WO2015029651A1 - 超音波診断装置および弾性評価方法 - Google Patents

超音波診断装置および弾性評価方法 Download PDF

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WO2015029651A1
WO2015029651A1 PCT/JP2014/069484 JP2014069484W WO2015029651A1 WO 2015029651 A1 WO2015029651 A1 WO 2015029651A1 JP 2014069484 W JP2014069484 W JP 2014069484W WO 2015029651 A1 WO2015029651 A1 WO 2015029651A1
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WO
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shear wave
diagnostic apparatus
unit
ultrasonic diagnostic
measurement
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PCT/JP2014/069484
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English (en)
French (fr)
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玲衣 浅見
吉川　秀樹
麻梨江 田原
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日立アロカメディカル株式会社
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    • A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
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    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
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    • G16H50/30—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment
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    • A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasound imaging technique for acquiring information inside a subject non-invasively using ultrasound, and more particularly to an elastography technique for imaging tissue hardness.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus is a medical image apparatus that irradiates an ultrasonic wave from outside the body and images a signal reflected back from the body based on elapsed time and signal intensity. Since ultrasonic waves have the property of being reflected according to Snell's law at interfaces with different acoustic impedances, the structure of the tissue is depicted by visualizing the difference in acoustic impedance that is slightly different depending on the tissue in the living body.
  • Tissue hardness is closely related to lesions and provides important information for diagnosis.
  • radiation pressure elastography in which shear wave is generated and shear rate is measured from displacement caused by propagation of the shear wave to obtain tissue hardness.
  • Young's modulus E which is an index of hardness
  • ⁇ density
  • Vs shear wave velocity
  • the shear wave is generated by irradiating focused ultrasound to one point and applying radiation pressure to the tissue.
  • the pulse to be applied is called a radiation pressure generation pulse (push pulse).
  • the displacement of the shear wave generated by the push pulse is detected by a shear wave detection pulse (track pulse).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in the measurement of the shear wave velocity of radiation pressure elastography, the degradation of measurement accuracy and reproducibility due to prolonged measurement time is reduced, and it has a high diagnostic ability.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of acquiring a sound wave image.
  • information on the movement (variation) of the measurement region is extracted from the echo signal generated by the irradiation of the track pulse while detecting the shear wave, and is provided as reliability information indicating the reliability of the measurement result.
  • the factor of fluctuation is specified from the extracted information and presented to the user.
  • weighting is performed with reliability information when averaging the measurement results of a plurality of times.
  • the present invention in radiation pressure elastography, deterioration of measurement accuracy and reproducibility due to prolonged measurement time is reduced, and an ultrasonic image having high diagnostic ability can be acquired.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • (a) is explanatory drawing for demonstrating the B-mode image example of embodiment of this invention
  • (b) is an expansion of the measurement area
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the change of the depth direction of a correlation coefficient in the measurement area
  • (a) is explanatory drawing for demonstrating the example of a B mode image of the imaging region of embodiment of this invention.
  • (b)-(d) is explanatory drawing for demonstrating the change of the correlation coefficient by non-shear wave fluctuation
  • shear wave velocity described in this specification refers to the propagation velocity of the shear wave.
  • tissue properties such as strain, Young's modulus, viscosity, and bulk modulus based on the shear wave velocity.
  • FIG. 1 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 of the present embodiment.
  • focused burst ultrasonic waves for irradiating (transmitting) radiation pressure to a measurement region of a subject and generating shear waves
  • Radiation pressure elastography method that measures the transmission of pulsed ultrasonic waves (hereinafter referred to as track pulses) that detect the propagation of shear waves generated by transmission, and obtains the propagation speed of shear waves as the nature of the tissue in the measurement region I do.
  • track pulses pulsed ultrasonic waves
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 extracts information on the movement (variation) of the measurement region from the echo signal of the track pulse, and informs the user as a guideline on the reliability of the information obtained by the radiation pressure elastography. provide. Moreover, the factor of fluctuation is specified from the extracted information on fluctuation and presented to the user. Furthermore, the information regarding the fluctuation is also used for the weighting at the time of the above averaging.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes a transmission / reception beamformer 110, a sequence control unit 120, a transmission condition setting unit 130, an image generation unit 140, and an elasticity evaluation unit 150, as shown in FIG. And comprising.
  • a probe 160, an input device 170, and a display device 180 are connected to the ultrasonic diagnostic apparatus 100.
  • the transmission / reception beamformer 110 transmits a transmission beam to the probe 160 and receives an echo signal received by the probe 160 in accordance with an instruction from the sequence control unit 120.
  • an electrical signal of an ultrasonic pulse transmitted from each element of the probe 160 is generated.
  • the generated electrical signal is converted into an analog signal by a D / A converter included in the transmission beamformer, and then sent to the probe 160 to irradiate the subject.
  • the signal reflected from the interface with different acoustic impedance in the process of propagating through the subject is received by the probe 160 as a reception echo signal, converted into a digital signal through a process reverse to that at the time of transmission, and phased.
  • Addition processing such as addition is performed, and after processing such as attenuation correction, it is converted into complex RF data.
  • the sequence control unit 120 determines the timing of transmitting an ultrasonic pulse, the timing of receiving an echo signal, the characteristics of the transmitted ultrasonic pulse, and the like as a pulse sequence according to the imaging conditions set via the transmission condition setting unit 130. . Then, according to the determined pulse sequence, the transmission / reception beam former 110 is controlled to perform measurement. In this embodiment, radiation pressure elastography is executed. For this reason, the sequence control unit 120 according to the present embodiment generates a pulse sequence so as to perform measurement for transmitting a push pulse, repeatedly transmitting a plurality of track pulses, and receiving an echo signal by the track pulse. .
  • the transmission condition setting unit 130 detects a push pulse transmission condition in the measurement region and a shear wave generated in the region according to a position (hereinafter referred to as a measurement region) where the shear wave received from the user is generated. To set the track pulse transmission conditions.
  • the transmission conditions to be set include sound pressure parameters such as a focusing position, a transmission angle, a burst length, a voltage, a frequency, and a transmission aperture.
  • FIG. 2 (a) and 2 (b) are diagrams for explaining the concept of push pulse and track pulse transmission.
  • FIG. 2A is an example of the B-mode image 210
  • FIG. 2B is an enlarged view of the measurement region 220 in the B-mode image 210.
  • An arrow 234 is the depth direction.
  • the shear wave 221 due to the radiation pressure generated at the focal point 222 of the push pulse in the measurement region 220 propagates through the tissue.
  • a track pulse is transmitted to detect this shear wave. For this reason, the track pulse is continuously transmitted during the propagation time of the shear wave at the shortest with respect to one push pulse.
  • the transmission condition of the push pulse is set so that the push pulse is transmitted to a desired position 222 in the designated measurement region 220, and the transmission condition of the track pulse is that the shear wave 221 generated by the push pulse is the echo signal. Is set so that measurement is possible.
  • the number of transmissions in one measurement, the number of repetitions, the transmission position of a plurality of track pulses for each repetition, and the like are also set as transmission conditions.
  • the image generation unit 140 receives the complex RF data obtained by the transmission / reception beamformer 110 according to the control of the sequence control unit 120, and generates a tomographic image.
  • the image generation unit 140 plots the luminance value of the RF data obtained from one echo signal (beam) in the depth direction according to the received time. By arranging this for a plurality of beams in the long axis direction of the probe 160, two-dimensional information is accumulated, and a tomographic image is generated from the accumulated information.
  • the generated tomographic image is displayed on the display device 180.
  • the number of beams in the major axis direction of the probe 160 affects the imaging frame rate.
  • several tens to several hundreds of beams are usually used to acquire one B-mode image.
  • the probe 160 may be any probe 160 capable of transmitting and receiving the above-described shear wave measurement sequence, and is preferably a linear, convex, or sector-shaped 1D array probe, or three-dimensional imaging. For example, a 1.5-dimensional or 2-dimensional array probe is used.
  • the elasticity evaluation unit 150 obtains information on the hardness of the tissue in the measurement region 220.
  • the shear wave generated by the transmission of the push pulse is detected, and the velocity (shear wave velocity) is obtained to obtain information indicating the hardness of the tissue.
  • the shear wave velocity is calculated from the displacement caused by the propagation of the shear wave.
  • the elasticity evaluation unit 150 of this embodiment calculates information (reliability information) indicating the reliability of the obtained shear wave velocity and presents it to the user.
  • the elasticity evaluation unit 150 of the present embodiment includes a correlation calculation unit 151, a shear wave detection unit 152, a velocity calculation unit 153, a fluctuation evaluation unit 154, and an addition average.
  • the correlation calculation unit 151 performs a correlation calculation in the time direction on the RF data obtained from the received echo signal.
