WO2014103642A1

WO2014103642A1 - 超音波診断装置、及び弾性評価方法

Info

Publication number: WO2014103642A1
Application number: PCT/JP2013/082607
Authority: WO
Inventors: 吉川　秀樹; 玲衣浅見; 麻梨江田原
Original assignee: 日立アロカメディカル株式会社
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-07-03
Also published as: JP5771758B2; CN104203112A; JPWO2014103642A1; EP2939598A1; EP2939598A4; US20150148673A1; CN104203112B

Abstract

　せん断波の伝搬に伴う波面特性や散乱の影響を軽減した速度計測を行う超音波診断装置を提供する。探触子１１、超音波送受信部１３から第１の超音波であるバースト波を被検体に送信して放射圧を与え、この放射圧によって被検体内で生じたせん断波の伝搬に伴う被検体中の媒質の変位を、第２の超音波であるトラックパルス波を被検体に送受信することで検出する。超音波送受信部１３からの受信データを用いて制御部１２の弾性評価部１７は、被検体の深度方向に対して所定の角度θ（≠０）を有する単一のトラックパルス波によって、第１の深さにおけるせん断波の第１の到来時間と、第２の深さにおけるせん断波の第２の到来時間とを計測し、第１の到来時間と第２の到来時間の差に基づいてせん断波の伝搬速度を算出し、被検体の弾性情報を表示部１５に表示する。

Description

超音波診断装置、及び弾性評価方法

　本発明は、音響放射力を利用して被検体にせん断波を発生させ、その伝搬速度から被検体の弾性を評価する超音波診断技術に関する。

　超音波を利用した画像表示装置について、近年、横波（以降、せん断波と称する）を利用して組織の弾性率を評価する技術が注目されており、乳腺腫瘍や慢性肝疾患に対して臨床利用が進められている。この技術では、計測対象となる組織内部にせん断波を発生させ、発生したせん断波を超音波を利用して評価し、速度または硬さに関する物理量を算出する。組織のポアソン比を0.5として換算し、縦波速度は横波速度に比べて充分に大きいとすると、ヤング率は簡易的にE = 3ρVｓ²（E：ヤング率，ρ：密度，Vｓ：せん断波速度）の式で表わされる。

　せん断波を発生させる手法の一つとして放射力方式が挙げられる。放射力方式は、超音波を組織内の局所に集中させる集束超音波を利用して生体内に放射圧を加え、それに伴う組織変位によってせん断波を発生させる。この放射力方式に関連する先行技術文献として、特許文献１がある。特許文献１には、放射力方式において、より高精度のせん断波推定を実現するため、発生源の位置と検出位置との複数の異なる組み合わせから得られる変位プロファイルの相関を求め、送信位置と検出位置との種々の空間的な組み合わせによって得られる変位を使用して、せん断波情報を検出することにより、複数のラテラル位置ごとのせん断波速度を計算する技術が開示されている。

特開２０１２－８１２６９号公報

　組織を伝搬するせん断波は、媒質の粘性、構造の異方性、散乱に寄与する構造体の有無などにより複雑な特性を示す。例えば伝搬経路に血管がある場合、到達した波面は散乱や回折の影響により乱れ、速度の計測精度が低下する。そのため、せん断波の速度計測においては、速度計測に要する波面の伝搬距離は可能な限り短くして波面乱れを少なくし、かつ波面乱れが発生した場合でも安定した計測精度が得られる技術が求められる。

　本発明の目的は、波面乱れの影響を少なくした、高精度な超音波診断装置、及び弾性評価方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明においては、被検体に超音波を送受信する探触子と、探触子を介して、第１の超音波を被検体に送信して被検体内でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を被検体に送受信させる制御部とを備え、制御部は、第２の超音波に基づいて、被検体内で発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、第１の到達時間と第２の到達時間の時間差に基づいて、せん断波の伝搬速度を計測する速度計測部を有する構成の超音波診断装置を提供する。

　また、上記目的を達成するため、本発明においては、探触子から第１の超音波を被検体に送信して被検体内でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を被検体に送受信し、第２の超音波に基づいて、被検体内で発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、第１の到達時間と第２の到達時間の時間差に基づいて、せん断波の伝搬速度を計測して被検体の弾性評価を行う方法を提供する。

　本発明により、波面乱れの影響を少なくした、計測精度の高い超音波診断装置、及び弾性評価方法を提供することができる。

実施例１の超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。実施例１の超音波診断装置の機能説明図である。実施例１の評価位置の設定方法を説明する図である。実施例１の弾性評価方法の処理工程を説明するための図である。実施例１のトラックパルスの送信位置を説明する図である。各実施例の種々の処理数式を示す図である。実施例１の送信シーケンスを示す図である。実施例１の変位計測結果を示す図である。実施例１の到来時間の計測法を説明する図である。実施例１の近似曲線により到来時間を算出する方法を説明する図である。実施例１の表示部での表示形態の一例を示す図である。実施例２の到来時間を算出する方法を説明する図である。実施例２の領域を示す特徴点である重心を算出する処理工程を説明するための図である。実施例２の領域を示す特徴点である重心の算出を説明する図である。実施例２の表示部での表示形態の一例を示す図である。実施例２の領域を示す特徴点である重心を利用する効果を説明する図である。

