【手続補正書】
【提出日】平成17年1月17日(2005.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の関心領域に時間間隔をおいて超音波を放射し、前記計測対象物にて発生する超音波エコー信号を取得して、異なる２つ以上の時相で取得された超音波エコー信号の位相に基づいて局所変位ベクトル又は局所変位ベクトル成分を計測することを特徴とする所定の変位計測方法。
【請求項２】
前記局所変位ベクトル又は局所変位ベクトル成分を計測するにあたり、関心領域内の変位の大きさや変位分布に関する大きさや時空間的な連続性や微分可能性に関する所定の先見的情報を付加することを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項３】
前記局所変位ベクトル又や局所変位ベクトル成分を計測するにあたり、取得された超音波エコー信号を各方向に間引くことによりデータ間隔を大きくした超音波エコー信号を用いることを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項４】
前記放射する超音波の放射ビームをビームステアリングさせながら前記超音波エコー信号を取得して高精度に計測された多方向のビーム方向の変位成分から変位ベクトルを求めることを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項５】
前記局所変位ベクトル又や局所変位ベクトル成分を計測するにあたり、前記超音波エコー信号として、超音波エコー信号の基本波成分と超音波エコー信号の高調波成分の少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項６】
測定対象物に超音波を放射するとともに前記測定対象物内で発生する超音波エコー信号を検出する変位・歪検出センサーと、該変位・歪検出センサーと前記測定対象物の相対的な位置および向きを調整する位置調整手段と、前記変位・歪センサーの駆動信号を出力するとともに変位・歪センサーにより検出される前記超音波エコー信号を受信する駆動受信手段と、該駆動受信手段から出力される前記駆動信号を制御するとともに該駆動受信手段により受信される前記超音波エコー信号の処理をするデータ処理手段と、前記超音波エコー信号を記録するデータ記録手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記計測対象物から発生する超音波エコー信号を前記計測対象物の関心領域から異なる２つ以上の時相で取得された前記超音波エコー信号の位相に基づいて前記の所定の変位計測方法を用いて局所変位ベクトル又は局所変位ベクトル成分を計測する変位計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の変位計測装置を備え、
前記データ処理手段は、求めた３次元関心領域内の３次元変位ベクトル成分、２次元関心領域内の２次元変位ベクトル成分、１次元関心領域内の１方向変位成分、３次元関心領域内の２次元変位ベクトル成分または１方向変位成分、または２次元関心領域内の１方向変位成分に、帯域制限を施した空間微分フィルタまたは周波数空間にて帯域制限のある空間微分フィルタの周波数応答をかけることにより歪テンソル成分を求めることと、求められたこれらの時系列に帯域制限を施した時間微分フィルタまたは周波数空間にて帯域制限のある時間微分フィルタの周波数応答をかけることにより歪速度テンソル成分や加速度ベクトル成分や速度ベクトル成分を求めることを特徴とする歪計測装置。
【請求項８】
計測対象物の関心領域に時間間隔をおいて超音波を放射し、前記計測対象物にて発生する超音波エコー信号を取得して、異なる２つ以上の時相で取得された超音波エコー信号の位相に基づいて局所歪テンソル又は局所歪テンソル成分を直接的に計測することを特徴とする所定の歪計測方法。
【請求項９】
前記放射する超音波の放射ビームをビームステアリングさせながら前記超音波エコーを取得することを特徴とする請求項８記載の歪計測方法。
【請求項１０】
前記局所歪テンソル又や局所歪テンソル成分を計測するにあたり、前記超音波エコー信号として、超音波エコー信号の基本波成分と超音波エコー信号の高調波成分の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項８記載の歪計測方法。
【請求項１１】
変位ベクトルや変位成分や速度ベクトルや速度成分や歪テンソルや歪テンソル成分を高精度に推定するべく、得られた推定結果を用いて超音波信号を空間的にシフティングすることを特徴とする変位計測方法および歪計測方法。
【請求項１２】
測定対象物に超音波を放射するとともに前記測定対象物内で発生する超音波エコー信号を検出する変位・歪検出センサーと、該変位・歪検出センサーと前記測定対象物の相対的な位置および向きを調整する位置調整手段と、前記変位・歪センサーの駆動信号を出力するとともに変位・歪センサーにより検出される前記超音波エコー信号を受信する駆動受信手段と、該駆動受信手段から出力される前記駆動信号を制御するとともに該駆動受信手段により受信される前記超音波エコー信号の処理をするデータ処理手段と、前記超音波エコー信号を記録するデータ記録手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記計測対象物から発生する超音波エコー信号を前記計測対象物の関心領域から異なる２つ以上の時相で取得された前記超音波エコー信号の位相に基づいて前記の所定の歪計測方法を用いて局所歪テンソル又は局所歪テンソル成分を直接的に計測する歪計測装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の歪計測装置を備え、