  • the RF data is complex RF data
  • complex cross-correlation calculation is performed.
  • the complex cross-correlation calculation may be performed between temporally adjacent RF data, or may be performed between the reference RF data by determining the reference RF data.
  • the shear wave detection unit 152 repeats a plurality of shear wave detection pulses (track pulses) with the shear wave generated at the focus of the push pulse by transmitting burst ultrasonic waves (push pulses) focused on the subject 101. Detection is performed using a received echo signal obtained by transmission.
  • the peak of the shear wave is detected from the complex cross-correlation result in the correlation calculation unit 151, and the detection position and the detection time are obtained.
  • optimal filter processing is performed on the complex cross-correlation result before peak detection.
  • the velocity calculation unit 153 calculates a shear wave velocity that is a propagation velocity of the shear wave.
  • the shear wave velocity is calculated from the time, position, and shear wave generation position at which the peak of the shear wave is detected. Specifically, it is calculated from the focus of the push pulse and the transmission position of the track pulse where the peak of the shear wave is observed.
  • the fluctuation evaluation unit 154 evaluates the fluctuation of the measurement region 220 including the shear wave propagation region, and obtains the evaluation result as reliability information indicating the reliability of the shear wave velocity.
  • the variation of the object to be evaluated is a variation that affects the measurement accuracy and reproducibility of the radiation pressure elastography. In the present embodiment, first, a region in which the variation is detected is specified in the measurement region 220, and the variation of the tissue at a predetermined position (evaluation position) in the region is evaluated.
  • the shear wave itself to be measured in the radiation pressure elastography is also obtained by measuring the weak movement of the tissue. Accordingly, it is necessary to distinguish between the movement due to the shear wave of the measurement target and the fluctuation that affects the measurement accuracy and reproducibility, and detect only the latter.
  • the former movement is called shear wave fluctuation
  • the latter fluctuation is called non-shear wave fluctuation.
  • the fluctuation evaluation unit 154 identifies an area that is not affected by the shear wave fluctuation, sets a predetermined position in the area as an evaluation position, and evaluates non-shear wave fluctuation at the evaluation position.
  • FIG. 2A is a conceptual diagram of the ultrasonic image (B-mode image) 210
  • FIG. 2B is an enlarged view of the measurement region 220 in FIG.
  • the tissue is displayed in a layered structure within the ultrasonic field of view.
  • a three-layer structure of a layer 211, a layer 212, and a layer 213 is illustrated.
  • the shear wave 221 propagates in the lateral direction from a portion (shear wave generation position) 222 where the radiation pressure is generated. That is, in the depth direction (downward in the figure), it propagates only within a certain range (in the figure, region b232; hereinafter referred to as a shear wave propagation region).
  • the region a231 or the region c233 in the figure can be said to be a position not affected by the movement of the shear wave.
  • These regions are referred to as non-propagating regions 231 and 233.
  • the fluctuation evaluation unit 154 of the present embodiment is a predetermined region in a depth region (non-propagation regions 231 and 233) in the measurement region 220 that is different from the depth of the depth region (shear wave propagation region 232) through which the shear wave propagates.
  • the reliability information is calculated based on the fluctuation in the position (evaluation position).
  • the evaluation position is set as close to the shear wave generation position as possible in the non-propagation regions 231 and 233.
  • the fluctuation evaluation unit 154 determines the shear wave propagation region 232 using the detection result of the shear wave detection unit 152 and identifies the non-propagation regions 231 and 233.
  • the shear wave propagation region 232 is specified by the position where the shear wave is generated and the amplitude of the shear wave.
  • the generation position of the shear wave 221 is a position where the radiation pressure is generated by the push pulse. This position is a depth of focus determined by the transmission aperture width and the focus depth obtained from the number of elements used for the push pulse generation.
  • the amplitude of the shear wave 221 is specified by the distance between the peak position of the shear wave detected by the shear wave detection unit 152 and the depth of focus.
  • shear wave propagation region 232 may be specified independently without using the detection result of the shear wave detection unit 152.
  • the complex cross-correlation calculation result by the correlation calculation unit 151 is used. That is, you may specify using a correlation coefficient.
  • the correlation coefficient decreases at a position with movement (variation) regardless of the type of movement such as shear wave fluctuation or non-shear wave fluctuation.
  • the shear wave 221 is generated only in the position limited to the depth direction, for example, in the shear wave propagation region 232 in FIG.
  • the decrease in the correlation coefficient change 241 caused by the shear wave is local, as schematically shown in FIG.
  • non-shear wave fluctuations that is, changes 242 and 243 in the correlation coefficient due to surface displacement and body movement of the probe 160 are constant regardless of the region of FIG.
  • the actually obtained complex cross-correlation calculation result is a combination of these correlation coefficient changes 241, 242, and 243.
  • a region where the correlation coefficient is locally decreased is detected, and the detected region is set as a shear wave propagation region 232.
  • the locally decreasing region is detected by differential calculation.
  • the fluctuation evaluation unit 154 calculates a fluctuation index km that indexes the intensity of fluctuation (magnitude of fluctuation) of the position (evaluation position) specified by the above-described method as reliability information.
  • the correlation coefficient of the cross-correlation calculation decreases as the movement increases.
  • the average value of the normalized cross-correlation coefficients at the evaluation position is set as the variation index km.
  • the value of the variation index km decreases as the variation increases.
  • the correlation calculation used here may be a correlation calculation common to the detection of the shear wave, or may be a different correlation calculation.
  • measurement is performed a plurality of times at a plurality of locations in the measurement region 220 to obtain a plurality of shear wave velocities.
  • a variation index km is calculated.
  • the variation evaluation unit 154 may further calculate a variation, for example, a standard deviation, of the variation index km obtained in the measurement of a plurality of times with respect to the average value to obtain reliability information. Further, the standard deviation of the shear wave velocity obtained in each measurement may be calculated and used as reliability information.
  • FIG. 4A is a B-mode image 310 of the imaging area. 4 (b) to 4 (d) schematically show patterns of changes in the complex correlation coefficient of the track pulse due to non-shear wave fluctuations in the imaging region.
  • a superficial tissue 311 such as skin, muscle, and fat is separated in front of the liver 312 on the B-mode image 310 as shown in FIG.
  • Other tissues 313 such as the digestive tract are observed.
  • An arrow 314 is the depth direction.
  • a side slip of the probe 160 occurs when the installation position of the probe 160 is shifted. Further, the displacement in the turning direction does not deviate from the installation position of the probe 160, but occurs due to the deviation of the angle.
  • FIG. 4B shows a pattern 340 of change in the correlation coefficient in the case of side slip (displacement of the installation position of the probe 160). As shown in this figure, in the case of skidding, the correlation coefficient decreases simultaneously in the entire imaging area including the outside of the measurement area 320.
  • FIG. 4C shows a change 350 of the correlation coefficient when the probe 160 is displaced in the turning direction.
  • the correlation coefficient decreases in the entire area of the imaging surface including outside the measurement area 320.
  • the timing at which the correlation coefficient decreases is not the same, and the lower the earlier, the deeper the portion, that is, the position farther from the probe 160 surface.
  • the correlation coefficient change pattern 360 in this case periodically changes only at the position of the intermediate organ (liver 312) including the measurement region 320, as shown in FIG. It will be a thing.
  • the fluctuation evaluation unit 154 detects the change pattern of these correlation coefficients, and determines whether the fluctuation is from the operator or from periodic body movement.
  • a reference pattern used as a reference for these changes or information that can specify the reference pattern is stored in advance in a storage device included in the ultrasonic diagnostic apparatus 100, and the fluctuation evaluation unit 154 detects the change.
  • the variation factor may be determined by comparing the pattern and the reference pattern.
  • the determination result is presented to the user by the presentation unit 156. Further, at this time, when it is determined that the operator originates as a factor, a message prompting remeasurement may be displayed. Moreover, when the above-mentioned standard deviation of the fluctuation
  • the signal used when the fluctuation evaluating unit 154 evaluates fluctuation is preferably a complex cross-correlation calculation result obtained by transmitting the above-described track pulse.
  • the signal used when the fluctuation evaluating unit 154 evaluates fluctuation is preferably a complex cross-correlation calculation result obtained by transmitting the above-described track pulse.
  • data obtained by B-mode imaging may be used.
  • the addition averaging unit 155 calculates an average value of a plurality of shear wave velocities obtained by measuring a plurality of times at a plurality of locations in the measurement region 220.
  • the variation index km may be used as a weight. That is, the rate of contribution to the average value calculation is changed according to the reliability (here, the fluctuation index km) of the shear wave velocity obtained in each measurement. Thereby, the reliability of the obtained addition average speed increases.