　以下、本発明の各種の実施形態を図面に従い説明する。本明細書において、組織の「弾性情報」とは、歪、せん断波速度、縦波速度、ヤング率、剛性率、体積弾性率、ポアソン比、粘性率など、物質の変形や流動に関する物性値全般を意味することとする。

　以下、第１の実施例である超音波診断装置および弾性評価方法を、図１のブロック図、図２の機能説明図、図３の評価位置の設定方法を説明する図、図４の弾性評価方法の処理工程を説明するための図、図５のトラックパルスの送信位置を説明する図等を用いて説明する。本実施例は、被検体に超音波を送受信する探触子１１と、探触子１１を介して、第１の超音波を被検体に送信して被検体内でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を被検体に送受信させる制御部１２とを備え、制御部１２は、第２の超音波に基づいて、被検体内で発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、第１の到達時間と第２の到達時間の時間差に基づいて、せん断波の伝搬速度を計測する速度計測部２２を有する構成の超音波診断装置の実施例である。

　また、本実施例は、探触子１１から第１の超音波を前記被検体に送信して、被検体内でせん断波を発生させ、第２の超音波を被検体に送受信し、第２の超音波に基づいて、被検体内で発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、第１の到達時間と第２の到達時間の時間差に基づいて、せん断波の伝搬速度を計測することにより被検体の弾性評価を行う方法の実施例である。

　尚、本発明の内容は使用する探触子を特に限定しないが、本実施例では口径部が生体側に凸型に湾曲したコンベックス型の探触子を利用する場合を想定して説明を行なう。

　まず、図１を用いて本実施例で利用する高周波（ＲＦ）データおよび画像データの生成に関わる超音波診断装置の構成について説明する。図１に示すように、超音波診断装置１０は、制御部１２と超音波送受信部１３と表示部１５を備える。制御部１２は、処理部である中央処理部（ＣＰＵ）７と記憶部であるメモリ８からなる制御ユニット９と、データ処理部１４からなる。制御部１２の制御ユニット９の制御に基づき、送信パルス用の電気信号が超音波送受信部１３で生成される。超音波送受信部１３で生成された送信パルス用の電気信号が、Ｄ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換後、生体等の被検体の表面に接地させた探触子１１に送られる。探触子１１に入力された電気信号は内部に設置されたセラミック素子にて、電気信号から音響信号に変換され、被検体内に送信される。送信は複数のセラミック素子で行ない、被検体内の所定の深度で集束するように、各素子には所定の時間遅延が掛けられる。

　被検体内を伝播する過程で反射した音響信号は再び探触子１１にて受信され、送信時とは逆に電気信号に変換され、超音波送受信部１３内部の切替スイッチよりＡ／Ｄ変換器に送られ、デジタル信号に変換される。超音波送受信部１３では、複数の素子で受信した信号に対して、送信時に掛けた時間遅延を考慮した整相加算などの加算処理が行なわれ、減衰補正等の処理がなされた後、複素のＲＦデータとして制御部１２内のデータ処理部１４に送られる。

　データ処理部１４は、所定のプログラムの実行等により実現可能な、画像データ生成部１６と、後で図２を用いて詳述する弾性評価部１７を備える。データ処理部１４が超音波送受信部１３から取得したＲＦデータは、最終的に表示される画像データのうち、超音波の送受信方向に沿った特定の１ラインの要素データとなる。被検体に対する超音波の送受信を、探触子１１を構成するセラミック素子の配列方向に順次切り替えて実施することにより、２次元の画像データを構成する全てのＲＦデータが取得され、メモリに蓄積される。

　取得、蓄積されたＲＦデータは、データ処理部１４の画像データ生成部１６により２次元の画像データに変換される。具体的には、ゲイン制御、対数圧縮、包絡線検波、スキャンコンバージョンなど、普及している超音波診断装置で一般的に用いられている画像生成処理である。画像データ生成部１６で生成された画像データは表示部１５に表示される。この制御部９のデータ処理部１４も、処理部であるＣＰＵとプログラムやデータを記憶するメモリで構成できる。更に、このＣＰＵやメモリとして、上述した制御ユニット９のＣＰＵ７とメモリ８を用いることも可能である。

　次に、図２の機能説明図、図３の模式図、および図４のフローチャート他を利用して、本実施例のデータ処理部１４の弾性評価部１７において実施される弾性評価機能について説明する。

