００，Ｓ０２，Ｓ０４，Ｓ０６に関しては，図７に示した実施例１の処理フローと同様なので説明を省く。ここでは，説明を簡単にするため，１つのＲＯＩ内でのみ不均一性を測定する場合に限定するが，実施例１と同様にＲＯＩを動かして不均一性の測定を行ってもよい。
　ステップＳ２０において，ＲＯＩ内において組織構造に起因する音速の不均一性が存在するか否かを判断する。判断する方法としては，例えば，ＲＯＩ内の時間波形の幅や時間波形の幅の空間微分（ｄＤ／ｄｘ）に関する標準偏差，最大値と最小値との差，平均値と，予め測定対象部位毎に決められている閾値とを比較する。判断は，不均一性検知部２６を実現するプログラム処理にて行うことができる。閾値は測定部位毎に図示しないメモリに記憶されており，中央制御部３から読みだすようにしてもよいし，図示しない入力デバイス等を介して術者が入力するようにしてもよい。
　もし，組織構造に起因する音速の不均一性が存在すると判断された場合には，ステップＳ２２において，実施例１と同様の方法で速度に関する不均一性が表示部５に表示される。
　もし，組織構造に起因する音速の不均一性が存在しないと判断された場合には，周波数分散性に起因する音速の不均一性を測定するため，ステップＳ２４においてＰＲＦｐ（ｍ）（ｍ＝１，２，３・・・）が設定される。周波数分散性に起因する音速の不均一性を測定するには，少なくとも２種類以上のＰＲＦｐで変位生成用送波ビームを照射し，ずり波の変位を測定する必要がある。従って，Ｓ２４で設定するＰＲＦｐをＳ０６のずり波の変位測定で使用したＰＲＦｐと異なる値と設定すれば，ｎは１以上の任意の整数となる。また，Ｓ２４で設定するＰＲＦｐがＳ０６のずり波の変位測定で使用したＰＲＦｐを含む場合には，ｎは２以上の任意の整数である。
　周波数分散性に起因する音速の不均一性が存在する場合，例えば，２種類のＰＲＦｐで変位生成用送波ビームを送波し，ずり波検出位置ｘ（ｎ）においてずり波の変位測定を行うと，図１２のような時間波形が得られる。図１２のずり波変位の時間波形のようにＰＲＦｐ（１）とＰＲＦｐ（２）で送波した場合を比較すると，ずり波変位がピークとなる時間が変化する。これは，ＰＲＦｐが変わると，同一媒体内を伝搬するずり波速度が変化するためである。従って，波形１と波形２を足し合わせた波形には，複数の時間でピーク値が現れる。
　図１１のステップＳ２８で行われる周波数分散性に起因する音速の不均一性の評価において，構造に起因する音速の不均一性の評価方法と同様の方法が適用される。不均一の評価結果はＳ２２で画像化される。画像化の方法は，例えば，実施例１と同様の方法（ステップＳ１０）が適用される。
　周波数分散性に起因する音速の不均一性を測定する際，ビーム周波数設定部１４により設定されるＰＲＦｐ（ｍ）は，好ましくは４０Ｈｚ～数ｋＨｚとする。また，ＰＲＦｐ（ｍ）の間隔ΔＰＲＦｐ（ｍ）＝ＰＲＦｐ（ｍ＋１）―ＰＲＦｐ（ｍ）は，等間隔または任意の関数に従って設定する。好ましくは，間隔は数１００Ｈｚとする。
　周波数分散性に起因する音速の不均一性の評価は，構造に起因する音速の不均一性の評価をしないで試行することも可能である。この場合，図１１のステップＳ０６，Ｓ２０を省くことができる。
　ここでは，周波数分散性に起因する音速の不均一性をずり波の変位量（振幅）に起因する音速の不均一性評価に適応することも可能である。変位生成用送波ビームの超音波強度と生成されるずり波の変位量（振幅）との関係に非線形性があるため，ずり波の変位量（振幅）が音速の不均一性を生じる原因となりうる。ＰＲＦｐ（ｍ）を変化させる代わりに，変位生成用送波ビームの超音波強度を変化させたときの変位生成用送波ビームの超音波強度を変化させることによって，振幅に起因する音速の不均一性を評価することが可能となる。
　本実施例では，組織構造に起因する音速の不均一性の評価後に，周波数分散性に起因する音速の不均一性を評価したが，逆に周波数分散性に起因する音速の不均一性を評価した後に組織構造に起因する音速の不均一性を評価するようにしてもよい。さらには，周波数分散性，組織構造，振幅のうち必要な項目において，任意の測定順序で不均一性の評価を行ってもよい。