  • the weighted average is calculated by, for example, the following formula (2).
  • n is the number of measurements (n is an integer of 2 or more)
  • Vs i is the shear wave velocity obtained by the i-th measurement
  • km i is the variation index obtained by the i-th measurement
  • km mean is n
  • An average value of the individual fluctuation indexes km i , Vs mean is an average speed obtained by weighted average.
  • the presentation unit 156 presents the shear wave velocity Vs for each measurement calculated by the velocity calculation unit 153, the addition average velocity Vs mean calculated by the addition averaging unit 155, reliability information, and the like to the user.
  • display information to be displayed on the display device 180 is generated using these measurement results and calculation results.
  • the display information may be a numerical value, a qualitative graph, or a color map display.
  • FIG. 5 shows an example of a screen created by the presentation unit 156 as display information.
  • the display screen 600 displays a scatter diagram 610 of the shear wave velocity Vs for each measurement and the reciprocal (1 / km) of the variation index km, and reference information 620.
  • Scatter diagram 610 plots the measurement results on a graph with the shear wave velocity Vs and the reciprocal of the variation index km (1 / km) as axes.
  • the addition average velocity V mean calculated by the addition average unit 155, the standard deviation SD of the shear wave velocity calculated by the variation evaluation unit 154, the standard deviation km (SD) of the variation index km, and the like are displayed. Is done. At this time, as a display form of the variation index km, it is desirable to display the standard deviation of km as a ratio with respect to the average value, but it may be displayed using other statistics and absolute values.
  • the display screen 600 may be configured to display a reception button 630 that receives a remeasurement instruction.
  • FIG. 6A shows an example of a display screen 611 when there is little variation in the imaging area.
  • the reciprocal of the variation index km is relatively small, and plot points are seen together in a range where the reciprocal of the variation index km is small.
  • FIG. 6B shows an example of a display screen 612 that is expected to be obtained when there is a measurement deviation value due to some movement.
  • Two groups of plot points can be seen. The group with the smaller number has a large reciprocal of the variation index km, so that it can be suggested to the user that the shear wave velocity is obtained when the movement is large.
  • FIG. 6C shows an example of a display screen 613 that is expected to be obtained when there is periodic body movement.
  • the plot points are divided into two groups and displayed according to the magnitude of the movement.
  • FIG. 6D shows an example of the display screen 614 obtained when the reciprocal value of the variation index km is large and measurement is inappropriate.
  • the presentation unit 156 may be configured to display a message that prompts remeasurement.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes a CPU, a memory, and a storage device.
  • the CPU loads a program stored in advance in the storage device into the memory and executes the program, thereby the sequence control unit 120 and the image generation unit. 140, the functions of the transmission condition setting unit 130 and the elasticity evaluation unit 150 are realized.
  • Various data used for processing of each function and various data generated during the processing are stored in the storage device.
  • at least one of the functions of the elasticity evaluation unit 150 may be provided in an external information processing apparatus that can transmit and receive data to and from the ultrasound diagnostic apparatus 100.
  • all or a part of the functions of the above-described units may be realized by hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (field-programmable gate array).
  • the operator designates a shear wave measurement area on the B-mode image.
  • the operator designates this measurement area via the input device 170.
  • the transmission condition setting unit 130 receives the designated measurement region (step S1001), and sets transmission conditions for push pulses and track pulses (step S1002).
  • the sequence control unit 120 starts radiation pressure elastography measurement.
  • a push pulse is transmitted according to the set condition (step S1004).
  • track pulse transmission is started immediately after the push pulse transmission (step S1005).
  • the sequence control unit 120 converts the echo signal obtained by the transmission of the track pulse into complex RF data, and the correlation calculation unit 151 performs complex cross-correlation calculation on the data (step S1006).
  • the complex cross correlation calculation result is input to the shear wave detection unit 152 and the fluctuation evaluation unit 154.
  • the shear wave detection unit 152 calculates the peak position and peak detection time of the shear wave from the complex cross correlation calculation result, and detects the shear wave (step S1007). Then, the velocity calculation unit 153 calculates the shear wave velocity from the peak position and the peak detection time (step S1008). Note that the calculated shear wave velocity is stored in the storage device in association with the number of measurements n.
  • the fluctuation evaluation unit 154 calculates reliability information from the complex cross-correlation calculation result (step S1009). Note that the calculated reliability information is stored in the storage device in association with the number of measurements n.
  • the sequence control unit 120 determines whether or not measurement has been performed N times (step S1010), and if not, increments the counter n by 1 (step S1011), returns to step S1004, and repeats the process.
  • step S1012 determines whether N measurements have been completed.
  • the addition averaging unit 155 calculates the addition average speed Vs mean (step S1012).
  • the averaging may be weighted using a variation index.
  • the standard deviation SD may also be calculated.
  • the fluctuation evaluation unit 154 may calculate the standard deviation value km (SD) of the reliability information together.
  • the presenting unit 156 generates a display screen using the calculation result, displays it on the display device 180 (step S1013), and ends the process.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 transmits a burst ultrasonic wave focused on a subject to detect a shear wave generated at the focal position of the burst ultrasonic wave by detecting a plurality of shear waves.
  • Shear wave detection unit 152 that detects using echo signal groups obtained by repeatedly transmitting pulses for use, velocity calculation unit 153 that calculates a shear wave velocity that is the propagation velocity of the shear wave, and propagation of the shear wave
  • a fluctuation evaluation unit 154 that evaluates fluctuations in a measurement region including a region and obtains an evaluation result as reliability information indicating reliability of the shear wave velocity, and a presentation unit 156 that presents the reliability information to a user.
  • the fluctuation evaluation unit 154 may evaluate the fluctuation using the echo signal group. Further, the fluctuation evaluation unit 154 further specifies the factor of the fluctuation, and the presentation unit 156 further presents the specified factor to the user.
  • information on motion is extracted from the track pulse used for radiation pressure elastography, and motion and surface deviation in the tissue to be measured are detected while detecting shear waves.
  • the user By providing the user with information regarding the detected movement, it is possible to provide the user with a guideline regarding measurement reliability.
  • a more reliable measurement value can be provided by weighting the shear wave velocity measurement value according to the motion information at the time of averaging. Further, it is detected whether there is a camera shake based on the movement pattern, and if it is a camera shake, the user is notified of this.
  • the user can grasp the reliability of the measurement by looking at the provided information. Then, measurement can be performed again as appropriate.
  • a more reliable measurement technique can be realized. For this reason, according to the present embodiment, in radiation pressure elastography, degradation of measurement accuracy and reproducibility can be reduced, and an ultrasonic image (hardness information) having high diagnostic ability can be provided to the user.
  • breast cancer is significantly harder than surrounding tissues, so that it is possible to detect breast cancer with high sensitivity by describing a hard part.
  • hepatitis leading to cirrhosis is strongly related to the degree of disease progression, and by measuring liver hardness, accurate diagnosis and treatment progress can be achieved while minimizing the number of biopsies. You can monitor.
  • the above-described effects can be obtained without taking advantage of such good radiation pressure elastography as it is and adding new measurement.
  • the presentation unit 156 generates the display screen and presents the shear wave velocity and the evaluation result to the user.
  • the present invention is not limited to this.
  • a reception unit 157 that receives an instruction from the user via the display screen 600 may be further provided.
  • the display screen 600 generated by the presentation unit 156 includes a reception button 630 that receives a remeasurement instruction.
  • the user selects a plot point with a small reciprocal of the variation index km via the display screen 612.
  • the selection is performed, for example, by surrounding it with a frame 631 as shown in FIG.
  • the accepting unit 157 accepts this selection, identifies the corresponding shear wave velocity, and causes the addition averaging unit 155 to recalculate the addition average velocity using only the selected shear wave velocity.
  • the calculation result is displayed by the presentation unit 156.
  • the user divides the plot point group by, for example, the reciprocal of the arbitrarily set variation index km.
  • the division is instructed by designating an inverse 632 of a predetermined fluctuation index km on the scatter diagram of the display screen 613 as shown in FIG.
  • the accepting unit 157 accepts designation of the reciprocal of the variation index km used for the division, groups the plot point groups divided by the values, and causes the addition averaging unit 155 to calculate the addition average speed for each group. .
  • the calculation result is displayed by the presentation unit 156.
  • the user instructs remeasurement via the accept button 630, for example.
  • the reception unit 157 instructs the sequence control unit 120 to perform measurement again. At this time, an instruction may be given to pick up the probe 160 again.