　図２において、図１と同一の符号は同一のものを示す。外部入力部１８は、術者が評価位置の座標情報を入力するものである。データ処理部１４は、制御部１２の制御に従い、或いはそれ自身で弾性評価部１７を実現する。弾性評価部１７は、術者により指定された評価位置にて放射圧を発生させ、伝搬するせん断波を利用して弾性を評価するものである。同図に示すように、弾性評価部１７は、超音波送受信部１３に対して、それぞれプッシュパルス条件、トラックパルス条件を設定するバースト波制御部１９、パルス波制御部２０を備える。また、超音波送受信部１３から得たＲＦデータを用いて、変位情報を生成する変位計測部２１、この変位情報から速度情報を生成する速度計測部２２、得られた速度情報に基づき、弾性評価結果として弾性情報を得る。

　評価位置の指定は、表示部１５に表示される被検体を含む画像データに対して、装置本体に備わるマウスやトラックボール等の外部入力部１８を利用して、術者が座標情報を入力する形で行なわれる。例えば図３の模式図のような形態で、術者が画像データ２６内の被検体２４の所望の位置の座標情報をポインタ２５で指定することにより、画像データ２６内における評価位置２７の座標（x₀、z₀）が確定する。ここでは直交座標系２３を想定し、xは横方向、zは縦方向を表わす。前述のように、弾性情報はせん断波の伝搬により得られる結果である。つまり、弾性の評価には、一定の領域が必要となる。したがって、評価位置２７（x₀、z₀）は放射力を発生させるプッシュ位置２８の座標であり、せん断波が伝搬する原点位置の座標でもある。

　確定した座標情報はデータ処理部１４に送られ、図４の工程１で、内部に備わる弾性評価部１７に入力される。続いて、工程２では、バースト波制御部１９により、入力された座標データに基づき、第１の超音波、すなわちプッシュパルスであるバースト波の送波条件が確定される。生体への影響がなく、効果的にせん断波を発生させる送波条件は、概ねFナンバ=1～2（口径の幅を焦点深度で割った値）の集束条件が適当であり、強度およびバースト長として強度は0.1～1kW/cm²、バースト長は100～1000μsの範囲が適している。ここで口径の幅は、実際には駆動するセラミック素子の範囲であり、素子間隔の離散的な値を取る。そして理想的な焦点領域を形成するため、各素子への印加電圧には口径重み（アポダイゼーション）が掛けられる。プッシュパルスの送信方向は、被検体の深度方向であるため、その送波条件である送信角度は零となる。

　好適には口径の中心から隅にかけて重みを減らすことにより、回折の影響による焦点領域の乱れを抑制する。但し、口径重みは強度を低下させる短所もあるため、評価位置が深部で減衰の影響が大きい場合には、領域形成よりも強度を優先させ、口径重みを軽くする場合もある。また、送信周波数は探触子１１の感度帯域の中心周波数近傍とするのが効果的である。第１の超音波として機能する、プッシュパルスであるバースト波の送波条件は直ちに超音波送受信部１３に送られ、探触子１１を介して生体内に照射される。

　続いて、工程３ではパルス波制御部２０により、第２の超音波、すなわちトラックパルスの送波条件が確定される。周波数、波数、Ｆナンバなどの音響パラメータは画像データを生成する時の条件とほぼ同じとなる。検査対象が腹部の場合、周波数は1～5MHz、波数は1～3波、Ｆナンバは1～2の条件が利用される。前述のように、第２の超音波として機能するトラックパルスは、せん断波の伝搬に伴う組織の変位を計測するために送受信するパルス波である。せん断波は伝搬に伴い急激に減衰する。そのため第２の超音波、すなわちトラックパルスの送信方向、送信角度は極めて重要な送波条件となる。このパルス波制御部２０において、弾性評価を実施する座標情報と想定するせん断波速度に基づき、トラックパルスの送信方向が確定する。また、本実施例のパルス波制御部２０において、トラックパルスの送信は特定の送信方向にのみ行ない、つまり計測地点をただ１つ設ける。

　図５を利用して、本実施例における第１の超音波であるプッシュパルス、第２の超音波であるトラックパルスの送信方向、送信角度の設定方法を説明する。図５には、曲率Ｒの探触子１１、プッシュ位置２８（x₀、z₀）にて発生する放射力Ｆ、そこから方位方向に伝搬するせん断波３０が模式的に示されている。また、放射力Ｆが作用する深度方向の幅をd（ｚ１～ｚ２）、第２の超音波であるトラックパルスの送信方向と、探触子１１の中心軸である深度方向、言い換えるなら放射力Ｆの作用方向とがなす角度をθ_n（θ_n≠０）とし、図示するように深度方向の幅dの範囲で形成される直角三角形の底辺をx_n、斜辺をd'とする。トラックパルスの送信方向２９は探触子を構成する素子幅の単位で離散的に切り替わるため、添え字のnは駆動素子の中心位置、つまりトラックパルスの送信方向を示す。この図から、x_nは各度情報であるθ_nを用いて、図６の数式１の正接として表わされる。先に説明した通り、プッシュパルス条件、トラックパルス条件は、弾性評価部１７のバースト波制御部１９、パルス波制御部２０から超音波送受信部１３に入力される。上記の送信方向の角度θ_nが零でないことは、制御部１２が、第２の超音波の送信方向を、第１の超音波の送信方向と異ならせるよう制御しているということができる。

