(57)【要約】【課題】超音波診断装置におけるせん断波の計測精度を高める。【解決手段】プローブ１０は、せん断波を発生させる超音波（プッシュパルス）を送波する機能と、せん断波を計測する超音波（トラッキングパルス）を送受する機能と、画像形成用の超音波を送受する機能を備えている。受信部１４は、プローブ１０がトラッキングパルスを送受することにより得られる受波信号に基づいて、トラッキングパルスの受信ビームを形成し、その受信ビームに対応した受信信号を得る。位相算出部３０は、受信部１４から得られるトラッキングパルスの受信ビームに対応した受信信号に基づいて、複数時相に亘るせん断波の変位を示す変位データを生成する。速度算出部４０は、変位データを時間微分処理して得られる時間微分データに基づいて、せん断波の速度を算出する。【選択図】図１
2015128554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受するプローブと、
せん断波を計測する超音波の送信信号をプローブへ出力する送信部と、
プローブから得られる信号を処理してせん断波を計測する超音波の受信信号を得る受信部と、
前記受信信号に基づいて、複数時相に亘るせん断波の変位を示す変位データを生成する変位計測部と、
前記変位データを時間微分処理して得られる時間微分データに基づいて、せん断波の速度を算出する速度算出部と、
を有する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記変位計測部は、互いに異なる位置から得られる前記受信信号に基づいて、各位置ごとに変位データを生成し、
前記速度算出部は、各位置ごとに前記変位データを時間微分処理して時間微分データを生成し、第一の位置における時間微分データ内の特徴時相と第二の位置における時間微分データ内の特徴時相とに基づいて、せん断波の速度を算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記速度算出部は、各位置における時間微分データ内の特徴時相として、極大値の時相と極小値の時相とゼロクロスの時相のうちの少なくとも１つの時相に基づいて、せん断波の速度を算出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記変位計測部は、互いに異なる位置から得られる前記受信信号に基づいて、各位置ごとにその位置におけるせん断波の位相の時間変化を示す変位データを生成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記送信部は、せん断波を発生させる超音波の送信信号を前記プローブへ出力し、これにより発生するせん断波を計測する超音波の送信信号を前記プローブへ出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、せん断波を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象組織内においてせん断波を発生させ、超音波を利用して対象組織内を伝搬するせん断波を計測し、せん断波の伝搬速度等に基づいて対象組織の硬さに係る物理量を得る技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、互いに異なる複数の位置においてせん断波の変位を計測し、各位置において最大変位が得られた時刻に基づいて、せん断波の伝搬速度を算出する発明が開示されている。
【０００４】
ところが、例えば生体内においては、生体の体動やプローブの動き等の外因により、せん断波の最大変位を正確に検出することが困難な場合がある。例えば、特許文献１に係る発明において、せん断波の最大変位が正確に検出できなければ、せん断波の計測精度が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８１１８７４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波診断装置によりせん断波を計測する技術について研究開発を重ねてきた。