  • the reception unit 157 When the reception unit 157 receives selection of a predetermined plot point group via the display screen 600 (step S1101), the reception unit 157 excludes shear wave velocity data corresponding to the plot point group (step S1102). Then, the addition average unit 155 is caused to recalculate the addition average based on the remaining shear wave velocity data (step S1103). At this time, the fluctuation evaluation unit 154 may be configured to calculate the standard deviation of the fluctuation index km of the remaining shear wave velocity data. Then, the presentation unit 156 generates a display screen from the calculation result, displays it on the display device 180 (step S1104), and ends the process.
  • the accepting unit 157 accepts designation of the reciprocal of the variation index km that divides the plot point group via the display screen 600 (step S1105)
  • the accepting unit 157 determines that the plot point is equal to or greater than the reciprocal of the variation index km.
  • the data are grouped into smaller ones (step S1105), and the addition averaging unit 155 recalculates the addition average for each group using the shear wave velocity data (step S1106).
  • the fluctuation evaluation unit 154 may be configured to calculate the standard deviation of the fluctuation index km of the shear wave velocity data for each group.
  • the presentation unit 156 generates a display screen for each group from the calculation result, displays it on the display device 180 (step S1107), and ends the process.
  • the accepting unit 157 instructs the sequence control unit 120 to perform remeasurement (Step S1109). If there is no instruction, the process is terminated.
  • the receiving unit 157 by including the receiving unit 157 and receiving an instruction from the user based on the reliability information, the reliability evaluation result can be fed back to the measurement, and the measurement accuracy and reproducibility can be further improved.
  • SYMBOLS 100 Ultrasound diagnostic apparatus, 110: Transmission / reception beam former, 120: Sequence control part, 130: Transmission condition setting part, 140: Image generation part, 150: Elasticity evaluation part, 151: Correlation calculation part, 152: Shear wave detection part 153: speed calculation unit, 154: fluctuation evaluation unit, 155: addition averaging unit, 156: presentation unit, 157: reception unit, 160: probe, 170: input device, 180: display device, 201: measurement region, 210: B mode image, 211: Tissue layer, 212: Tissue layer, 213: Tissue layer, 220: Measurement region, 221: Shear wave, 222: Shear wave generation position, 231: Non-propagation region, 232: Shear wave propagation region 233: non-propagating region, 234: arrow, 241: change in correlation coefficient, 242: change in correlation coefficient, 243: change in correlation coefficient, 310: B-mode image, 311: table Tissue, 312

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Abstract

放射圧エラストグラフィのせん断波速度の計測において、計測時間が長引くことによる計測精度と再現性の劣化を低減し、高い診断能をもつ超音波画像を取得可能な技術を提供する。放射圧エラストグラフィにおいて、トラックパルスの照射によるエコー信号から、せん断波を検出しながら、計測領域の動き(変動)に関する情報を抽出し、計測結果の信頼度を示す信頼性情報としてユーザに提供する。また、抽出した情報から、変動の要因を特定し、ユーザに提示する。さらに、複数回の計測結果を加算平均する際、信頼性情報で重みづけを行う。

Description

超音波診断装置および弾性評価方法
　本発明は、超音波を用いて被験体内部の情報を非侵襲に取得する超音波イメージング技術に関し、特に、組織の硬さをイメージングするエラストグラフィ技術に関する。
　超音波診断装置は、超音波を体外から照射し、体内で反射され返ってきた信号を、経過時間と信号強度とによって画像化する医用画像装置である。超音波は、音響インピーダンスの異なる界面でスネルの法則に従って反射される性質を有するため、生体内の組織によって微妙に異なる音響インピーダンスの違いを可視化することで、組織の構造を描写する。
　超音波診断装置を用い、組織の構造ではなく、組織の硬さを画像化する、エラストグラフィ技術がある。組織の硬さは病変と密接な関係にあり、診断に重要な情報を齎す。このエラストグラフィの手法のひとつに、せん断波を生じさせ、せん断波の伝播によって生じる変位からせん断速度を測定し、組織の硬さを得る放射圧エラストグラフィがある。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、硬さの指標となるヤング率Ｅは、簡易的に以下の式(１)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ρは密度，Ｖｓは、せん断波速度である。この式(１)を用い、せん断波速度から硬さの絶対値を得る。
　せん断波は、集束超音波を一点に照射し、組織に放射圧を印加することで生じさせる。このとき、印加するパルスを、放射圧生成用パルス(プッシュパルス)と呼ぶ。プッシュパルスにより生成されたせん断波の変位は、せん断波検出用パルス(トラックパルス)で検出する。
　放射圧エラストグラフィでは、硬さの絶対値を算出するため、精度よくせん断波による変位を計測し、再現性の高いせん断速度を算出する必要がある。再現性を向上させるため、１回の測定で、計測領域内の複数個所で、複数回せん断波速度を計測し、得られた計測値の平均を測定値として提示する手法がある(例えば、特許文献１参照)。特許文献１に開示の手法では、測定値を、測定値からはずれた値の大きさによって評価し、評価結果とともに提示する。本手法によれば、加算平均時のはずれ値の影響が少なく抑えられるため測定精度も向上すると考えられる。
米国特許出願公開２０１０／００１６７１８号明細書