　図２のバースト波制御部１９によってプッシュパルス条件が設定された第１の超音波であるプッシュパルスの放射力により発生したせん断波３０は、組織を深度方向（z方向）に変位させながら、プッシュパルスの送信方向を軸にしてほぼ円筒波状に伝搬する。深さ方向の伝搬範囲は概ね放射力が作用するdとなる。したがって、超音波送受信部１３からのＲＦデータを用いて、パルス波制御部２０によってトラックパルス条件が設定されたトラックパルスの送信方向にて、変位計測部２１が変位計測を実施する場合、プッシュ位置から伝搬するせん断波３０は、最初に深度z₁にて計測され、続いて深度z₂にて計測される。したがって、z₁およびz₂におけるせん断波３０の第１、第２の到来時間を計測すれば、その時間差Δtと距離x_nから、速度計測部２２はせん断波速度V_sを算出できる。

　すなわち、制御部１２は、第１の到達時間と第２の到達時間が計測される、被検体内の深度を異ならせるよう制御する。また制御部１２は、第１の到達時間を計測する被検体内の深度に比較し、第２の到達時間を計測する被検体内の深度を深くするよう制御しているということができる。

　超音波送受信部１３によるトラックパルスを形成するパルス群の送受信は、一定の繰返し時間(Pulse reputation time : PRT)で行なわれる。したがって、このPRTが変位計測における時間分解能となる。このことから、時間差Δtを計測する上では、図６の数式２の条件を満たす必要があり、この式は同時にx_nが満たすべき条件を示している。ここでVsは組織のせん断波速度であるから、計測の際には予め対象とする速度範囲を想定する必要がある。例えば肝臓組織の線維化を評価する場合、Vsの範囲は1～5m/s程度になる。乳癌の場合には更に速度は高く、想定する最大速度は10m/sとなる。

　図６の数式１、および数式２から、トラックパルスの送信方向、送信角度θ_nは、図６の数式３の条件を満たす形で設定される。せん断波は、伝搬する過程で減衰や散乱の影響を受けることから、この影響を最小限にするために数式３を満たす最小値が設定される。例えば、深度5cmの位置にて肝硬変（V_s=4m/s）を想定し、Fナンバ1のプッシュパルス（d=10mm）、PRT=0.25msのトラックパルスで計測する場合、トラックパルスの送信方向はθ_n =0.1radとなる。パルス波制御部２０が設定する以上のトラックパルスの条件に基づき、図１の超音波送受信部１３から探触子１１を介して所定の方向θ_n（θ_n≠０）に、一連のパルス群からなるトラックパルスが送信される（工程５）。

　図７に、本実施例の装置における弾性評価部１７のバースト波制御部１９、パルス波制御部２０が設定した、第１の超音波であるプッシュパルスと、第２の超音波であるトラックパルスの送信シーケンスの一例を示す。トリガ信号３１は、工程１にて評価位置の座標が入力されると、直ちに制御部１２の制御ユニット９からデータ処理部１４に送られる電気信号である。このトリガ信号３１の入力と同時に、弾性評価部１７のバースト波制御部１９、パルス波制御部２０において、第１の超音波のプッシュパルス条件、第２の超音波のトラックパルス条件が決定され、これらの条件に基づき超音波送受信部１３から、第１の超音波であるバースト長Ｔのプッシュパルス３２が送信され、続いて第２の超音波であるトラックパルス３３を構成する一連のパルス群が所定のPRTで送受信される。トラックパルス３３はトリガ信号３１の入力と同時に、つまりプッシュパルス３２と同時に送受信を開始してもよい。この場合、プッシュパルス３２の照射中は雑音が受信されるため変位計測は困難であるが、照射の前後のＲＦデータを確実に取得できる利点がある。

　図７に示したように、トリガ信号３１入力、第１の超音波である、1回のプッシュパルス３２送信、第２の超音波である、複数個のパルス群からなるトラックパルス３３の送受信の一連のシーケンスにより、図２の変位計測部２１で変位情報を得、速度計測部２２において、この変位情報からせん断波速度の計測結果が算出される。そして、この図７に示したトリガ信号３１、プッシュパルス３２、及びトラックパルス３３からなる一連のシーケンスを複数回繰り返すことで、複数の計測結果が得られ、それら複数の計測結果の標準偏差などの統計値を算出し、計測精度を示すひとつの情報として表示部１５に表示することも可能である。この精度は、図１１の説明の際に例示する。