前記データ処理手段は、求めた３次元関心領域内の３次元歪テンソル成分、２次元関心領域内の２次元歪テンソル成分、１次元関心領域内の１方向歪成分、３次元関心領域内の２次元歪テンソル成分または１方向歪成分、または２次元関心領域内の１方向歪成分の時系列に帯域制限を施した時間微分フィルタまたは周波数空間にて帯域制限のある時間微分フィルタの周波数応答をかけることにより歪速度テンソル成分を求めることを特徴とする歪計測装置。
【請求項１４】
超音波に代えて、電磁波を使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の変位計測方法、若しくは、請求項６記載の変位計測装置、若しくは、請求項８〜１０のいずれか１項記載の歪計測方法、若しくは、請求項７又は１２又は１３記載の歪計測装置。
【請求項１５】
測定対象物に設定された関心領域について計測された歪テンソルデータと歪速度テンソルデータと加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つが格納される記憶手段と、
前記歪テンソルデータと歪速度テンソルデータと加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つに基づいて前記関心領域内における任意の点の弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つを演算する弾性率・粘弾性率演算手段と、
を具備し、前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記歪テンソルと前記歪速度テンソルと前記加速度ベクトルとの内の少なくとも１つと、前記弾性率と前記粘弾性率と前記密度との内の少なくとも１つとの関係を表す一階偏微分方程式に基づいて、前記弾性率と前記粘弾性率と前記密度との内の少なくとも１つを数値解析により求めることを特徴とする弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項１６】
生体の病変部を含む部位に設定された関心領域について計測された歪テンソルデータと歪速度テンソルデータと加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つが格納される記憶手段と、
前記歪テンソルデータと前記歪速度テンソルデータと前記加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つに基づいて前記関心領域内における任意の点の弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つを演算する弾性率・粘弾性率演算手段と、
前記演算された弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つに基づいて前記病変部を含む部位の変性情報を出力する出力手段と、
を具備し、前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記歪テンソルと前記歪速度テンソルと前記加速度ベクトルとの内の少なくとも１つと、前記弾性率と前記粘弾性率と前記密度との内の少なくとも１つとの関係を表す一階偏微分方程式に基づいて、前記弾性率と前記粘弾性率と前記密度との内の少なくとも１つを数値解析により求めることを特徴とする弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項１７】
前記出力手段は、求められた弾性率、粘弾性率、密度と各々の設定値とを比較し、前記比較結果に対応した前記変性情報を出力することを特徴とする請求項１６記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項１８】
前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記一階偏微分方程式の係数として、予め計測された値又は予め設定された値の弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項１９】
前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記一階偏微分方程式を解く際の初期条件として、予め計測又は設定された参照弾性率と参照粘弾性率と参照密度との内の少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２０】
前記弾性率・粘弾性率演算手段は、関心領域内にて成立する複数の一階偏微分方程式を扱うことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２１】
前記弾性率・粘弾性率演算手段は、各関心点にて成立する複数の一階偏微分方程式を扱うことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２２】
前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記一階偏微分方程式を解く数値解析法として有限差分法又は有限要素法を用いるとともに、関心領域内の弾性率又は粘弾性率又は密度の大きさや弾性率分布又は粘弾性率分布又は密度分布に関する大きさや時空間的な連続性や微分可能性に関する所定の先見的情報を付加することを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２３】
計測された弾性率又は粘弾性率又は密度が、モデルを用いて校正されることのあることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２４】