　また，周波数分散性に起因する音速の不均一性を評価するための変位生成用送波ビームを照射する際，２種類以上の変位生成用送波ビームの照射の繰り返し周波数ＰＲＦｐで照射する代わりに，広帯域な周波数特性を持つ，すなわち，複数のＰＲＦｐを含むパルス波的な変位生成用送波ビームを１回のみ照射し，不均一性に関するパラメータ（時間波形の幅，ずり波速度など）を算出するようにしてもよい。パルス波的な変位生成用送波ビームは，例えばコーデックされた変位生成用送波ビームを用いることができる。これにより，変位生成用送波ビームの照射回数，および，ずり波の検出回数が１回で良いため，診断時間を短縮することができる。特に，実施例１で述べたように，変位生成用送波ビームの振幅の立上がりと立下りの形状を制御することで，ハニング波形のようにPRFｐが主体とな場合と，矩形波のようにPRFｐ以外にも３PRFｐや５PRFｐなどPRFｐの奇数倍の成分も含む場合で比較することで，組織構造に起因する音速の不均一性の評価と，周波数分散性に起因する音速の不均一性の評価を独立して行うことが出来るようになる。
　上述の実施例３のステップＳ２８における周波数分散性に起因する音速の不均一評価方法の別の方法を実施例４として説明する。ＰＲＦｐ（ｍ）に対して，検出位置ｘ得られたずり波の変位の時間波形からずり波の音速ｃ（ｍ）が推定される。
　図１３に，ずり波の音速ｃ（ｍ）と，変位生成用送波ビームの照射の繰り返し周波数ＰＲＦｐ（ｍ）との関係を示すグラフ１０４を示している。周波数分散性に起因する音速の不均一性は，例えば，ずり波の音速の差ｄｃ（＝ｃ（ｍ）－ｃ（１）もしくはｃ（ｍ）－ｃ（ｍ－１））として計算される。または，ｄｃにずり波の変位波形の中心位置（時間）を掛け算した値とする。または，ｄｃにずり波の変位波形がピークとなる時間ｔｐを掛け算した値とする。中心位置（時間）や変位波形がピークとなる時間ｔｐは，ずり波の変位波形，ずり波の変位波形をフィッティングした波形，ずり波の変位波形をフィッティングした後，ノイズ除去した波形から算出される。本実施例における音速の不均一性の検出は，上述の実施例同様，図１の不均一性検知部２６におけるプログラム処理にて実現できることは言うまでもない。
　本実施例では，周波数分散性に起因する音速の不均一性の測定と同時に，ずり波速度の周波数，すなわち，変位生成用送波ビームの照射の繰り返し周波数依存性と，周波数に対する平均的なずり波速度を同時に測定することが可能となる。
　続いて，第５の実施例として，バーストチャープ法を用いて，構造に起因する音速の不均一性を検出する超音波診断装置について説明する。
　図１４に本実施例を実施するためのシステム構成図を示す。実施例１～４までのシステム構成と異なる構成部は，変位生成部１０にビーム時間設定部１５が，変位検出部２０に硬さスペクトル計算部２８が追加されたことである。ビーム時間設定部１５は，変位生成用送波ビーム生成部１３が生成する変位生成用送波ビームの照射時間を設定する。変位検出部２０において，変位検出用受波ビーム演算部２３の出力は検波部２５において，包絡線検波やｌｏｇ圧縮やバンドパスフィルタ，ゲインコントロールなどの信号処理の後，硬さスペクトル計算部２８でずり波変位のスペクトル情報が計算される。硬さスペクトル計算部２８で計算されたずり波変位のスペクトル情報は，不均一性検知部２６へ入力され，不均一性検知部２６で不均一性に関する値が計算される。
　次に，図１５を用いて，バーストチャープ法による変位生成用送波ビームの送波方法について説明する。図１５に示す，被検体組織の焦点Ｆ１と焦点Ｆ２にて，交互に変位を生じさせるように２つの変位生成用送波ビームを制御する。各焦点への変位生成用送波ビームの放射のＯＮ／ＯＦＦは中央制御部３において制御され，ＯＮ／ＯＦＦの切替え時間はビーム時間設定部１６にて設定される。
　図１６に変位生成用送波ビーム生成部１３による変位生成用送波ビーム，および，変位検出用送波ビーム生成部２２と変位検出用受波ビーム演算部２３による変位検出用送受波ビームのシーケンスを示す。ここでは，Ｔｍの値を大きい値から小さい値へスイープさせる手法を，バーストチャープ法と呼ぶ。すなわち切替え周期ＴｍとＴ（ｍ+１）との間隔ΔＴｍ（＝Ｔ（ｍ+１）－Ｔｍ）が負の定数のときの変位生成送波ビームのシーケンスを示している。ここで，初めの変位生成用送波ビームが照射される時刻をｔ＝ ０ とする。