　しかしながら、上述のように、放射圧エラストグラフィでは、プッシュパルスおよびトラックパルスという２種類の超音波パルスを照射する。特許文献１に記載の手法では、これらを複数回繰り返し照射することとなるため、計測に時間を要する。そのため、被検体の呼気・心拍などに由来する体動や、ユーザの手ぶれなどによる撮像面のずれが生じ、計測の精度および再現性の劣化を引き起こす。
　具体的には、まず上述の動きによって、計測範囲にずれが生じ、測定したい部位とは異なる部位を測定することが考えられる。また、軽微なずれであっても、検出されたせん断波の本来の時相と測定した時相とがずれ、検出したせん断波速度が、本来の伝搬速度とずれることが考えられる。さらに、特に体動などによって面ずれが生じない場合においても、例えば、心拍による肝臓の“圧迫度合い(歪)”が、時相によって異なると考えられ、この圧迫度合いはせん断波速度に影響するため、計測精度劣化につながり得る。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、放射圧エラストグラフィのせん断波速度の計測において、計測時間が長引くことによる計測精度と再現性との劣化を低減し、高い診断能をもつ超音波画像を取得可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明は、放射圧エラストグラフィにおいて、トラックパルスの照射によるエコー信号から、せん断波を検出しながら、計測領域の動き(変動)に関する情報を抽出し、計測結果の信頼度を示す信頼性情報としてユーザに提供する。また、抽出した情報から、変動の要因を特定し、ユーザに提示する。さらに、複数回の計測結果を加算平均する際、信頼性情報で重みづけを行う。
　本発明により、放射圧エラストグラフィにおいて、計測時間が長引くことによる計測精度と再現性との劣化が低減され、高い診断能を持つ超音波画像を取得できる。
本発明の実施形態の超音波診断装置のブロック図である。 (ａ)は、本発明の実施形態のＢモード画像例を説明するための説明図であり、(ｂ)は、本発明の実施形態の計測領域（図２（ａ）の領域２２０）の拡大図である。 本発明の実施形態の計測領域内における、相関係数の深さ方向の変化を説明するための説明図である。 (ａ)は、本発明の実施形態の撮像領域のＢモード画像例を説明するための説明図である。(ｂ)～(ｄ)は、非せん断波変動による相関係数の変化を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の表示画面例を説明するための説明図である。 (ａ)～(ｄ)は、本発明の実施形態の表示画面例を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の撮像処理のフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例の超音波診断装置のブロック図である。 (ａ)～(ｃ)は、本発明の実施形態の変形例のユーザから受け付ける指示を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の変形例の表示後の処理のフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態の一例を、図面を用いて説明する。なお、各実施形態を説明するための全図において、特に断らない限り、同一機能を有するものは、同一名称および同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、本明細書に記載した、せん断波速度とは、せん断波の伝搬速度を指す。本発明を適用する各実施形態では、せん断波速度に基づいて、例えば歪、ヤング率、粘性率、体積弾性率などの組織性状に関する情報に関する評価が可能となる。
　まず、本実施形態の超音波診断装置１００を説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置１００のブロック図である。
　本実施形態の超音波診断装置１００では、被検体の計測領域に放射圧を照射(送信)し、せん断波を発生させるための集束バースト超音波(以後、プッシュパルスと称す)と、プッシュパルスの送信により生じたせん断波の伝播を検出するパルス超音波(以後、トラックパルスと称す)とを送信する計測を行い、計測領域の組織の性質として、せん断波の伝搬速度を得る放射圧エラストグラフィ法を行う。また、信頼度および再現性を高めるため、上記計測を繰り返し、得られた結果を加算平均する。
　このとき、本実施形態の超音波診断装置１００では、トラックパルスのエコー信号から、計測領域の動き(変動)に関する情報を抽出し、放射圧エラストグラフィで得た情報の信頼性に関する指針としてユーザに提供する。また、抽出した変動に関する情報から、変動の要因を特定し、ユーザに提示する。さらに、変動に関する情報を、上記加算平均時の重みづけにも用いる。
　このため、本実施形態の超音波診断装置１００は、本図に示すように、送受ビームフォーマ１１０と、シーケンス制御部１２０と、送信条件設定部１３０と、画像生成部１４０と、弾性評価部１５０と、を備える。また、超音波診断装置１００には、探触子１６０、入力装置１７０、表示装置１８０が接続される。
　＜送信ビームフォーマ＞
　送受ビームフォーマ１１０は、シーケンス制御部１２０からの指示に従って、送信ビームを探触子１６０に送信するとともに、探触子１６０によって受信されたエコー信号を受信する。
　具体的には、探触子１６０の各素子から送信する超音波パルスの電気信号を生成する。生成された電気信号は、送信ビームフォーマが備えるＤ／Ａ変換機によりアナログ信号に変換後、探触子１６０に送られ被検体に照射される。被検体中を伝搬する過程で音響インピーダンスが異なる界面から反射されてきた信号は、受信エコー信号として探触子１６０で受信され、送信時とは逆の過程を経てデジタル信号に変換され、整相加算などの加算処理が行われ、減衰補正等の処理がなされた後、複素のＲＦデータに変換される。
　＜シーケンス制御部＞
　シーケンス制御部１２０は、送信条件設定部１３０を介して設定された撮像条件に従って、超音波パルスを送信するタイミングおよびエコー信号を受信するタイミング、送信する超音波パルスの特性などをパルスシーケンスとして決定する。そして、決定したパルスシーケンスに従って、送受ビームフォーマ１１０を制御し、計測を実行する。本実施形態では、放射圧エラストグラフィを実行する。このため、本実施形態のシーケンス制御部１２０は、プッシュパルスの送信と、複数のトラックパルスの繰り返しの送信と、トラックパルスによるエコー信号の受信と、を行う計測を実行するようパルスシーケンスを生成する。
　＜送信条件設定部＞
　送信条件設定部１３０は、ユーザから受け付けたせん断波を発生させる位置(以後、計測領域と呼ぶ)に応じて、当該計測領域にプッシュパルスの送信条件、および、当該領域で発生するせん断波を検出するためのトラックパルスの送信条件を設定する。設定する送信条件は、集束位置、送信角度、バースト長、電圧、周波数、および、送信開口などの音圧パラメータを含む。
　図２(ａ)および図２(ｂ)は、プッシュパルスおよびトラックパルス送信の概念を説明するための図である。図２(ａ)は、Ｂモード画像２１０の例であり、図２(ｂ)は、Ｂモード画像２１０内の計測領域２２０の拡大図である。矢印２３４は、深度方向である。
　計測領域２２０内のプッシュパルスの焦点２２２で生成された、放射圧によるせん断波２２１は、組織中を伝播していく。トラックパルスは、このせん断波を検出するために送信される。このため、プッシュパルス一回に対し、トラックパルスは最短でもせん断波の伝播時間の間送信され続ける。
　プッシュパルスの送信条件は、指定された計測領域２２０内の、所望の位置２２２にプッシュパルスを送信するよう設定され、トラックパルスの送信条件は、プッシュパルスにより発生するせん断波２２１を、そのエコー信号により計測可能なよう、設定される。また、トラックパルスについては、１回の計測における送信数、繰り返し回数、繰り返し毎の複数のトラックパルスの送信位置なども送信条件として設定される。
　＜画像生成部＞
　画像生成部１４０は、送受ビームフォーマ１１０で得た複素のＲＦデータを、シーケンス制御部１２０の制御に従って受信し、断層像を生成する。画像生成部１４０は、１つのエコー信号(ビーム)から得たＲＦデータの輝度値を、受信した時間に応じて深さ方向にプロットする。これを、探触子１６０の長軸方向に複数ビーム分並べることで２次元の情報を蓄積し、蓄積された情報から断層像を生成する。生成された断層像は、表示装置１８０に表示される。
　例えば、エコー信号の強度を輝度として画像化するＢモード撮像では、探触子１６０長軸方向のビーム本数は撮像フレームレートに影響する。リアルタイム性を保持するため、通常、１枚のＢモード画像を取得するには、数十―数百ビームが用いられる。
　＜探触子＞
　探触子１６０は、上述のせん断波計測用のシーケンスが送受できる探触子１６０であれば良く、好適には、リニア、コンベックス、もしくは、セクタ形状の１Ｄアレイ探触子、または、３次元撮像用の１．５次元、もしくは、２次元アレイ探触子などが用いられる。
　＜弾性評価部＞
　弾性評価部１５０は、計測領域２２０の組織の硬さの情報を得る。本実施形態では、プッシュパルスの送信により生じたせん断波を検出し、その速度(せん断波速度)を得ることにより、組織の硬さを示す情報を得る。せん断波速度は、せん断波の伝搬によって生じる変位から算出する。さらに、本実施形態の弾性評価部１５０は、得られたせん断波速度の信頼度を示す情報(信頼性情報)を算出し、ユーザに提示する。
　これを実現するため、本実施形態の弾性評価部１５０は、図１に示すように、相関演算部１５１と、せん断波検出部１５２と、速度計算部１５３と、変動評価部１５４と、加算平均部１５５と、提示部１５６と、を備える。
　＜相関演算部＞
　相関演算部１５１は、受信したエコー信号から得たＲＦデータに対し、時間方向に相関演算を行う。本実施形態では、ＲＦデータが複素ＲＦデータであるため、複素相互相関演算が実施される。複素相互相関演算は、時間的に隣接するＲＦデータ間で行ってもよいし、基準とするＲＦデータを決め、基準とするＲＦデータとの間で行ってもよい。
