(57)【要約】 内部応力の影響を回避し、高精度で高い再現性を実現する、弾性評価機能を備える超音波診断装置を提供する。検査対象に対し、超音波を送受信する探触子１２から第１、第２、第３の超音波を送受信する送受信部１３と、第１の超音波による受信信号により画像を生成する画像生成部１６と、生成された画像に基づき計測領域を設定し、計測領域に第２の超音波を送信してせん断波を発生し、計測領域に第３の超音波を送受信して得られる受信信号により、せん断波の伝搬速度を算出する速度計測部１７と、算出された伝搬速度に基づき検査対象の弾性を評価する弾性評価部１８とを備え、速度計測部において、同一個所で複数回の伝搬速度計測を行い、弾性評価部１８において、複数回の伝搬速度の計測結果の変化を利用して弾性評価指標を導出する。
2016093024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に対し、超音波を送受信する探触子から、第１、第２、第３の超音波を送受信する送受信部と、
前記第１の超音波信号による受信信号により前記検査対象の画像を生成する画像生成部と、
前記画像に基づき設定した計測領域に、前記第２の超音波を送信してせん断波を発生し、前記せん断波の伝搬速度を、前記第３の超音波により計測する速度計測部と、
前記伝搬速度に基づき前記検査対象の弾性を評価する弾性評価部と、を備え、
前記速度計測部において、同一個所で複数回の速度計測を行い、前記弾性評価部において、速度計測結果の変化を利用して前記検査対象の弾性評価指標を導出する、
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であって、
応力指標計測部を更に備え、
前記応力指標計測部は、前記第１の超音波、或いは前記第３の超音波の送信による受信信号を利用し、前記検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する、
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であって、
前記応力指標計測部は、前記検査対象の心電図波形に基づき前記応力指標を導出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波診断装置であって、
前記応力指標計測部は、前記第３の超音波を利用する前記応力指標を、前記第３の超音波が伝搬する領域から、前記せん断波が伝搬する領域を除く領域からの受信信号に基づき計測する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項２に記載の超音波診断装置であって、
前記弾性評価部は、前記速度計測部にて計測される複数の前記伝搬速度と、各伝搬速度に対応する前記応力指標の関係を近似直線で評価し、その傾き角または速度変化を前記弾性評価指標とする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項２に記載の超音波診断装置であって、
前記超音波の送信方向を制御する送信方向制御部を更に備え、
前記送信方向制御部は、互いに平行でない複数方向を確定して、前記複数方向に前記第２の超音波を送信し、
前記速度計測部は、前記複数方向の送信に対応する前記せん断波の伝搬速度を計測する、ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断装置であって、
前記弾性評価部は、前記速度計測部にて計測される複数の前記伝搬速度と、各伝搬速度に対応する前記応力指標の関係を近似直線で評価し、各伝搬方向に係る前記近似直線の交点の速度数値を前記弾性評価指標として出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項６に記載の超音波診断装置であって、
応力軸同定部を更に備え、
前記応力軸同定部で、前記第１または第３の超音波を利用して、外力に起因する前記応力指標の変化が最大となる応力軸を同定し、
前記応力指標計測部は、前記応力軸上で前記応力指標を計測する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断装置であって、
前記送信方向制御部で確定される前記第２の超音波の送信方向は、前記応力軸と前記探触子の送信可能範囲を用いて最適化される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の超音波診断装置であって、
周波数解析部を更に備え、
前記周波数解析部は、計測される前記せん断波の波形を周波数解析し、周波数依存性を有する指標を出力する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波診断装置であって、
前記弾性評価部は、前記速度計測部、前記応力指標計測部、および前記周波数解析部の出力に基づき、応力指標の影響を受けない前記伝搬速度と周波数の関係性を導出して無応力位相速度とし、前記無応力位相速度の周波数依存性に基づき、前記検査対象の粘弾性に係わる弾性評価指標を導出する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
表示部を更に備え、
前記表示部は、前記弾性評価部にて導出される前記弾性評価指標を、数値、グラフ、或いは画像として表示する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の超音波診断装置であって、
前記弾性評価指標は、前記検査対象の変位、歪、粒子速度、群速度、位相速度、減衰率、ヤング率、剛性率、複素弾性率（貯蔵弾性率、損失弾性率）、体積弾性率、せん断波速度、縦波速度、粘性率、或いはポアソン比で得られる、物質の弾性に係わる数値情報である、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
探触子を用いた弾性評価方法であって、
検査対象の計測領域にせん断波を発生し、