　まず，焦点Ｆ２への変位生成用送波ビームがＯＦＦ（＝０）の状態で，焦点Ｆ１への変位生成用送波ビームをＯＮ（＝１）にして，焦点Ｆ１で変位が生じ，ずり波が伝搬する。焦点Ｆ１への変位生成用送波ビームは０≦ｔ≦Ｔ１において，常にＯＮの状態である。次に，時刻ｔ＝Ｔ１のとき，焦点Ｆ１の変位生成用送波ビームがＯＦＦとなる。このとき，焦点Ｆ２の変位生成用送波ビームがＯＮとなり，焦点Ｆ２において変位が生じ，ずり波が伝搬する。焦点Ｆ１への変位生成用送波ビームがＯＦＦ，かつ，焦点Ｆ２への変位生成用送波ビームはＴ１≦ｔ≦Ｔ１＋Ｔ１において，ＯＮとなっている。上記のシーケンスにおいて，２つの変位生成用送波ビームの切替え周期はＴ１である。
　バーストチャープ法による変位生成用送波ビームの照射が終了すると，次に，変位検出用の送波ビーム，受波ビームの順にＯＮとなる。
　続いて，変位生成用送波ビームのＯＮ／ＯＦＦの切替え周期Ｔｍを変更して，変位生成用送波ビームの照射と変位検出を行う。ここで，ｍは焦点Ｆ１と焦点Ｆ２がｍ回目にＯＮとなる周期を表しており，ｍ ＝１，２，３，・・・である。各焦点へのバースト信号の音響インテンシティの大きさは同じでもよいし，異なっていてもよい。変位生成用送波ビームの照射に伴い，焦点Ｆ１と焦点Ｆ２で発生したずり波は伝搬しながらお互いに干渉し合い，打消しあったり，増幅しあったりする。一方，各焦点では変位と同時に熱が発生する。
　図１５において，２焦点間の距離をｄとする。ｄの値が小さくなる，すなわち，焦点Ｆ１と焦点Ｆ２との距離が近くなるにつれて，干渉する度合いは大きくなる。しかし，焦点の距離が近くなると，熱伝導によって焦点間の温度上昇Ｅが焦点での温度よりも大きくなり，安全性が低下する。逆に，ｄを大きくすると，温度上昇は抑えられ，安全性は向上するが，干渉の度合いが小さくなってしまう。したがって，ｄの最適値は温度上昇の最大値が各焦点での温度上昇の最大値と同等であり，かつ，波の干渉が起きる値である。したがって，最適値ｄは焦点の深さ，変位生成用送波ビームの照射時間，周波数，診断部位などに依存する。
　診断部位は，生体の音速，超音波吸収，熱伝導率などに影響を与える。例えば，肝臓の場合ｄの範囲は１０λ＜ｄ＜３０λとし，乳腺の場合は５λ＜ｄ＜３０λとする。
　中央制御部３により，この値ｄは図示しないメモリから読み取られて，焦点位置設定部１２に設定される。さらに，設定したｄの値と予測されるずり波速度の値から，切替え周期に関する値が決定される。
　先に述べたとおり，本実施例では切替え周期を変化させながら，２つの焦点で生じたずり波が干渉して振幅が大きくなるときの切替え周期を求め，構造に起因する音速の不均一性の検出を行う。干渉波が増幅する条件について説明する。
まず，構造に起因する音速の不均一性がない場合について説明する。切替え周期Ｔｍの逆数を切替え周波数（繰り返し周波数）ｆｍと表わし，ｆｍ＝ １／Ｔｍとする。ここで，干渉波が増幅して変位量の絶対値がピーク値（極大値）となる条件は，２焦点の距離ｄが波長λの（ｎ＋１／２）倍となった場合であり，数式２で表わすことができ，図示すると図１７Ａの波形１０５Ａに示す通りである。このときの切替え周波数ｆｍを，ｆＭ（ｎ）で表わす。
ｋ＊ｄ ＝（２πｆＭ（ｎ）／ｃ)＊ｄ = ２π（ｎ＋１／２）- - -（２）
　ただし，ｋは波数（＝２π／λ），ｃはずり波の速度，ｎは０もしくは正の整数（ｎ＝０，１，２，・・・)である。　
ピーク値となる切替え周期Ｔｍの値をＴＭ（ｎ）とすると，ＴＭ（ｎ）＝１／ｆＭ（ｎ）であるので，数式２から数式３のように導出される。
　ＴＭ（ｎ）= ｄ／ｃ＊（２／（２ｎ＋１））　　　　  - - - （３）
　例えば，ｎ＝１， ｄ＝２［ｍｍ］であるとき，ｃ＝１［ｍ／ｓ］ではＴＭ（１）＝１．３［ｍｓ］（ｆＭ（１）＝７５０［Ｈｚ］），ｃ = １．２［ｍ／ｓ］では，ＴＭ（１）= １．１［ｍｓ］（ｆＭ（１）＝９００［Ｈｚ］）となる。ＴＭ（ｎ）の値，２焦点間の距離ｄから，ずり波速度ｃを算出することができる。変位生成用送波ビームのＯＮ／ＯＦＦ切替え周期であるＴｍは，数Ｈｚ～数ｋＨｚの範囲で制御するのが望ましい。また，本技術では，変位生成用送波ビームのキャリア信号の周期ではなく，ＯＮとＯＦＦの時間制御により不均一性を検出していることが特徴である。したがって，キャリアの周波数を高くすることで，ビームの幅が狭く，高い空間分解能で撮像ができる。
　次に，構造に起因する音速の不均一性がある場合について説明する。例えば，２つの異なる音速を持つ媒質をずり波が通過した場合について説明する。