弾性率又は粘弾性率に関する信号処理が、自然対数の取られている状態にて施されることのあることを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２５】
対象物内における消費電力量や消費電力量の経時的変化や温度や温度の経時的変化が、換算データに基づいて、前記一階偏微分方程式により計測された弾性率値、粘弾性率値、密度値、これらの高次データやこれらの経時的変化から換算することのできる請求項１５〜２４のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置。
【請求項２６】
複数の振動子が配列されてなる治療用振動子と、
前記治療用振動子の各振動子に超音波の駆動信号を出力する治療送波回路と、
複数の振動子が配列されてなる超音波探触子と、
前記超音波探触子に超音波の駆動信号を出力する送波回路と、
前記超音波探触子から出力されるエコー信号を取り込んで整相処理する受波回路と、
前記受波回路で整相されたエコー信号に基づいて、弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つを演算する弾性率・粘弾性率演算手段と、
前記演算された弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つに基づいて、前記病変部を含む部位の変性情報を出力する出力手段と、
前記治療送波回路、前記送波回路、前記受波回路及び弾性率・粘弾性率演算手段を制御する制御部と、
前記制御部に指令や条件を入力する操作部と、
を具備し、前記制御部は、前記操作部から入力される指令や条件に基づいて、前記送波回路と前記受波回路とを制御して超音波の送受信の制御を行う機能と、力源を用いて被検体の生体に設定された関心領域を変形させる機能と、前記治療送波回路を制御して前記治療用振動子から射出される超音波ビームを制御する機能とを備えてなり、前記弾性率・粘弾性率演算手段は、前記制御部から与えられる指令に基づいて前記関心領域の変形に係るエコー信号を取り込んで、前記関心領域の歪テンソルデータと歪速度テンソルデータと加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つを演算し、前記歪テンソルデータと歪速度テンソルデータと加速度ベクトルデータとの内の少なくとも１つに基づいて、前記関心領域の弾性率と粘弾性率と密度との内の少なくとも１つを演算することを特徴とする治療装置。
【請求項２７】
前記治療用振動子と前記治療送波回路に代えて、レーザ照射手段又は電磁RF波照射手段又は電磁マイクロ波照射手段又は冷凍治療手段を備え、照射エネルキーの制御を行う機能を備えた請求項２６記載の治療装置。
【請求項２８】
別途、与えられる対象物内の熱物性値分布と、別途、与えられる印加エネルギー量および対象物内の受熱特性分布より計算される消費電力量とから、前記印加エネルギーにより生じる前記対象物内の温度分布を計算して予測することにより、印加パターンを逐次計画し、更新することもできる請求項２６又は２７記載の治療装置
【請求項２９】
変位・歪検出センサーおよび対象物を適切な液体中に浸して測定を行うことにより非接触に計測を行うことを特徴とする請求項６記載の変位計測装置、若しくは、請求項７又は１２又は１３記載の歪計測装置、若しくは、請求項１５〜２５のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置、若しくは、請求項２６記載の治療装置。
【請求項３０】
参照物のずり弾性率値が計測対象のそれよりも大きめに設定されることを特徴とする請求項６記載の変位計測装置、若しくは、請求項７又は１２又は１３記載の歪計測装置、若しくは、請求項１５〜２５のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置、若しくは、請求項２６〜２８のいずれか１項記載の治療装置。
【請求項３１】
治具を用いて、参照物を変位・歪検出センサー側に装着することを特徴とする請求項７記載の変位計測装置、若しくは、請求項７又は１２又は１３記載の歪計測装置、若しくは、請求項１５〜２５のいずれか１項記載の弾性率・粘弾性率計測装置、若しくは、請求項２６〜２８のいずれか１項記載の治療装置。
【請求項３２】
計測結果として、変位ベクトル成分分布、歪テンソル成分分布、歪速度テンソル成分分布、弾性率分布、粘弾性率分布、各弾性率と対応する粘弾性率に関わる遅延時間分布や緩和時間分布、密度分布、これらの勾配分布、これらのラプラシアン分布、これらの時間方向の１階偏微分、これらの時間方向の２階偏微分、これらの周波数分散、これらの経時的相対変化や経時的絶対変化、弾性エネルギー又は消費エネルギー、弾性エネルギー又は消費エネルギーの経時的積算値、又は、弾性エネルギー又は消費エネルギーの経時的相対変化や経時的絶対変化の、動画像および静止画像を表示装置にカラー表示若しくはグレー表示する際、各々の計測結果は設定された各々の上限値や下限値により打ち切られて表示されたり、また、弾性率分布又は粘弾性率分布又は歪分布の計測結果は直流が加算若しくは減算されて表示されたり、また、弾性率分布又は粘弾性率分布又は歪分布の計測結果は各々の逆数の分布が表示されたり、また、弾性率分布又は粘弾性率分布又は歪分布の計測結果はログ圧縮されて表示されることのあることを特徴とする画像診断装置若しくは治療装置。
【請求項３３】
前記計測結果を、超音波画像診断装置又は核磁気共鳴イメージング装置に重畳表示することを特徴とする請求項３２記載の画像診断装置若しくは治療装置。
【請求項３４】
受信エコー信号に基づいて、治療用振動子の各振動子に供給する駆動パルスの遅延時間を求め、これより、位相収差補正を行い、治療用振動子から射出される超音波のビーム焦点位置が治療部位に調整されることを特徴とする治療装置。
【請求項３５】