　＜せん断波検出部＞
　せん断波検出部１５２は、被検体１０１に集束したバースト超音波(プッシュパルス)を送信することによりプッシュパルスの焦点に生成されたせん断波を、複数のせん断波検出用パルス(トラックパルス)を繰り返し送信することにより得た受信エコー信号を用いて検出する。本実施形態では、相関演算部１５１における複素相互相関結果から、せん断波のピークを検出し、検出位置と検出時間とを得る。なお、本実施形態では、ピークの検出の前に、複素相互相関結果に対し、最適なフィルタ処理を行う。
　＜速度計算部＞
　速度計算部１５３は、せん断波の伝搬速度であるせん断波速度を計算する。本実施形態では、せん断波速度は、せん断波のピークが検出された時間、位置、および、せん断波生成位置により計算される。具体的には、プッシュパルスの焦点と、せん断波のピークを観測したトラックパルスの送信位置とから計算される。
　＜変動評価部＞
　変動評価部１５４は、せん断波の伝搬領域を含む計測領域２２０の変動を評価し、評価結果をせん断波速度の信頼度を示す信頼性情報として得る。評価する対象の変動は、放射圧エラストグラフィの計測精度や再現性に影響を与える変動である。本実施形態では、まず、計測領域２２０内で、この変動を検出する領域を特定し、当該領域の所定の位置（評価位置）の組織の変動を評価する。
　まず、変動を検出する領域の特定手法について説明する。
　放射圧エラストグラフィの計測精度や再現性に影響を与える変動は、２種類考えられる。一方は、ユーザの保持する探触子１６０が動くことに由来する撮像面全体の面ずれで、他方は、心拍、呼吸など、被検体の周期的体動に由来する計測部位のずれである。以後、前者を術者由来の変動、後者を体動由来の変動と呼ぶ。
　ここで注意すべきことは、放射圧エラストグラフィにおける計測対象のせん断波そのものも、組織の微弱な動きを計測することにより得ていることである。従って、計測対象のせん断波による動きと、計測精度や再現性に影響を与える変動とを区別し、後者のみ検出する必要がある。以後、前者の動きをせん断波変動と呼び、後者の変動を、非せん断波変動と呼ぶ。本実施形態の変動評価部１５４は、せん断波変動の影響を受けない領域を特定し、当該領域内の所定の位置を評価位置とし、当該評価位置の非せん断波変動を評価する。
　ここで、せん断波変動の影響を受けない位置について説明する。前述のように、図２(ａ)は、超音波画像(Ｂモード画像)２１０の概念図であり、図２(ｂ)は、図２(ａ)内の計測領域２２０の拡大図である。
　図２(ａ)に示すように、超音波視野内では、組織が層構造で表示される。ここでは、層２１１、層２１２、層２１３の三層構造を例示する。また、図２(ｂ)に示すように、せん断波２２１は、放射圧が生成された部位(せん断波生成位置)２２２から横方向に伝搬する。すなわち、深さ方向(図中下向き)については、一定範囲(図中、領域ｂ２３２；以下、せん断波伝搬領域と呼ぶ。)内でのみ伝搬する。従って、せん断波伝搬領域２３２以外、例えば、図中、領域ａ２３１または領域ｃ２３３などが、せん断波の動きの影響を受けない位置といえる。これらの領域を、非伝搬領域２３１、２３３と呼ぶ。
　本実施形態の変動評価部１５４は、計測領域２２０内であって、せん断波が伝搬する深度領域(せん断波伝搬領域２３２)の深度とは異なる深度領域(非伝搬領域２３１、２３３)内の所定の位置（評価位置）における変動に基づいて、信頼性情報を算出する。評価位置は、非伝搬領域２３１、２３３内で、できる限りせん断波生成位置に近い位置とする。
　なお、変動評価部１５４は、せん断波検出部１５２の検出結果を用いて、せん断波伝搬領域２３２を決定し、非伝搬領域２３１、２３３を特定する。せん断波伝搬領域２３２は、当該せん断波の発生位置と前記せん断波の振幅とにより特定される。せん断波２２１の発生位置は、プッシュパルスにより放射圧が生成される位置である。この位置は、プッシュパルス生成に用いた素子数から求められる送信開口幅およびフォーカスの深度により決定される、焦点深度である。また、せん断波２２１の振幅は、せん断波検出部１５２が検出したせん断波のピークの位置と焦点深度との距離で特定される。
　また、せん断波伝搬領域２３２は、せん断波検出部１５２の検出結果を用いず、独立して特定してもよい。例えば、相関演算部１５１による複素相互相関演算結果を用いる。すなわち、相関係数を用いて特定してもよい。
　一般に、動き(変動)のある位置は、せん断波変動や非せん断波変動など、動きの種類にかかわらず相関係数が低下する。この中で、上述のように、せん断波２２１は、深さ方向に限定された位置、例えば、図２(ｂ)では、せん断波伝搬領域２３２にのみ生成される。このため、相関係数の深さ方向の変化をみると、図３に模式的に示すように、せん断波による相関係数の変化２４１において、低下は局所的である。一方、非せん断波変動、即ち探触子１６０の面ずれや体動による相関係数の変化２４２、２４３は、図２(ｂ)の領域によらず、一定である。なお、実際に得られる複素相互相関演算結果は、これらの相関係数の変化２４１、２４２、２４３の合成である。
　これを利用し、相関係数が局所的に低下する領域を検出し、検出した領域をせん断波伝搬領域２３２とする。局所的に低下する領域は、例えば、微分演算などで検出する。せん断波伝搬領域２３２決定後、非伝搬領域２３１、２３３の特定手法、評価位置の決定手法は、上記と同様とする。
　本実施形態の変動評価部１５４は、上述の手法で特定した位置（評価位置）の変動の激しさ(変動の大きさ)を指標化した変動インデックスｋｍを、信頼性情報として算出する。一般に、相互相関演算の相関係数は、動きが激しいほど低下する。これを利用し、本実施形態では、当該評価位置の、例えば、正規化した相互相関係数の平均値を変動インデックスｋｍとする。この場合、変動インデックスｋｍの値は、変動が激しいほど小さくなる。なお、ここで用いる相関演算は、せん断波検出時と共通した相関演算であってもよいし、異なる相関演算であってもよい。
　なお、上述のように、本実施形態では、計測領域２２０内の複数個所で、複数回計測し、複数のせん断波速度を得る。また、各々の計測において、変動インデックスｋｍを算出する。このとき、変動評価部１５４は、複数回の計測において得られた各変動インデックスｋｍの、平均値に対するばらつき、例えば、標準偏差、をさらに算出し、信頼性情報としてもよい。また、各計測で得たせん断波速度の標準偏差を算出し、信頼性情報としてもよい。
　次に、変動評価部１５４が、せん断波検出部１５２が検出した変動の要因を特定する手法について説明する。ここでは、要因として、体動由来であるか、探触子１６０保持の手技等の術者由来であるかを特定する。特定は、相関係数の変化のパターンを識別することにより行う。この特定手法を、図４(ａ)から図４(ｄ)を用いて説明する。図４(ａ)は、撮像領域のＢモード画像３１０である。図４(ｂ)から図４(ｄ)は、撮像領域内の、非せん断波変動によるトラックパルスの複素相関係数の変化のパターンを模式的に示したものである。
　たとえば肝臓の撮像を行った場合、図４(ａ)に示すように、Ｂモード画像３１０上では、肝臓３１２の手前に皮膚・筋肉・脂肪などの表在組織３１１が、奥には横隔膜で隔てられた消化管など他組織３１３が観測される。矢印３１４は、深さ方向である。
　術者由来の場合、その要因には、探触子１６０の横滑りと煽り方向のずれとの２種がある。探触子１６０の横滑りは、探触子１６０の設置位置自体がずれることにより発生する。また、煽り方向のずれは、探触子１６０の、設置位置はずれないが、角度がずれることにより発生する。
　横滑り(探触子１６０の設置位置のずれ)の場合の相関係数の変化のパターン３４０を図４(ｂ)に示す。本図に示すように、横滑りの場合、計測領域３２０外も含む、撮像面全ての領域で同時に相関係数の低下が生ずる。
　探触子１６０が煽り方向にずれた場合の相関係数の変化の３５０を図４(ｃ)に示す。本図に示すように、この場合、計測領域３２０外も含む撮像面全ての領域で相関係数の低下が生ずる。ただし、このとき、相関係数が低下するタイミングは同時ではなく、より深い部位、即ち探触子１６０表面から遠い位置ほど、早く低下が始まる。
　対照的に、拍動や呼気などの周期的体動による変動は、組織によって異なる。具体的には、皮膚や脂肪層など表在組織３１１や、横隔膜を隔てて肝臓の奥にある他組織３１３は動かないのに対し、中間部に位置する肝臓３１２などの臓器が特徴的でかつ周期的な動きを示す。このため、この場合の相関係数の変化のパターン３６０は、図４(ｄ)に示すように、計測領域３２０を含む、中間部の臓器(肝臓３１２)の位置でのみ、周期的に変化するものとなる。
　本実施形態の変動評価部１５４は、これらの相関係数の変化のパターンを検出し、変動が、術者由来か、あるいは、周期的体動由来かを判別する。なお、例えば、これらの変化の基準とする基準パターン、あるいは、基準パターンを特定可能な情報を、超音波診断装置１００が備える記憶装置に、予め保持しておき、変動評価部１５４は、検出したパターンと基準パターンとを比較することにより、変動の要因の判別を行ってもよい。
　なお、判別結果は、提示部１５６によりユーザに提示される。また、このとき、要因として、術者由来と判別された場合、再計測を促すメッセージを表示するよう構成してもよい。また、上述の、変動インデックスｋｍの標準偏差が、予め定めた閾値以上となる場合、計測が不適切と判別し、同じく再計測を促すメッセージを表示するよう構成してもよい。
　なお、変動評価部１５４が変動を評価する際に用いる信号は、前述のトラックパルスを送信して得た複素相互相関演算結果が望ましい。しかし、これに限定されない。例えば、Ｂモード撮像で得られたデータを用いてもよい。
　＜加算平均部＞
　加算平均部１５５は、計測領域２２０内の複数個所で、複数回計測することにより得た、複数のせん断波速度の平均値を算出する。