図１７Ｂに示すように，ずり波変位の絶対値とｆｍとの関係を示すグラフにおいて，ｆＭ（ｎ）＿ｃ１のときにずり波の音速ｃ１に対応するピークが現れ，また，ｆＭ（ｎ）＿ｃ２のときにずり波の音速ｃ２に対応するピークが存在することになる。ｃ２＞ｃ１において，ｆＭ（ｎ＋１）＿ｃ１＞ｆＭ（ｎ＋１）＿ｃ２であるとき，不均一性を検出することが可能である。不均一性検知部２６では，実施例１～４における時間波形の幅に相当する不均一性のパラメータとして，例えば，スペクトル分布の幅を計算する。スペクトル分布の幅の計算は，変位量の絶対値をｆｍ方向に積分した値／変位量の絶対値のピーク値のように計算する。
　異なる音速の数が２つ以上の場合にも，上記の方法を適用可能である。
　図１４の硬さスペクトル計算部２８では，検波部２５からの出力信号に対してスペクトル解析をして，スペクトル情報を不均一性検知部２６へ出力する。
　変位検出点の設定は図１９の波形１０６の観測点Ａのような場所に設定し，極力，観測点Ｂのように変位が極小となる場所を取らないように工夫する必要がある。これは変位生成用送波ビームの照射のＯＮが一度だけのような過渡的な現象を観察する場合には，この考慮はそれほど重要では無い。しかし２焦点を音源とするずり波の干渉を用いる場合，変位量の絶対値（＝振幅値）の極大点と極小点が交互に分布するので，変位をモニタリングするラスタは変位量の絶対値の極大点となると推定される場所を選ぶか，もしくは複数点モニタリング点を設定し，極大点が観測点に含まれるような工夫をする。複数点モニタリングする場合には，極大点での変位と極小点における変位の絶対値の差分値を変位量としてもよい。
　図１８に本実施例のバーストチャープ法による構造に起因する音速の不均一性診断のフローチャートを示す。ステップＳ００～Ｓ０４，Ｓ１２，Ｓ１４は実施例１における不均一性測定時のフローチャートと同じであるので説明を省略する。
　Ｓ３０では，２焦点Ｆ１とＦ２の位置，２焦点への変位生成用送波ビーム照射の切替え周期の初期値Ｔｓｔａｒｔ，最終値Ｔｅｎｄ，および間隔ΔＴを設定する。
２焦点の位置は，例えば，２焦点の中心点（ここでは各組の２焦点間を結ぶ直線の中心点とする）をＰＯＩ（Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）として設定し，また，２焦点間の距離を設定する。ＰＯＩは操作者によって，ステップＳ０２で表示された画像を見ながら，図示しないキーボード，マウス，タッチパネル等の入力装置を用いて設定することも可能であるし，また，撮像した画像の輝度値や組織の形状などに基づいて計算される推定値を自動で焦点位置設定部１２に設定するようにしてもよい。操作者が手動で設定する場合では，血管などを避けて焦点を設定することが可能である。ここで，２焦点間の距離は，先述したとおり，２つのずり波が干渉し合う距離よりも小さく，また，各焦点に照射される変位生成用送波ビームの幅よりも大きい値とする。操作者が焦点位置を決定する場合には，先に記述した距離ｄの最適値，もしくは最適な距離ｄの最大値と最小値が画面に表示されて，これに基づいて位置を決定する。距離が設定されると，予想されるずり波の速度から，数式３のｎの値や最適な観測点が決定する。ここで，観測点は，ずり波の伝搬距離内において，ずり波の変位の絶対値の極大点，または極大点を含む複数位置に基づいて決まる。観測点の設定は，自動で設定されるか，または，操作者により入力装置で設定される。また，観測点上でのずり波伝搬の振幅（数μｍ～数十μｍ）の検波に用いるラスタとラスタ上のサンプリング点が決定される。各ラスタにおいて，変位検出用ビームの受信のＰＲＦ（繰返し送信されるパルスの周波数）は，予想されるずり波の周波数に対してナイキスト定理を満たすように設定する。例えば，ラスタがずり波の変位の方向と同じ場合は，ＰＲＦをずり波の周波数の２倍以上とする。決定したｎや観測位置を画面に表示するようにしてもよい。初期値Ｔｓｔａｒｔ，最終値Ｔｅｎｄは，測定部位や２つの焦点間の距離ｄに対して数式３を満たす範囲でピークが得られる値を設定する。この設定値は，測定部位，深度，焦点間の距離などに応じて，自動で設定されるようにしてもよいし，操作者が入力装置を用いて設定するようにしてもよい。
　次に，ステップＳ３２において，ずり波の変位検出の際に行う相関演算に使用する参照信号を取得た後，Ｔ１＝Ｔｓｔａｒｔの切替え周期でバーストチャープ信号を送信し，２焦点でずり波を発生させる。