　トラックパルス３３の送信により取得される生体からの反射信号は、探触子１１を介して超音波送受信部１３に送られ、上述した通り複素のＲＦデータが生成される。図２に示すように、ＲＦデータはデータ処理部１４の変位計測部２１に入力され、図４の工程６として、せん断波の伝搬に伴う組織変位が計測され、変位情報を得る。変位計測部２１の変位計測機能は、PRTの時間間隔で取得したＲＦデータ間による複素相関演算により実施される。この場合、単位時間における変位として粒子速度が算出される。プッシュパルスの送波前のＲＦデータを基準に、変位の絶対値を算出する方式もあるが、粒子速度は、探触子の振れや生体組織の自然な動きに伴う低周波成分を除去し、せん断波を高感度に計測する効果がある。そこで本実施例においては、変位計測部２１においては粒子速度を用いて変位情報を得る。また、本実施例の変位計測部２１においては、変位計測を実施する空間的な範囲は、バースト波制御部１９において定められるプッシュパルスの送波条件に基づいて確定し、また、時間的な範囲は、パルス波制御２０において定められるトラックパルスの送波条件に基づき、確定する。

　演算は取得した全てのＲＦデータに対して行なわれ、算出された変位情報に基づいて、工程７として速度計測部２２にてせん断波の速度が計測され、速度情報が決定される。そして、工程８において、速度計測部２２にて決定された速度情報に基づき弾性評価結果として弾性情報が得られる。

　図８に、本実施例において、変位計測部２１で得られる変位データ、変位情報の一例を示す。すなわち、トラックパルスの送信方向における変位計測の結果として、変位情報である、正側の変位３４、負側の変位３５の一例を示す。同図において、縦軸は深度方向の距離、横軸は時間である。ここで、時間的に先行して現れる正側の変位３４に着目すると、図５に示す直角三角形の上端（座標：z₁、到来時間：t₁）から下端（座標：z₂、到来時間：t₂）に掛けて到来時間が遅れている様子が判る。本実施例における変位計測はトラックパルスの送信方向に沿って実施されるため、図８のグラフ縦軸においてz₁-z₂の距離はdとなる。上端および下端の座標（z₁,z₂）は、プッシュ位置と伝搬範囲dから、z₁=z₀-d/2, z₂=z₀+d/2となる。本実施例においては、z₁およびz₂におけるせん断波の到来時間を算出する方法は、変位の最大値または最小値を利用する方法である。

　図９に、図８の深度z₁とz₂における変位データの１次元プロファイルである変位計測結果３６、３７を示す。正の変位３４に注目して各変位プロファイルの最大値を取る時間を計測することで、各深度におけるせん断波の到来時間（t₁,t₂）が算出される。この到来時間（t₁,t₂）を算出する際に利用する変位プロファイルの特徴量としては、他にも最小値、最大値と最小値の中間値など、変位プロファイルから一意に決定される指標であれば、特に限定されない。計測した到来時間（t₁,t₂）と方位方向の距離（x_n）からせん断波速度Vsが、図６の式４に基づき算出される。

　図１０に、変位データ、変位情報から到来時間（t₁,t₂）を算出する別の方法を示す。到来時間（t₁,t₂）を算出する別の方法として、計測に利用する範囲（z₁ ～z₂）に複数の計測点を設けて例えば最大値を利用して各計測点における到来時間を算出する。算出した複数の距離と到来時間の組み合わせを利用して、図１０に示すように１次元の近似直線を算出する。この近似直線とz=z₁およびz=z₂の交点から到来時間（t₁,t₂）を算出することができる。

　先に述べた様に、本実施例においては、図４の最後の工程８において、組織の弾性情報が評価される。ここでは、組織の弾性情報は、歪、せん断波速度、縦波速度、ヤング率、剛性率、体積弾性率、ポアソン比、粘性率など、物質の変形や流動に関する物性値全般を指している。実施例１では組織の弾性情報として、せん断波速度に関して詳細を述べたが、計測した変位から歪に換算してもよく、またせん断波を周波数解析することにより粘性等の情報を得ることも可能である。

　図１１に本実施例の表示部１５における表示形態の一例を示す。この表示部１５は、画像データ、あるいはせん断波の伝搬速度を表示したり、また後で説明する、変位情報である変位データと重心等を表示するために用いられる。すなわち、評価した弾性情報は表示部１５に送られ、評価結果として、図３で説明した画像データ２６、図８に示した変位情報と共に術者に提示される。図１１に見るように、被検体と弾性情報の評価位置を示す画像データ２６と共に、図８で説明した変位情報を示す変位計測結果４０、精度（±７％）を含むせん断波速度やヤング率などの弾性情報の評価結果３９が表示される。この精度は、先に説明した通り、同一箇所、同一角度で図７のシーケンスを繰り返すことにより複数回計測した結果の標準偏差などの統計値であり、一般的に利用される評価方法で算出される。弾性情報の評価結果３９中のヤング率は、上述の通り、E = 3ρVｓ²（E：ヤング率，ρ：密度，Vｓ：せん断波速度）により、せん断波速度から導出される弾性情報である。