　本実施形態では、このとき、変動インデックスｋｍを、重みとして用いてもよい。すなわち、各計測で得たせん断波速度を、その信頼度（ここでは、変動インデックスｋｍ）に応じて、平均値算出への寄与率を変える。これにより、得られる加算平均速度の信頼度が高まる。
　重みづけ平均は、例えば、以下の式(２)により計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ｎは、計測回数であり(ｎは２以上の整数)、Ｖｓiは、ｉ回目の計測により得たせん断波速度、ｋｍiは、ｉ回目の計測により得た変動インデックス、ｋｍmeanは、ｎ個の変動インデックスｋｍiの平均値、Ｖｓmeanは、重みづけ加算平均により得た加算平均速度である。
　＜提示部＞
　提示部１５６は、速度計算部１５３が計算した、計測毎のせん断波速度Ｖｓ、加算平均部１５５が算出した加算平均速度Ｖｓmean、および、信頼性情報などをユーザに提示する。本実施形態では、これらの計測結果、算出結果を用い、表示装置１８０に表示する表示情報を生成する。表示情報は、数値であってもよいし、定性的なグラフ、カラーマップ表示であってもよい。
　図５に、提示部１５６が表示情報として作成する画面の例を示す。表示画面６００には、計測毎のせん断波速度Ｖｓと変動インデックスｋｍの逆数(１／ｋｍ)との散布図６１０と、参考情報６２０と、が表示される。
　散布図６１０は、せん断波速度Ｖｓと変動インデックスｋｍの逆数(１／ｋｍ)とを、それぞれ軸とするグラフに、計測結果をプロットしたものである。
　参考情報６２０には、例えば、加算平均部１５５が算出した加算平均速度Ｖmean、変動評価部１５４が算出した、せん断波速度の標準偏差ＳＤ、変動インデックスｋｍの標準偏差ｋｍ(ＳＤ)などが表示される。このとき、変動インデックスｋｍの表示形態は、ｋｍの標準偏差を平均値に対する割合で表示することが望ましいが、他の統計量および絶対値を用いて表示してもよい。
　なお、表示画面６００は、再計測の指示を受け付ける受付ボタン６３０を表示するよう構成してもよい。
　以下、具体的な表示例を説明する。
　図６(ａ)は、撮像領域の変動が少ない場合の表示画面６１１例である。ほぼ動きがなく、良好な撮像の場合、変動インデックスｋｍの逆数は、相対的に小さく、変動インデックスｋｍの逆数が小さい範囲にプロット点がまとまって見られる。
　図６(ｂ)に、何らかの動きによって計測のはずれ値がある場合に得られると予想される表示画面６１２の例を示す。プロット点の集団が二つ見られる。数が少ないほうの集団は、変動インデックスｋｍの逆数が大きいことから、動きが大きい場合に得られたせん断波速度であるとユーザに示唆することができる。
　図６(ｃ)に、周期的な体動がある場合に得られると予想される表示画面６１３の例を示す。動きの大小によって、プロット点が２つのグループに分かれ、表示される。
　図６(ｄ)に、変動インデックスｋｍの逆数の値が大きく、計測が不適切な場合に得られる表示画面６１４の例を示す。提示部１５６は、このような場合、再計測を促すメッセージも併せて表示するよう構成してもよい。
　本実施形態の超音波診断装置１００は、ＣＰＵとメモリと記憶装置とを備え、記憶装置に予め保持したプログラムを、ＣＰＵがメモリにロードして実行することにより、シーケンス制御部１２０、画像生成部１４０、送信条件設定部１３０、弾性評価部１５０の機能を実現する。各機能の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、記憶装置に格納される。なお、弾性評価部１５０の各機能の少なくとも１つは、超音波診断装置１００とデータの送受信が可能な、外部の情報処理装置などに備えられていてもよい。また、上記各部の全部または一部の機能は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現してもよい。
　＜撮像の流れ＞
　次に、本実施形態の超音波診断装置１００による放射圧エラストグラフィ実行時の撮像処理の流れを、図７を用いて説明する。本処理は、ユーザからの指示を契機に開始する。ここでは、Ｎ回、プッシュパルスを送信するものとする。
　まず、操作者がＢモード画像上で、せん断波の計測領域を指定する。操作者は、入力装置１７０を介して、この計測領域を指定する。送信条件設定部１３０は、指定された計測領域を受け付け(ステップＳ１００１)、プッシュパルスおよびトラックパルスの送信条件を設定する(ステップＳ１００２)。
　プッシュパルスおよびトラックパルスの送信条件が設定されると、シーケンス制御部１２０は、放射圧エラストグラフィ計測を開始する。ここでは、まず、計測回数をカウントするカウンタｎを初期化(ｎ＝１)する(ステップＳ１００３)。そして、設定された条件に従って、プッシュパルスを送信する(ステップＳ１００４)。また、プッシュパルス送信直後から、トラックパルスの送信を開始する(ステップＳ１００５)。
　シーケンス制御部１２０は、トラックパルスの送信により得られたエコー信号を複素ＲＦデータに変換し、相関演算部１５１は、当該データに対し、複素相互相関演算を行う(ステップＳ１００６)。複素相互相関演算結果は、せん断波検出部１５２と変動評価部１５４とに入力される。
　せん断波検出部１５２は、複素相互相関演算結果から、せん断波のピーク位置とピーク検出時間とを算出し、せん断波を検出する(ステップＳ１００７)。そして、速度計算部１５３は、ピーク位置とピーク検出時間とから、せん断波速度を算出する(ステップＳ１００８)。なお、算出したせん断波速度は、計測回数ｎに対応づけて、記憶装置に保持する。
　一方、変動評価部１５４では、複素相互相関演算結果から、信頼性情報を算出する(ステップＳ１００９)。なお、算出した信頼性情報は、計測回数ｎに対応づけて、記憶装置に保持する。
　シーケンス制御部１２０は、Ｎ回計測を行ったか否かを判別し(ステップＳ１０１０)、行っていない場合は、カウンタｎを１インクリメントし(ステップＳ１０１１)、ステップＳ１００４へ戻り、処理を繰り返す。
　一方、ステップＳ１０１２で、Ｎ回の計測を終えたと判別された場合、加算平均部１５５は、加算平均速度Ｖｓmeanを算出する(ステップＳ１０１２)。加算平均は、変動インデックスを用いて重みづけをしてもよい。このとき、併せて、標準偏差ＳＤを算出してもよい。また、変動評価部１５４が、併せて、信頼性情報の標準偏差値ｋｍ(ＳＤ)を算出してもよい。
　提示部１５６は、算出結果を用いて表示画面を生成し、表示装置１８０に表示し(ステップＳ１０１３)、処理を終了する。
　以上説明したように、本実施形態の超音波診断装置１００は、被検体に集束したバースト超音波を送信することにより当該バースト超音波の焦点位置に生成されたせん断波を、複数のせん断波検出用パルスを繰り返し送信することにより得たエコー信号群を用いて検出するせん断波検出部１５２と、前記せん断波の伝搬速度であるせん断波速度を計算する速度計算部１５３と、前記せん断波の伝搬領域を含む計測領域の変動を評価し、評価結果を前記せん断波速度の信頼度を示す信頼性情報として得る変動評価部１５４と、前記信頼性情報をユーザに提示する提示部１５６と、を備える。
　このとき、前記変動評価部１５４は、前記エコー信号群を用いて前記変動の評価を行ってもよい。
　また、前記変動評価部１５４は、さらに、前記変動の要因を特定し、前記提示部１５６は、前記特定された要因もさらにユーザに提示する。
　このように本実施形態によれば、放射圧エラストグラフィに用いるトラックパルスから動きに関する情報を抽出し、せん断波を検出しながら計測対象の組織における動きや面ずれを検出する。検出した動きに関する情報をユーザに提供することで、ユーザに計測の信頼性に関する指針を提供できる。また、加算平均時に、動き情報に応じて、せん断波速度計測値の重みづけを行うことで、より信頼性の高い計測値を提供できる。また、動きのパターンによって手ぶれがあるか否かを検出し、手ぶれである場合はその旨ユーザに通知する。
　これにより、ユーザは、提供された情報を見て、計測の信頼性を把握できる。そして、適宜、計測をやり直すことができる。このように、本実施形態によれば、より信頼性の高い計測手法を実現できる。このため、本実施形態によれば、放射圧エラストグラフィにおいて、計測精度と再現性の劣化を低減でき、高い診断能をもつ超音波画像(硬さの情報)をユーザに提供できる。
　放射圧エラストグラフィによれば、例えば、乳癌などは、周辺組織に比べ優位に硬いため、硬い部分を描写することにより感度良く乳がんを検出することが可能である。また、肝硬変に至る肝炎などは肝臓の硬さが病気の進行度と強く関連しており、肝臓の硬さを計測することで、生検の数を最小限に抑えながら的確な診断と治療経過モニタリングをすることができる。本実施形態は、このような放射圧エラストグラフィの良さをそのまま生かし、新たな計測を追加することなく、上述の効果を得ることができる。
　なお、上記実施形態では、提示部１５６が表示画面を生成し、ユーザにせん断波速度とその評価結果とを提示する構成としたが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、上記実施形態の構成に加え、さらに、表示画面６００を介して、ユーザからの指示を受け付ける受付部１５７を備えてもよい。この場合、提示部１５６が生成する表示画面６００は、再計測の指示を受け付ける、受付ボタン６３０を備える。
　例えば、図９(ａ)に示すように、表示画面６１２が表示された場合、ユーザは、当該表示画面６１２を介して、変動インデックスｋｍの逆数が小さいプロット点を選択する。選択は、例えば、本図に示すように、枠６３１で囲うなどにより行う。受付部１５７は、この選択を受け付け、対応するせん断波速度を特定し、加算平均部１５５に選択されたせん断波速度のみを用いて、加算平均速度を再計算させる。計算結果は、提示部１５６により表示される。