　ステップＳ０６では，ずり波を観測するための変位検出用ビームの送受信を行う。各測定点での変位検出は，バーストチャープ信号がＯＦＦとなってから，すべての観測点においてずり波が到来して通り抜けるまでの間，常に検出してもよいし，また，ずり波が到来して通り抜けるまでの時間を，予め焦点と観測点との距離と推定されるずり波速度から求めておき，その時間だけ検出するようにしてもよい。後者の方が，ＰＲＦを高くすることができるので，高精度な変位検出が可能である。受波信号にたいして，検波部２５において，バンドパスフィルタなどの信号処理でｆｍに相当する信号を抽出したあと，周知されている相関演算等を行いずり波の変位を計算する。相関演算は，参照信号と変位検出用ビームにより受信した時間毎のエコー信号を用いて計算する。この計算により，各観測点におけるずり波振幅の時間波形が得られる。
　ステップＳ３４では，直前の切替え周期ＴｍがＴｅｎｄかどうかを判定する。Ｔｅｎｄではなければ，ステップＳ３２に戻って，次のＴｍ＋１の切替え周期でバーストチャープ信号を送信する。ステップＳ３２において，再び参照信号を取得する場合，測定中の焦点位置のずれによる相関演算のロバスト性が大きい。また，Ｔｍ＋１の切替え周期以降のバーストチャープ信号の送信については，参照信号の取得を省き，１番始めに取得した参照信号を用いて相関演算を行うようにすれば，測定時間を短縮することができる。
　Ｔｅｎｄの場合は，図１８のステップＳ０８において，不均一性の評価が行われる。硬さスペクトル計算部２８から出力されるスペクトル情報は，ステップＳ０６でずり波の変位測定を行う度に不均一性検知部２６へ出力されるようにしてもよいし，ステップＳ３４においてＴｅｎｄと判定された後に，全てのＴｍで変位測定を行った後にまとめて不均一性検知部２６へ出力されるようにしてもよい。前述したとおり，不均一性の評価値は，不均一性検知部２６において計算されたスペクトル分布の幅である。図１８のステップＳ１０において，測定された不均一性を示す値，例えば，スペクトル分布の幅が断層像と共に表示部５の画面に表示される。
　図２０に示すように，計算結果は，断層像１０７と同じ画面に数値として表示する。また，２焦点の位置Ｆ１とＦ２，距離ｄを，断層像１０７に重畳して表示したり，変位生成用送波ビーム照射の切替え周期の初期値Ｔｓｔａｒｔ，最終値Ｔｅｎｄ，および間隔ΔＴと合わせて画面内に表示させたりしてもよい。これにより，操作者は，表示される画像やグラフを見て，２焦点の位置，距離ｄ，替え周期の初期値Ｔｓｔａｒｔ，最終値Ｔｅｎｄ，および間隔ΔＴなどの測定パラメータを変えて，再測定することができる。図示は省略するが，実施例１の図９の中段に示すように，別の表示方法では，スペクトル分布の幅はＲＯＩ内にカラーで表示される。その際，スペクトル分布の幅に対応するカラーバーが同じ画面内に表示され，術者は測定部位の不均一度合を視覚的に判断することができる。カラーバーは，予め測定部位に応じたスケーリング値が，図示しない記憶装置等から中央制御部３を介して読みだされ，スケーリングされる。また，各位置ｘ（ｎ）におけるスペクトル分布の幅Ｄ＿Ｓに対し，ずり波の伝搬ｘに関する空間微分，すなわちｄＤ＿Ｓ／ｄｘを計算し，空間的なスペクトル分布の幅の情報をＲＯＩ内にマッピングすることも可能である。そのときの画面には，ＲＯＩ内にスペクトル分布の幅の空間微分を表すカラーマップと，スペクトル分布の幅の空間微分に対応するカラーバーが表示される。空間微分値を表示することによって，より空間分解能の高い不均一性を診断することが可能になる。以降，バーストチャープ法による構造に起因する音速の不均一性の検出方法のバリエーションについて述べる。
　２焦点への変位生成用送波ビームのＯＮ／ＯＦＦが交互になるように制御したが，同時にＯＮ／ＯＦＦとなるように制御して同時刻に変位を生じさせることも可能である。この場合は，干渉波が増幅してピーク値を持つ条件はｄが波長λの（ｎ＋１）倍のときであるので，数式２に対応して，数式４のようになる。
　ｋ＊ｄ= (２πｆ／ｃ)＊ｄ = ２π（ｎ＋１）           - - - （４）
　高精度な音速の不均一性の測定方法として，１回目に，切替え周期の間隔ΔＴを粗く設定して測定し，ＴＭを求め，次の測定で，ＴＭの付近の切替え周期でΔＴをより細かい設定にしてより詳細なＴＭの値を求めるようにしてもよい。このように替え周期の間隔ΔＴの値を細かくしていくことによって，より厳密な速度の違いを検知することができ，高精度な音速の不均一性の評価ができる。