【０００７】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、超音波診断装置におけるせん断波の計測精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、せん断波を計測する超音波の送信信号をプローブへ出力する送信部と、プローブから得られる信号を処理してせん断波を計測する超音波の受信信号を得る受信部と、前記受信信号に基づいて複数時相に亘るせん断波の変位を示す変位データを生成する変位計測部と、前記変位データを時間微分処理して得られる時間微分データに基づいて、せん断波の速度を算出する速度算出部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記装置では、変位データを時間微分処理して得られる時間微分データに基づいて、せん断波の速度が算出される。変位データには、例えば生体の体動やプローブの動き等の外因が含まれている場合がある。上記装置によれば、変位データを時間微分処理することにより、変位データに含まれている外因が軽減され、望ましくは完全に除去されるため、せん断波の測定精度が高められる。
【００１０】
望ましい具体例において、前記変位計測部は、互いに異なる位置から得られる前記受信信号に基づいて、各位置ごとに変位データを生成し、前記速度算出部は、各位置ごとに前記変位データを時間微分処理して時間微分データを生成し、第一の位置における時間微分データ内の特徴時相と第二の位置における時間微分データ内の特徴時相とに基づいて、せん断波の速度を算出する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記速度算出部は、各位置における時間微分データ内の特徴時相として、極大値の時相と極小値の時相とゼロクロスの時相のうちの少なくとも１つの時相に基づいて、せん断波の速度を算出する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記変位計測部は、互いに異なる位置から得られる前記受信信号に基づいて、各位置ごとにその位置におけるせん断波の位相の時間変化を示す変位データを生成する、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記送信部は、せん断波を発生させる超音波の送信信号を前記プローブへ出力し、これにより発生するせん断波を計測する超音波の送信信号を前記プローブへ出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、超音波診断装置におけるせん断波の計測精度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】せん断波の発生と計測の具体例を説明するための図である。
【図３】せん断波の計測において得られるデータの具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。プローブ１０は、例えば生体内における組織等の診断対象を含む領域に対して超音波を送受する超音波探触子である。プローブ１０は、各々が超音波を送受または送波する複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が送信部１２により送信制御されて送信ビームが形成される。
【００１７】
また、プローブ１０が備える複数の振動素子が、診断対象を含む領域内から超音波を受波し、これにより得られた信号が受信部１４へ出力され、受信部１４が受信ビームを形成して受信ビームに沿って受信信号（エコーデータ）が収集される。
【００１８】
プローブ１０は、診断対象を含む領域内においてせん断波を発生させる超音波（プッシュパルス）を送波する機能と、せん断波を計測する超音波（トラッキングパルス）を送受する機能と、画像形成用の超音波を送受する機能を備えている。
【００１９】
超音波の送波は、送信部１２によって制御される。つまり、せん断波を発生させる際に送信部１２は、プッシュパルスの送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、プッシュパルスの送信ビームが形成される。また、せん断波を計測する際に、送信部１２は、トラッキングパルスの送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、トラッキングパルスの送信ビームが形成される。さらに、超音波画像を形成する際に、送信部１２は、画像形成用の送信信号をプローブ１０が備える複数の振動素子へ出力し、これにより、画像形成用の送信ビームが走査される。
【００２０】