　以上説明した実施例１においては、使用する探触子をコンベックス型に限定して説明を記載したが、本実施例の本質はせん断波の伝搬方向とトラックパルスの送受信方向に、角度情報に従い所定の角度を設けることにあり、使用する探触子の種類を特に限定しない。例えばリニア型の探触子であっても、トラックパルスの送受信方向を、角度情報に従い所定の角度方向に電子的に制御して変更することで、同じ装置構成と同じ処理工程にて弾性評価が可能である。

　以上説明した実施例１の装置、あるいは方法により、せん断波の速度計測に必要な波面の伝搬距離を短くし、波面乱れの影響の低減が期待できる。また、計測位置を単一化することによる時間分解能の向上が期待できる。更に、計測精度と再現性を両立したせん断波速度の計測方法が確立し、高い診断能を持つ超音波診断装置が実現可能となる。

　続いて、第２の実施例の超音波診断装置、及び弾性評価方法について説明する。本実施例は、被検体に超音波を送受信する探触子１１と、探触子１１を介して、第１の超音波を被検体に送信して被検体内でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を被検体に送受信させる制御部１２とを備え、制御部１２は、第２の超音波に基づいて、被検体内を分割した複数の分割領域において、第２の超音波によって得られる変位データそれぞれについて、計測位置と到来時間に基づき、複数の分割領域を示す特徴点４１、４２を算出し、算出した複数の分割領域を示す特徴点を用いて、発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、第１の到達時間と第２の到達時間の時間差に基づいて、せん断波の伝搬速度を計測する速度計測部２２を備える構成の超音波診断装置の実施例である。

　また、本実施例は、探触子から第１の超音波を被検体に送信して、被検体内の複数の分割領域でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を被検体に送受信し、第２の超音波によって得られる分割領域での変位データそれぞれについて、計測位置と到来時間に基づき、分割領域を示す特徴点を算出し、これら複数の分割領域を示す特徴点を用いて、せん断波の伝搬速度を算出して被検体の弾性評価を行う方法の実施例である。

　本実施例の特徴は、伝搬に伴うせん断波の波面の散乱等の影響をより軽減することを可能とする点にある。すなわち、領域を示す特徴点、せん断波の波面を捉える特徴量として、重心等を利用することにより波面の散乱等の影響を軽減する実施例である。本実施例において、被検体の検査対象を複数の領域に分割し、各領域において第２の超音波であるトラックパルスによって得られる変位データを用いて分割領域を示す特徴点として算出し、複数の分割領域を示す特徴点間における到来時間の差に基づき、せん断波の伝搬速度を算出して弾性評価を行う。

　なお、本実施例においては、図１に示した探触子および超音波診断装置で構成される装置の全体構成、図２に示す各機能構成と情報の流れ、図４の工程１から工程６に示した、第１の超音波であるプッシュパルスの送信から変位計測に至る処理内容は、実施例１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

　図１２に、実施例２において利用する変位データ、変位情報の一例を示した。すなわち、分割領域を示す特徴点、言い換えるなら波面を捉える特徴量として、分割された各領域の重心を算出し、これら重心を利用し、到来時間を計測する例を模式的に示した。本実施例の速度計測においては、図１２に示す変位の計測結果である変位データから、正側または負側のみを抽出し、この２次元波面を剛体として捉える。すなわち、変位を重量に置き換えて波面の重心に着目することにより、例え波面が乱れた場合においても安定して到来時間を計測でき、伝搬に伴うせん断波の波面の散乱等の影響を軽減することを可能とする。以下、図１２中の正側の変位を抽出した場合について説明する。

　図１３に本実施例の処理工程の一例を示す。まず工程２１にて被検体の検査対象を、領域分割する。分割領域の数は特に限定しないが、例えば図１２に示すように計測位置を中心（z＝z_０）に上下に２分割する方法が最も簡易な領域分割である。続いて工程２２では、計測に利用する全範囲（z₁～z₂）において、深度毎の変位最大値と到来時間を算出する。次に、工程２２にて計測した最大変位と到来時間を利用して、分割した上部波面と下部波面それぞれの領域を示す特徴点である重心４１、４２を算出する（工程２３）。領域を示す特徴点の一例である重心４１、４２の計算は図６の数式５で行なう。数式５において、(d、u_d、t_d)は深度、最大変位、到来時間を示す。