　また，各切替え周期Ｔｍについて１回のＯＮ／ＯＦＦ制御で次の切替え周期Ｔ（ｍ＋１）へ変更するのではなく，同じＴｍに対して数回ＯＮ／ＯＦＦを繰り返した後に次の切替え周期に設定するようにしてもよい。同じＴｍに対して数回ＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより，より感度の高い測定が可能となる。
　Ｔｍの値を大から小に変化させたが，逆に小から大に変化させることも可能であるし，ΔＴｍは固定値以外にも，等比級数など，ある関数に基づいて変更することも可能である。
　さらに，ピーク値（極大値）から音速の不均一性を測定する方法について説明したが，極小値を用いてもよい。その場合，図１７の波形１０５Ａにおいて，ｋｄ＝２π，３π，・・・の値を用いる。
　さらに，２つの焦点に変位生成用送波ビームを照射する方法について説明したが，生体内の１つの直線上に，等間隔に２つ以上の複数の焦点を設定し（例えば４個），１つおきの各焦点に対して焦点Ｆ１または焦点Ｆ２と同じシーケンスで変位生成用送波ビームを照射する（例えば，４つの焦点に対して，端から順に図１７の焦点Ｆ１のシーケンス，焦点Ｆ２のシーケンス，焦点Ｆ１のシーケンス，焦点Ｆ２のシーケンス）ことも可能である。
　さらに，切替え周期を固定して，焦点間の距離ｄを変化させて測定する方法も考えられる。この方法では，変位生成用送波ビームの集束位置を変化させることができるので，生体内の温度上昇が小さくなり，安全な測定が可能となる。
　また，バーストの切替え周波数ｆｍを切替えてビームを送信する代わりに，複数のｆｍを含むランダム波を用いることにより，変位生成用送波ビームの照射，および変位検出用ビームの送受信を１回とすることもできる。ずり波の変位計算後にスペクトル解析を行い，複数のｆｍに対する変位を計算する。これにより，測定時間を短くすることができる。
　これまで，組織構造に起因する音速の不均一性の評価方法としてバーストチャープ法を適用することについて説明した。バーストチャープ法は，組織構造に起因する音速の不均一性があると判定され，具体的なずり波速度を推定する際に適用することも可能である。例えば，測定するＲＯＩ内に２つの異なるずり波速度を持つ構造物が混ざっており，実施例２の数式１から計算されたパラメータを用いてずり波速度ｃ１，ｃ２が推定されたとする。その際，より高精度な測定をするためにバーストチャープ法が適用される。まず，ずり波速度ｃ１とｃ２に対応するＴＭ１とＴＭ２が数式３から計算される。次に，ＴＭの付近の切替え周期とで細かいΔＴを設定し，より詳細なＴＭの値を求めることにより，より精密なずり波速度ｃ１とｃ２を測定することができる。なお，ずり波速度ｃ１とｃ２は実施例２の数式１から推定する他，本実施例におけるｆＭ（ｎ）＿ｃ１，および，ｆＭ（ｎ）＿ｃ２から推定することも可能である。
　実施例２のように，変位量の絶対値をフィッティング，ノイズ除去処理した後の波形に関して，半値幅，振幅値，ｆｍに関するパラメータを算出し，これらのパラメータ，もしくは複数のパラメータを用いて計算した値，任意の閾値などを用いて，不均一性に関する評価を行ってもよい。
　また，２つの異なる変位生成用送波ビームの照射の繰り返し周波数ＰＲＦｐ（１）とＰＲＦｐ（２）で周波数分散性に起因する音速の不均一性を評価する場合も同様に，上記と同様に変位量の絶対値とｆｍとの関係からスペクトル分布の幅を計算することが可能である。さらに，振幅に起因する不均一性の評価に適用してもよい。
　以上，本発明の実施例として，対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，前記対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，対象物からのエコー信号を受波し，超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，変位検出部は，検出したずり波変位の時間波形に基づき，対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する構成の超音波診断装置，並びに，超音波により対象物の診断を行う超音波診断装置であって，対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，対象物からのエコー信号を受波し，超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，変位生成部は，超音波集束ビームを生成する変位生成用送波ビーム生成部と，超音波集束ビームの周波数を設定するビーム周波数設定部を有し，変位検出部は，検出した前記ずり波変位に基づき，対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する構成の超音波診断装置を詳細に説明した。