また、受信部１４は、プローブ１０がトラッキングパルスを送受することにより複数の振動素子から得られる受波信号に基づいて、トラッキングパルスの受信ビームを形成し、その受信ビームに対応した受信信号を得る。さらに、受信部１４は、プローブ１０が画像形成用の超音波を送受することにより複数の振動素子から得られる受波信号に基づいて、画像形成用の受信ビームを形成しその受信ビームに対応した受信信号を生成する。
【００２１】
画像形成用の超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）は、診断対象を含む二次元平面内において走査され、二次元平面内から画像形成用の受信信号が収集される。もちろん、画像形成用の超音波ビームが三次元空間内において立体的に走査され、三次元空間内から画像形成用の受信信号が収集されてもよい。
【００２２】
画像形成部２０は、受信部１４において収集された画像形成用の受信信号に基づいて、超音波の画像データを形成する。画像形成部２０は、例えば診断対象を含む領域のＢモード画像の画像データを形成する。なお、画像形成用の受信信号が三次元的に収集されている場合に、画像形成部２０は、三次元超音波画像の画像データを形成してもよい。
【００２３】
位相算出部３０は、受信部１４から得られるトラッキングパルスの受信ビームに対応した受信信号に基づいて、複数時相に亘るせん断波の変位を示す変位データを生成する。また、速度算出部４０は、変位データを時間微分処理して得られる時間微分データに基づいて、せん断波の速度を算出する。位相算出部３０と速度算出部４０における処理については後にさらに詳述する。
【００２４】
表示処理部５０は、画像形成部２０から得られる超音波画像の画像データと、速度算出部４０において算出されるせん断波の速度に基づいて、表示画像を形成する。表示処理部５０において形成された表示画像は、表示部５２に表示される。制御部６０は、図１に示す超音波診断装置内を全体的に制御する。
【００２５】
図１に示す各構成（各機能ブロック）のうち、送信部１２，受信部１４，画像形成部２０，位相算出部３０，速度算出部４０，表示処理部５０は、それぞれ、例えば、電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、表示部５２の好適な具体例は液晶ディスプレイ等である。そして、制御部６０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。
【００２６】
図１の超音波診断装置の概要は以上のとおりである。次に、図１の超音波診断装置によるせん断波の発生と計測について詳述する。なお、図１に示した構成（機能ブロック）については、以下の説明において図１の符号を利用する。
【００２７】
図２は、せん断波の発生と計測の具体例を説明するための図である。図２（Ａ）には、プローブ１０を利用して形成されるプッシュパルスの送信ビームＰと、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の具体例が図示されている。
【００２８】
図２（Ａ）において、プッシュパルスの送信ビームＰは、Ｘ方向の位置ｐを通るように深さＹ方向に沿って形成される。例えば、図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｐを焦点としてプッシュパルスの送信ビームＰが形成される。位置ｐは、例えば、表示部５２に表示される診断対象の超音波画像を確認したユーザ（検査者）により、所望の位置に設定される。
【００２９】
位置ｐを焦点としてプッシュパルスの送信ビームＰが形成されてプッシュパルスが送波されると、位置ｐを起点として比較的強いせん断波が発生する。図２（Ａ）においては、位置ｐを中心として発生するせん断のＸ方向における伝搬速度が計測される。
【００３０】
図２（Ａ）において、トラッキングパルスに係る２本の超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成される。超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）Ｔ１は、例えば図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｘ１を通るように形成され、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）Ｔ２は、例えば図２（Ａ）に示すＸ軸上の位置ｘ２を通るように形成される。位置ｘ１と位置ｘ２は、例えば、表示部５２に表示される診断対象の超音波画像を確認したユーザ（検査者）により所望の位置に設定されてもよいし、位置ｐからＸ方向に沿って所定の距離だけ離れた個所に位置ｘ１と位置ｘ２が設定されてもよい。なお、位置ｐから位置ｘ２までの距離は、例えば数ｍｍ程度から数ｃｍ程度であり、特に１０ｍｍ程度が望ましい。