　図１４には、波面を剛体として捉え、この波面を捉える特徴量、すなわち領域を示す特徴点として重心を計算する場合の模式図を示す。深度d₁からd_nまでn点の各深度にて最大変位４４（u_d）と到来時間t_dを計測する。この計測結果を図６の数式５に代入することで、重心位置が求まる。各領域における重心４１、４２を求めた後、図１２に示すように各重心４１、４２を結ぶ近似直線４３が最小二乗法等の一般的に知られるフィッティング方式により算出され（工程２４）、この近似直線４３と（z₁、z₂）との交点から到来時間（t₁、t₂）が算出される（工程２５）。

　領域を示す特徴点として重心を利用する本実施例によれば、せん断波の伝搬過程で生じる散乱等の影響により波面が乱れる場合、または局所的に変位が消失する場合であっても、波面全体を包括的に捉えた到来時間の算出が可能であり、計測精度が向上する。

　また、本実施例の弾性評価方法では、到来時間の算出において変位の大きさを考慮しており、信頼性が高い高感度な変位計測結果に重み付けをした算出結果である。したがって、領域を２分割でなく３つ以上に領域分割し、算出した３つ以上の重心のうち、例えば値が大きい上位数点の結果のみを利用してフィッティング処理を実施することで、より高い精度での計測が実現する。
以上の処理により、分割領域の重心を用いて到来時間が算出された後は、実施例１と同様にせん断波速度の算出がなされ、弾性評価により求めた弾性に関する情報が表示部１５に送られ、術者に提示される。

　図１５に本実施例における表示形態の一例を示す。表示部１５の表示画面は、組織形状や計測位置を示す画像データ２６、図１２に示したせん断波の変位データと重心などの変位計測結果４５、せん断波速度等の数値を示す評価結果４６から構成される。解析方法は本画面上で修正でき、例えば重心を算出する分割領域等は装置に供えられている、図２に示したキーボード等の外部入力部１８で数値を入力することにより実行され、即座にせん断波計測結果および評価結果に反映することができる。また、実施例１同様、図７に示す送波シーケンスを複数回繰り返すことにより、同一計測位置において複数回の計測が実行された場合、実施例１同様、結果の精度である標準偏差（±７％）などの統計値が評価結果に表示される。また、フィッティング処理の際に、サンプル点と近似直線との誤差を算出することで、波面の乱れの程度を定量的に評価できるため、計測の信頼度を示す指標を設けて、数値表示することも高精度な計測を実施する上で効果的である。信頼度を示す指標としては、フィッティングに利用した重心の値も効果的である。

　図１６は、本実施例の方式、構成により重心を利用することの効果を説明するための図である。同図は図１２と同様に、深度方向の距離と各深度における変位の時間変化を図式化したものである。第２の超音波であるトラックパルスの経路に対して平行にせん断波が到来する場合、全ての深度で到来時間は同じになる。しかしながら、図１６の上部に示すように、散乱による波面の乱れが発生すると、深度毎の到来時間の計測結果に誤差が発生するだけでなく、深度によっては波面が消失し、到来時間が計測されない。これに対し、図１６の下部に示すように、波面を破線４７で示すように一つの領域として包括的に捉える本実施例の場合、波面の乱れの影響を軽減した計測が実現する。例え波面が消失する深度が発生した場合でも、その変位（剛体での質量）は周囲に比べて充分低い値であり、本実施例で利用する領域を示す特徴点である重心の位置に与える影響は軽微である。

　図１５の評価結果４６中に示した信頼度に関しては、例えば、ゲルファントム等を利用して、予め送波条件と媒質の硬さに対応する変位や重心の値を参照値として計測し、装置本体の制御部１２内のメモリ等に記憶させておけば、この数値と計測結果の比率により、計測結果が理想条件から如何に離れているかを評価することが可能となる。

　以上説明した実施例２においても、使用する探触子をコンベックス型に限定して説明を記載したが、本実施例の本質は波面を剛体的に捉え、その重心位置を波面計測の特徴量として計測することにある。したがって、使用する探触子は特に限定されない。例えばリニア型の探触子であっても、トラックパルスの送受信方向を所定の角度方向に電子的に制御して変更することで、同じ装置構成と同じ処理工程にて弾性評価が可能である。

　また、せん断波の伝搬方向に複数の変位計測位置を設定する場合でも、本実施例の重心を利用する方式は適用できる。計測位置を複数設ける場合、変位計測の結果も計測位置の数だけ得られる。各結果に対して重心を波面を捉える特徴量、領域をしめす特徴点として算出することで、各計測位置における波面の到来時間が算出され、せん断波速度の計測が実施される。