　上記全ての実施例において，ずり波を生成する際，変位生成用送波ビームの代わりに，機械駆動（ＤＣモータ，振動ポンプなど），手動圧迫，電気パルスによる圧迫，血管や心臓等の体動等の周知の方法を用いてもよい。
　また，ステップＳ０４で設定するＲＯＩの大きさにおいて，ずり波伝搬方向の幅（この場合，方位方向の幅）は，ずり波の有効伝搬距離から決定されると記載した。また，測定するＲＯＩのずり波伝搬方向に垂直な幅（この場合，深さ方向の幅）は，変位生成用送波ビームの伝搬する方向，例えば図２では体内の深さ方向の音源の幅から決定されると記載した。別のＲＯＩの大きさの設定方法として，ＲＯＩの大きさを，ステップＳ０４で記載した大きさよりも大きく設定し，変位生成用送波ビームを照射する位置をずらしながらずり波を発生させることにより，スキャニングしながらＲＯＩ内の不均一性の検査することも可能である。
　また，リニアアレイ型の探触子の代わりに２次元探触子を使用してもよい。また，超音波探触子１の各素子は，例えばセラミック，高分子，シリコンなどの周知の圧電素子や静電素子を用いる。
　また，変位生成用送波ビームを伝搬方向に複数個所照射することによって，ずり波の仮想的な平面波を生成し，有効伝搬距離を長くすることも可能である。
　また，表示部５に表示された断層像内の不均一性を表す画像のピクセル情報（輝度値など）に対し，図示しない画像処理部において，周囲組織と均一度合いがことなる部分を画像処理により抽出して，病変組織（腫瘍）と推定される部位を画面上に示すようにしてもよい。周囲組織と均一度合いがことなる部分の抽出には，表示部５に表示される画像を用いる他，不均一性検知部２６で計算した不均一性を示す量に対して，同検知部で信号処理により抽出することも可能である。病変組織と判断された場所について，さらに，既存の機能診断手法（ドプラ法）などを用いて解析を行うようにしてもよい。
　上述した各種の実施例の測定対象は，例えば，肝臓，乳腺，血管，前立腺などが挙げられる。
１…超音波探触子，２…送受切替えスイッチ，３…中央制御部，４…デジタルスキャンコンバータ，５…表示部，１０…変位生成部，１１…変位生成用送波波形生成部，１２…焦点位置設定部，１３…変位生成用送波ビーム生成部，１４…ビーム周波数設定部 ，１５…ビーム時間設定部，２０…変位検出部，２１…変位検出用送波波形生成部，２２…変位検出用送波ビーム生成部，２３…変位検出用受波ビーム演算部，２５…検波部，２６…不均一性検知部，２８…硬さスペクトル計算部，１００…超音波探触子１の各素子。

Claims (15)

  1. 対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，
    前記対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，
    前記対象物からのエコー信号を受波し，前記超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，
    前記変位検出部は，検出した前記ずり波変位の時間波形に基づき，前記対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部は，前記ずり波の変位の時間波形から少なくとも２つの情報を得，得られた前記２つの情報から前記時間波形の幅を計算し，前記不均一性を評価する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  3. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性は前記対象物の構造に起因するずり波の音速の不均一性である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  4. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性は周波数分散性に起因するずり波の音速の不均一性である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  5. 請求項２に記載の超音波診断装置であって，