【００３１】
図２（Ｂ）は、プッシュパルスの送信ビームＰとトラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の生成タイミングの具体例を示している。図２（Ｂ）の横軸は時間軸ｔである。
【００３２】
図２（Ｂ）において、期間Ｐは、プッシュパルスの送信ビームＰが形成される期間であり、期間Ｔ１，Ｔ２は、それぞれ、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成される期間である。
【００３３】
期間Ｐ内においては、多数波のプッシュパルスが送波される。例えば、期間Ｐ内において、連続波の超音波が送波される。これにより、例えば位置ｐにおいてせん断波が発生する。
【００３４】
期間Ｔ１，Ｔ２においては、１波から数波程度のいわゆるパルス波のトラッキングパルスが送波され、そのパルス波に伴う反射波が受波される。例えば位置ｘ１，ｘ２を通る超音波ビームＴ１，Ｔ２が形成され、位置ｘ１，ｘ２における受信信号が得られる。
【００３５】
トラッキングパルスの送受は、複数の期間に亘って繰り返し行われる。つまり、図２（Ｂ）に示すように、期間Ｔ１，Ｔ２が交互に、例えば期間Ｔ１と期間Ｔ２がそれぞれ７５回程度繰り返される。これにより、位置ｘ１と位置ｘ２のそれぞれにおいて、複数の時刻に亘って受信信号が取得され、せん断波の計測が行われる。
【００３６】
なお、ＰＲＴ（Ｔ１）は、期間Ｔ１の繰り返し時間であり、ＰＲＴ（Ｔ２）は、期間Ｔ２の繰り返し時間である。また、基準時刻Ｔ１と基準時刻Ｔ２は、せん断波の位相を算出する際の基準となる時刻である。例えば、図２（Ｂ）に示すように、プッシュパルスの期間Ｐ後に最初に現れる期間Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ基準時刻Ｔ１，基準時刻Ｔ２とされる。なお、基準時刻Ｔ１と基準時刻Ｔ２は、期間Ｐの直後に限らず、任意の期間Ｔ１と期間Ｔ２に設定されてもよい。但し、基準時刻Ｔ１と基準時刻Ｔ２は、互いに隣り合う期間Ｔ１と期間Ｔ２に設定されることが望ましい。
【００３７】
また、図２の具体例においては、プッシュパルスの送信ビームＰに対して、Ｘ軸の正方向側に、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２を形成しているが、プッシュパルスの送信ビームＰに対して、Ｘ軸の負方向側にトラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２を形成して、Ｘ軸の負方向側に伝搬するせん断波を計測するようにしてもよい。もちろん、プッシュパルスの送信ビームＰの位置ｐや、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１，Ｔ２の位置ｘ１，ｘ２は、診断対象や診断状況等に応じて適切に設定されることが望ましい。
【００３８】
図３は、せん断波の計測において得られるデータの具体例を示す図である。図３（１）は、せん断波の位相φの時間変化を示す変位データの具体例を示している。図３（１）において、波形Ｔ１は、トラッキングパルスの超音波ビームＴ１が形成される位置ｘ１（図２）におけるせん断波の位相を示しており、波形Ｔ２は、トラッキングパルスの超音波ビームＴ２が形成される位置ｘ２（図２）におけるせん断波の位相を示している。
【００３９】
位相算出部３０は、基準時刻Ｔ１（図２）における位置ｘ１の受信信号と、複数の期間Ｔ１に亘って各期間Ｔ１（図２）ごとに得られる位置ｘ１の受信信号に基づいて、位置ｘ１におけるせん断波の位相φを算出して波形Ｔ１を形成する。また、位相算出部３０は、基準時刻Ｔ２（図２）における位置ｘ２の受信信号と、複数の期間Ｔ２に亘って各期間Ｔ２（図２）ごとに得られる位置ｘ２の受信信号に基づいて、位置ｘ２におけるせん断波の位相φを算出して波形Ｔ２を形成する。
【００４０】
例えば、位相算出部３０は、基準時刻における受信信号に対して直交検波処理等を施して、数１式に示す基準時刻の複素受信信号（ＩＱｎ）を算出する。また、位相算出部３０は、各期間における受信信号に対して直交検波処理等を施して、数１式に示す各時刻ｉの複素受信信号（ＩＱｉ）を算出する。