　以上説明した実施例２では、波面を捉える特徴量、あるいは領域を示す特徴点として重心を利用する場合を説明したが、例えば、波面の最小値、最大値、中間値、平均値、２階微分処理による変曲点等、波面の位置を一意に決める特徴量であれば、上述の実施例で説明した波面を捉える特徴量、領域を示す特徴点としての処理が可能である。本実施例によれば、伝搬に伴うせん断波の波面の散乱等の影響をより軽減することを可能とする超音波診断装置、及び弾性評価方法を提供することが可能となる。

　以上詳述した本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成し、各機能をプログラムの実行により実現する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。

７　処理部（ＣＰＵ）
８　記憶部（メモリ）
９　制御ユニット
１０　超音波診断装置
１１　探触子
１２　制御部
１３　超音波送受信部
１４　データ処理部
１５　表示部
１６　画像データ生成部
１７　弾性評価部
１８　外部入力部
１９　バースト波制御部
２０　パルス波制御部
２１　変位計測部
２２　速度計測部
２３　直交座標系
２４　被検体
２５　ポインタ
２６　画像データ
２７　評価位置
２８　プッシュ位置
２９　トラックパルス送信方向
３０　せん断波
３１　トリガ信号
３２　プッシュパルス
３３　トラックパルス
３４　正側の変位
３５　負側の変位
３６　深度z1の変位計測結果
３７　深度z2の変位計測結果
３８、４３　近似曲線
３９、４６　評価結果
４０、４５　変位計測結果
４１、４２　重心
４４　深度ｄにおける最大変位
４７　重心を計測する領域。

Claims

被検体に超音波を送受信する探触子と、
前記探触子を介して、第１の超音波を前記被検体に送信して前記被検体内でせん断波を発生させると共に、第２の超音波を前記被検体に送受信させる制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第２の超音波に基づいて、前記被検体内で発生したせん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、前記第１の到達時間と前記第２の到達時間の時間差に基づいて、前記せん断波の伝搬速度を計測する速度計測部を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第１の到達時間と前記第２の到達時間が計測される、前記被検体内の深度を異ならせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第１の到達時間を計測する前記被検体内の深度に比較し、前記第２の到達時間を計測する前記被検体内の深度を深くする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第２の超音波の送信方向を、前記第１の超音波の送信方向と異ならせる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第２の超音波を、前記被検体の深度方向に対し、所定角度θ（θ≠０）で照射する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第１の超音波としてバースト波を用い、前記第２の超音波として複数のパルス群からなるトラックパルスを用いる、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記被検体の画像データ、あるいは前記伝搬速度を表示する表示部を更に備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項７に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記第１の超音波の前記被検体への送信と、前記第２の超音波の前記被検体に対する送受信を繰返し、得られる複数の前記せん断波の伝搬速度の統計値を算出し、
前記表示部は、前記統計値を表示する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項７に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記被検体内を複数の分割領域に分割し、複数の前記分割領域において、前記第２の超音波によって得られる変位データそれぞれについて、計測位置と到来時間に基づき、複数の前記分割領域それぞれの領域を示す特徴点を算出し、
前記領域を示す特徴点を用いて、前記第１の到来時間と前記第２の到来時間とを計測する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項９に記載の超音波診断装置であって、
前記制御部は、
前記領域を示す特徴点として、前記分割領域の重心を用い、
前記表示部は、前記変位データと前記重心を表示する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
探触子から第１の超音波を被検体に送信して前記被検体内でせん断波を発生させ、
第２の超音波を前記被検体に送受信し、前記第２の超音波に基づいて、前記被検体内で発生した前記せん断波の第１の到達時間と第２の到達時間とを計測し、前記第１の到達時間と前記第２の到達時間の時間差に基づいて、前記せん断波の伝搬速度を計測して前記被検体の弾性評価を行う、
ことを特徴とする弾性評価方法。
請求項１１に記載の弾性評価方法であって、
前記第２の超音波を、前記被検体の深度方向に対し、所定角度θ（θ≠０）で照射し、前記第１の到達時間と前記第２の到達時間を、前記被検体内の異なる深度で計測する、
ことを特徴とする弾性評価方法。
請求項１１に記載の弾性評価方法であって、
前記第１の超音波の前記被検体への送信と、前記第２の超音波の前記被検体に対する送受信を繰返し、得られた複数の前記せん断波の伝搬速度の統計値を算出する、
ことを特徴とする弾性評価方法。
請求項１１に記載の弾性評価方法であって、
前記被検体内の複数の分割領域で前記せん断波を発生させると共に、前記第２の超音波によって得られる、複数の前記分割領域での変位データそれぞれについて、前記分割領域を示す特徴点を算出し、算出した複数の前記分割領域を示す特徴点を用いて、前記せん断波の伝搬速度を算出する、
ことを特徴とする弾性評価方法。
請求項１４に記載の弾性評価方法であって、
前記分割領域を示す特徴点として、前記分割領域の重心を用いる、
ことを特徴とする弾性評価方法。