    前記ずり波の変位の時間波形から得られる前記２つの情報は，前記ずり波の変位の時間波形の積分値および最大振幅値である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  6. 請求項２に記載の超音波診断装置であって，
    前記ずり波の変位の時間波形から得られる前記２つの情報は，前記ずり波の変位の時間波形の半値幅および最大振幅値である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  7. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部は，前記ずり波のピークの数を計算し，前記不均一性を評価する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  8. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部は，
    前記ずり波の変位に対する空間的に微分演算を行う，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  9. 請求項１に記載の超音波診断装置であって，
    前記変位生成部は，前記超音波集束ビームの集束点を設定する焦点位置設定部を有する，ことを特徴とする超音波診断装置。
  10. 請求項９記載の超音波診断装置であって，
    前記焦点位置設定部は，前記対象物内の異なる位置に，前記超音波集束ビームの集束点を設定可能である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  11. 超音波により対象物の診断を行う超音波診断装置であって，
    前記対象物内からのエコー信号を送受信する超音波探触子と，
    前記対象物内に超音波集束ビームを放射して組織を変位させる変位生成部と，
    前記対象物からのエコー信号を受波し，前記超音波集束ビームにより生じるずり波変位の時間波形を複数の位置で検出する変位検出部とを備え，
    前記変位生成部は，前記超音波集束ビームを生成する変位生成用送波ビーム生成部と，前記超音波集束ビームの周波数を設定するビーム周波数設定部を有し，
    前記変位検出部は，検出した前記ずり波変位に基づき，前記対象物の不均一性を評価する不均一性検知部を有する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  12. 請求項１１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部は，前記ずり波の変位の時間波形から少なくとも２つの情報を得，得られた前記２つの情報から前記時間波形の幅を計算し，予め設定された閾値を用いて前記不均一性を評価する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  13. 請求項１１に記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部が評価する前記不均一性は，前記対象物の構造に起因する音速の不均一性，または周波数分散性に起因するずり波の音速の不均一性である，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  14. 請求項１１記載の超音波診断装置であって，
    前記不均一性検知部は，前記対象物の構造に起因する音速の不均一性を評価した後に，周波数分散性に起因するずり波の音速の不均一性を評価する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
  15. 請求項１１記載の超音波診断装置であって，
    前記変位生成部は，前記変位生成用送波ビーム生成部が生成する超音波集束ビームの照射ビーム時間を設定するビーム時間設定部を更に有し，
    前記変位検出部は，検出したずり波変位の時間波形に基づき，前記対象物の硬さのスペクトルを算出する硬さスペクトル計算部を更に有する，
    ことを特徴とする超音波診断装置。
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