【００４１】
【数１】
2015128554.tif 000003
【００４２】
さらに、位相算出部３０は、基準時刻の複素受信信号（ＩＱｎ）と各期間における複素受信信号（ＩＱｉ）について、数２式に示すように複素共役積（ｒｉ）を算出する。
【００４３】
【数２】
2015128554.tif 000004
【００４４】
そして、位相算出部３０は、複素共役積（ｒｉ）の実数成分であるＲｅａｌ（ｒｉ）と虚数成分であるＩｍａｇ（ｒｉ）に基づいて、数３式に示すように、時刻ｉにおける位相φ（ａｎｇｌｅｉ）を算出する。
【００４５】
【数３】
2015128554.tif 000005
【００４６】
位相算出部３０は、基準時刻Ｔ１の位置ｘ１の複素受信信号（ＩＱｎ）と各期間Ｔ１の位置ｘ１の複素受信信号（ＩＱｉ）について、数１から数３式を適用し、複数の期間Ｔ１（複数の時刻）について位相φを算出することにより、図３の波形Ｔ１を生成する。また位相算出部３０は、基準時刻Ｔ２の位置ｘ２の複素受信信号（ＩＱｎ）と各期間Ｔ２の位置ｘ２の複素受信信号（ＩＱｉ）について数１から数３式を適用し、複数の期間Ｔ２（複数の時刻）について位相φを算出することにより、図３の波形Ｔ２を生成する。
【００４７】
位相算出部３０において、せん断波の位相φの時間変化を示す変位データが生成されると、速度算出部４０は、変位データを時間微分処理して時間微分データを生成する。図３の具体例において、速度算出部４０は、図３（１）の波形Ｔ１と波形Ｔ２をそれぞれ時間微分処理して、図３（２）に示す位相φの時間微分の波形を生成する。
【００４８】
図３（２）における波形Ｔ１と波形Ｔ２は、それぞれ、図３（１）の波形Ｔ１と波形Ｔ２を時間微分処理して得られる。速度算出部４０は、例えば、微分フィルタ等を用いた微分処理により、図３（１）の波形Ｔ１と波形Ｔ２から、図３（２）の波形Ｔ１と波形Ｔ２を生成する。なお、図３（１）の波形Ｔ１と波形Ｔ２に対してローパスフィルタ等を適用してノイズ等を除去してから、微分処理を行うことが望ましい。
【００４９】
そして、速度算出部４０は、時間微分データに基づいて、せん断波の速度を算出する。速度算出部４０は、図３（２）の波形Ｔ１内の特徴時相と波形Ｔ２内の特徴時相に基づいて、せん断波の速度を算出する。特徴時相としては、例えば、極大値の時相と極小値の時相とゼロクロスの時相のうちの少なくとも１つの時相が利用される。
【００５０】
図３（２）において、時刻ｔ１と時刻ｔ３は、それぞれ、波形Ｔ１と波形Ｔ２の極大値（正のピーク）が得られた時相である。また、時刻ｔ２と時刻ｔ５は、それぞれ、波形Ｔ１と波形Ｔ２のゼロクロスの時相である。また、時刻ｔ４と時刻ｔ６は、それぞれ、波形Ｔ１と波形Ｔ２の極小値（負のピーク）が得られた時相である。
【００５１】
速度算出部４０は、時刻ｔ１から時刻ｔ６に基づいて、数４式により、せん断波のＸ軸方向（図２）の伝搬速度を算出する。数４式において、Ｖｓ（Ｐ）は、波形Ｔ１と波形Ｔ２の極大値（正のピーク）に基づく速度であり、Ｖｓ（０）は、波形Ｔ１と波形Ｔ２のゼロクロスに基づく速度であり、Ｖｓ（Ｎ）は、波形Ｔ１と波形Ｔ２の極小値（負のピーク）に基づく速度である。なお、Δｘは、位置ｘ１と位置ｘ２の距離である。
【００５２】
【数４】
2015128554.tif 000006
【００５３】
速度算出部４０において速度Ｖｓが算出されると、表示処理部５０は、速度Ｖｓを含んだ表示画像を形成し、その表示画像が表示部５２に表示される。例えば、数４式におけるＶｓ（Ｐ）とＶｓ（０）とＶｓ（Ｎ）のうちの少なくとも１つが表示される。速度Ｖｓとして、Ｖｓ（Ｐ）とＶｓ（０）とＶｓ（Ｎ）の平均値が算出されて表示されてもよい。また、速度Ｖｓと共に、又は、速度Ｖｓに代えて、速度Ｖｓに基づいて組織の硬さに関する指標が算出されて表示されてもよい。例えば、硬さに関する指標として、速度Ｖｓに基づいて、ヤング率Ｅ＝３ρＶｓ２（ρ：密度）が算出されて表示されてもよい。
【００５４】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５５】
１０  プローブ、１２  送信部、１４  受信部、２０  画像形成部、３０  位相算出部、４０  速度算出部、５０  表示処理部、５２  表示部、６０  制御部。
【図１】
2015128554.tif 000007
【図２】
2015128554.tif 000008
【図３】
2015128554.tif 000009