強力超音波治療を行う場合において、直接、アプリケータを対象物に充てることを特徴とする治療装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３８９】
また、適宜、(I−1)複素相互相関法(複素解析信号若しくは検波信号を得た上、若しくは、超音波エコー信号の相互相関関数を得た上で求められる、ビーム方向若しくは走査方向の、複素相互相関関数信号の位相)を用いる方法や、(I−2)複素相互相関法(ビーム方向若しくは走査方向)と正則化法の両方を用いる方法や、(I−3)複素相互相関法において評価される、３次元、２次元、若しくは、１次元複素相互相関関数信号の位相の２次元以上の空間分布(ビーム方向を含む、若しくは、含まない)と正則化法を用いる方法を、備える、又は、積極的に使用することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３９７】
また、適宜、(II-1)超音波エコー信号の複素解析信号(ビーム方向若しくは走査方向)を用いる方法や、(II-2)超音波エコー信号の複素解析信号(ビーム方向若しくは走査方向)と正則化法の両方を用いる方法や、(II-3)超音波エコー信号の複素解析信号の位相の２次元以上の空間分布(ビーム方向を含む、若しくは、含まない)と正則化法を用いる(通常、信号強度に適用されるオプティカルフローのアルゴリズムに基づく)方法を、備える、又は、積極的に使用することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３９８】
(II-3)の方法においては、時間ｔにおける３次元変位ベクトル又は２次元変位ベクトル又は１方向変位成分を計測対象として、関心領域内の各位置(x,y,z)において得られる複素解析信号A(x,y,z,t)(＝Re[A(x,y,z,t)]＋jIm[A(x,y,z,t)]。jは虚数単位。)の位相の３次元分布θA(x,y,z,t)＝tan-1 (Re[A(x,y,z,t)]/Im[A(x,y,z,t)])より、例えば、時間ｔ＝Tにおける位置(X,Y,Z)の未知変位ベクトル(ux,uy,uz)Tに関する方程式
【数１７９】
2004283518.tif 000001
（又は、各位置の未知速度ベクトル(vx,vy,vz)Tに関する方程式
【数１８０】
2004283518.tif 000002
）を得（Δｔは、例えばパルス放射時間間隔。）、さらに、これらを関心領域内において時として時間方向にも連立した上で最小二乗法を適用する際に、適宜、未知変位（又は速度）ベクトルやその成分の、時空間的な大きさや時空間的な連続性に関する各種条件を用いて正則化した上で、関心領域内の未知変位（又は速度）ベクトル分布（時系列）が求められる。位相θA(x,y,z,t)の時空間勾配は、位相θA(x,y,z,t)に差分近似や微分フィルタを施すことにより求められるが、例えば、x軸方向の微分d／dx・θA(x,y,z,t)｜x=X,y=Y,z=Z,t=Tに関しては、(Re[A(X,Y,Z,T)] × (d／dx・Im[A(x,y,z,t)]｜x=X,y=Y,z=Z,t=T)−(d／dx・Re[A(x,y,z,t)]｜x=X,y=Y,z=Z,t=T) × Im[A(X,Y,Z,T)])／(Re[A(X,Y,Z,T)]2＋Im[A(X,Y,Z,T)]2)より求められることもある。その際には、例えば、d／dx・Re[A(x,y,z,t)]｜x=X,y=Y,z=Z,t=Tは、Re[A(x,y,z,t)]に差分近似や微分フィルタを施すことにより求められる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３９９】
これらの計算において、位相や各信号成分や式中の分子・分母は、適宜、時空間領域において窓関数を使用して移動平均が行われるか、あるいは、低域通過型フィルタに掛けられることがある。未知変位(又は速度)ベクトルが２次元ベクトルである場合、例えば、時間ｔ＝Tにおいて位置(X,Y,Z)において得られる複素解析信号の位相の２次元分布θA(X,Y,Z,T)より、その位置の２次元未知変位ベクトル(ux,uy)Tに関する方程式
【数１８１】
2004283518.tif 000003
(又は、その位置の２次元未知速度ベクトル(vx,vy)Tに関する方程式
【数１８２】
2004283518.tif 000004
)を得、これらを関心領域内において時として時間方向にも連立した上で最小二乗法を適用する際に、適宜、正則化した上で、関心領域内の未知変位ベクトル分布(時系列)が求められる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０４００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０４００】
また、(II-1)の方法は、ビーム方向若しくは走査方向の複素解析信号の位相を用いるものであり、例えば、時間ｔ＝Tにおける関心領域内の各位置(X,Y,Z)において得られる複素解析信号の位相θA(X,Y,Z,T)より、各位置の未知変位成分uxに関する方程式
【数１８３】
2004283518.tif 000005
(又は、その位置の未知速度成分vxに関する方程式(ドプラ方程式)
【数１８４】
2004283518.tif 000006
)を得、これを解くことにより未知変位成分ux(又は未知速度成分vx)が求まり、これより関心領域内のその変位(又は速度)成分分布(時系列)が求められる。また、(II-2)の方法は、同様に、関心領域内の各位置において、ビーム方向若しくは走査方向の複素解析信号の位相を用いて導出された未知変位(又は速度)成分に関する方程式を得、それらを関心領域内において時として時間方向にも連立した上で最小二乗法を適用する際に、適宜、正則化した上で、関心領域内の未知変位(又は速度)成分分布(時系列)が求められる。