　また、図９(ｂ)に示すように、表示画面６１３が表示された場合、ユーザは、例えば、任意に設定した変動インデックスｋｍの逆数で、プロット点群を分割する。分割の指示は、例えば、本図に示すように所定の変動インデックスｋｍの逆数６３２を表示画面６１３の散布図上で指定することにより行う。受付部１５７は、この分割する際に用いる変動インデックスｋｍの逆数の指定を受け付け、当該値で分割されたプロット点群を、それぞれグループ化し、加算平均部１５５にグループごとの加算平均速度を計算させる。計算結果は、提示部１５６により表示される。
　また、図９(ｃ)に示すように、表示画面６１４が表示された場合、ユーザは、例えば、受付ボタン６３０を介して、再計測を指示する。受付部１５７は、この指示を受け付けると、シーケンス制御部１２０に再度計測を行うよう指示する。なお、このとき、探触子１６０を持ち直すよう指示を行ってもよい。
　この場合の、表示後の処理の流れを、図１０を用いて説明する。
　受付部１５７は、表示画面６００を介して、所定のプロット点群の選択を受け付けると(ステップＳ１１０１)、当該プロット点群に対応するせん断波速度データを除外する(ステップＳ１１０２)。そして、加算平均部１５５に、残りのせん断波速度データにより加算平均を再計算させる(ステップＳ１１０３)。このとき、変動評価部１５４が、残りのせん断波速度データの変動インデックスｋｍの標準偏差を算出するよう構成してもよい。そして、提示部１５６は、算出結果から表示画面を生成し、表示装置１８０に表示し(ステップＳ１１０４)、処理を終了する。
　一方、受付部１５７は、表示画面６００を介して、プロット点群を分割する、変動インデックスｋｍの逆数の指定を受け付けると(ステップＳ１１０５)、プロット点を、当該変動インデックスｋｍの逆数以上とそれより小さいものとに分けて、それぞれグループ化し(ステップＳ１１０５)、加算平均部１５５に、グループごとに、そのせん断波速度データを用いて、加算平均を再計算させる(ステップＳ１１０６)。このとき、変動評価部１５４が、グループごとのせん断波速度データの変動インデックスｋｍの標準偏差を算出するよう構成してもよい。そして、提示部１５６は、算出結果から、各々のグループの表示画面を生成し、表示装置１８０に表示し(ステップＳ１１０７)、処理を終了する。
　また、受付部１５７は、再計算の指示を行う指示ボタンの押下を受け付けた場合(ステップＳ１１０８)、シーケンス制御部１２０に再計測の指示を行う(ステップＳ１１０９)。いずれの指示もない場合、処理を終了する。
　このように、受付部１５７を備え、信頼性情報に基づいて、ユーザからの指示を受け付けることにより、信頼性評価結果を計測にフィードバックでき、計測精度、再現性をさらに高めることができる。
　１００：超音波診断装置、１１０：送受ビームフォーマ、１２０：シーケンス制御部、１３０：送信条件設定部、１４０：画像生成部、１５０：弾性評価部、１５１：相関演算部、１５２：せん断波検出部、１５３：速度計算部、１５４：変動評価部、１５５：加算平均部、１５６：提示部、１５７：受付部、１６０：探触子、１７０：入力装置、１８０：表示装置、２０１：計測領域、２１０：Ｂモード画像、２１１：組織層、２１２：組織層、２１３：組織層、２２０：計測領域、２２１：せん断波、２２２：せん断波発生位置、２３１：非伝搬領域、２３２：せん断波伝搬領域、２３３：非伝搬領域、２３４：矢印、２４１：相関係数の変化、２４２：相関係数の変化、２４３：相関係数の変化、３１０：Ｂモード画像、３１１：表在組織、３１２：肝臓、３１３：他組織、３１４：矢印、３２０：計測領域、３４０：相関関数の変化のパターン、３５０：相関関数の変化のパターン、３６０：相関関数の変化のパターン、６００：表示画面、６１０：散布図、６１１：表示画面、６１２：表示画面、６１３：表示画面、６１４：表示画面、６２０：参考情報、６３０：受付ボタン、６３１：枠、６３２：指定位置

Claims (15)

  1. 　被検体に集束したバースト超音波を送信することにより当該バースト超音波の焦点位置に生成されたせん断波を、複数のせん断波検出用パルスを繰り返し送信することにより得たエコー信号群を用いて検出するせん断波検出部と、
    　前記せん断波の伝搬速度であるせん断波速度を計算する速度計算部と、
    　前記せん断波の伝搬領域を含む計測領域の変動を評価し、評価結果を、前記せん断波速度の信頼度を示す信頼性情報として得る変動評価部と、
    　前記信頼性情報をユーザに提示する提示部と、を備えること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  2. 　請求項１記載の超音波診断装置であって、
    　前記変動評価部は、前記計測領域内であって、前記せん断波の伝搬領域の深度とは異なる深度領域における前記変動に基づいて、前記信頼性情報を得ること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  3. 　請求項１記載の超音波診断装置であって、
    　前記信頼性情報は、前記変動の大きさを示す指標であること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  4. 　請求項１記載の超音波診断装置であって、
    　前記変動評価部は、さらに、前記変動の要因を特定し、
    　前記提示部は、前記特定された要因をさらにユーザに提示すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  5. 　請求項１記載の超音波診断装置であって、
    　前記バースト超音波の送信と前記複数のせん断波検出用パルスの繰り返しの送信と当該送信によるエコー信号の受信とからなる計測を、予め定めたパルスシーケンスに従って実行するシーケンス制御部と、
    　複数の前記せん断波速度の加算平均を計算する加算平均部と、をさらに備え、
    　前記シーケンス制御部は、前記計測を繰り返し、
    　前記せん断波検出部は、前記計測毎に前記せん断波を検出し、
    　前記速度計算部は、前記せん断波を検出する毎に前記せん断波速度を計算し、
    　前記加算平均部は、前記せん断波を検出する毎に計算される複数の前記せん断波速度の加算平均を計算し、
    　前記提示部は、前記加算平均結果を前記信頼性情報とともにユーザに提示すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  6. 　請求項５記載の超音波診断装置であって、
    　前記加算平均部は、前記加算平均時に前記信頼性情報を用いて重みづけを行うこと
    　を特徴とする超音波診断装置。
  7. 　請求項５記載の超音波診断装置であって、
    　前記提示部は、前記計測毎の前記信頼性情報および前記せん断波速度を散布図にし、さらに提示すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  8. 　請求項７記載の超音波診断装置であって、
    　ユーザから前記散布図上のプロット結果を介して指示を受け付ける受付部をさらに備え、
    　前記加算平均部は、前記指示に応じて、前記加算平均を再計算すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  9. 　請求項８記載の超音波診断装置であって、
    　前記受付部は、除外する前記せん断波速度の選択を受け付け、
    　前記加算平均部は、前記選択されたせん断波速度以外のせん断波速度を用いて、前記加算平均を再計算すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  10. 　請求項８記載の超音波診断装置であって、
    　前記受付部は、前記せん断波速度を前記信頼性情報に応じて複数のグループに分割する指示を受け付け、
    　前記加算平均部は、グループごとに前記せん断波速度の加算平均を再計算すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  11. 　請求項５記載の超音波診断装置であって、
    　ユーザから再計測の指示を受け付ける受付部をさらに備え、
    　前記シーケンス制御部は、前記指示に応じて、前記計測を実行すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  12. 　請求項２記載の超音波診断装置であって、
    　前記変動評価部は、前記せん断波が伝搬する深度領域を、当該せん断波の発生位置と前記せん断波の振幅とにより特定すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  13. 　請求項２記載の超音波診断装置であって、
    　前記変動評価部は、前記せん断波が伝搬する深度領域を、前記エコー信号群から得たデータに対して時間方向に相関演算を行って得た相関係数を用いて特定すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  14. 　請求項４記載の超音波診断装置であって
    　前記変動評価部は、前記エコー信号群から得たデータに対し、時間方向に相関演算を行って得た相関係数の変化のパターンにより前記要因を特定すること
    　を特徴とする超音波診断装置。
  15. 　被検体に集束したバースト超音波を送信することにより当該バースト超音波の焦点に生成されたせん断波を、複数のせん断波検出用パルスを繰り返し照射することにより得たエコー信号群を用いて検出し、
    　前記せん断波の伝搬速度であるせん断波速度を計算し、
    　前記せん断波の伝搬領域を含む計測領域の変動を評価し、評価結果を前記せん断波速度の信頼度を示す信頼性情報として得、
    　前記信頼性情報をユーザに提示すること
    　を特徴とする弾性評価方法。
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