前記探触子から超音波を送受信することにより、前記計測領域の前記せん断波の伝搬速度を、同一箇所で複数回計測し、
得られた複数の速度計測結果の変化を利用して前記検査対象の弾性評価指標を導出する、ことを特徴とする弾性評価方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の弾性評価方法であって、
前記第１の超音波、或いは前記第３の超音波の送信による受信信号を利用し、前記検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する、
ことを特徴とする弾性評価方法。
【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係り、被検体内にせん断波を発生させ、その伝搬速度から弾性を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波やMRI（Magnetic Resonance Imaging）、X線CT（Computed Tomography）に代表される医療用の画像表示装置は、目視できない生体内の情報を数値または画像の形態で提示する装置として広く利用されている。中でも超音波を利用した画像表示装置は、他の装置と比較して高い時間分解能を備えており、拍動下の心臓を滲みなく画像化できる性能を持つ。【０００３】
被検体である生体内を伝搬する超音波は主に縦波と横波に区別され、製品に搭載されている多くの技術、すなわち組織形態を映像化する技術や血流速度を計測する技術では、主に縦波（音速約1540m/s）の情報を利用している。【０００４】
近年、横波（以降、せん断波）を利用して組織の弾性率を評価するエラストグラフィなどの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、その伝搬速度から弾性を評価する。せん断波を発生させる手法は、機械方式と放射圧方式に大別される。機械方式は、バイブレータ等を利用して体表面に1kHz程度の振動を与えてせん断波を発生させる方式で、振動源となる駆動装置が必要である。一方、放射圧方式は、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音響放射圧を加え、それに伴う組織変位によってせん断波を発生させる。いずれの方式も、発生したせん断波の伝搬に伴う生体内の組織変位を超音波を利用して計測し、組織の硬さに関する情報を評価する技術である。【０００５】
これらに関連する先行技術文献としては、例えば、音響放射圧を利用した弾性評価の手法に関する特許文献１、２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５２６６２６号公報
【特許文献２】特開２０１４−０６４９１２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「音弾性」社団法人  日本非破壊検査協会, P2-P15  (1994年11月20日発行)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の手法においては、集束超音波を利用して組織内に放射力を発生させ、組織内にせん断波を伝搬させる。伝搬方向には超音波送受信を実施する複数の計測地点を設け、組織変位の時間変化を計測する。変位の計測結果を利用して各計測地点におけるせん断波の到来時間を計測する。各計測地点における到来時間を利用して、各計測地点間におけるせん断波の伝搬時間を算出し、速度を計測する。【０００９】
特許文献２に記載の手法においては、検査対象を外部から圧迫し、検査対象に発生する変位を２次元画像として表示する静的エラストグラフィを用いた歪イメージングに関し、最適な圧迫状態を検知する手法に関する。この時、外部からの圧迫の強弱を、変位を利用して継時的にモニタリングし、その結果から例えば最大変位となる時相を選択し、歪イメージングに最適な時相として判定する。【００１０】
せん断波が伝搬する媒質に外部から力が掛かる場合、媒質内部には弾性変形、即ち内部応力が発生し、せん断波の音響特性（例えば伝搬速度）に影響を及ぼすことが、コンクリートなどの非破壊検査の分野で知られている（非特許文献１参照）。具体的には、伝搬速度と応力（または近似的に歪）に線形的な関係性があり、その比例係数は３次を含む高次の弾性定数で記載される内容である。更に、この比例係数は、力の方向（応力軸）に対する方向依存性を持ち、せん断波の伝搬方向や媒質振動の方向で異なることが知られている。【００１１】
生体の軟部組織においても同様の現象が推察され、周辺組織からの外力による内部応力を含む可能性が考えられる。せん断波の伝搬経路に血管や結節が存在する場合、せん断波は回折や屈折の影響を受ける。この組織構造の存在は、画像情報等で確認できる「目に見える」誤差要因である。一方、内部応力による音響特性の変化は、「目に見えない」誤差要因で画像等の情報に基づく回避手段がないため、弾性評価機能の精度低下のみならず、再現性低下にも関わる重要な問題となっている。例えば、均質な弾性率を持つ検査対象であれば、せん断波の速度分布は、検査対象の部位によらず一定となる。しかし、部位によって内部応力に差異がある場合、せん断波の速度分布にも違いが現れ、実態と異なる結果が導出され、診断精度に影響を及ぼす。【００１２】
本発明の目的は、内部応力による音響特性の変化を利用し、高精度かつ高い再現性を持つ弾性評価が可能な超音波診断装置、及び弾性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明においては、上記目的を達成するため、検査対象に対し、超音波を送受信する探触子から、第１、第２、第３の超音波を送受信する送受信部と、第１の超音波信号による受信信号により検査対象の画像を生成する画像生成部と、画像に基づき設定した計測領域に、第２の超音波を送信してせん断波を発生し、せん断波の伝搬速度を、第３の超音波により計測する速度計測部と、伝搬速度に基づき検査対象の弾性を評価する弾性評価部と、を備え、速度計測部において、同一個所で複数回の速度計測を行い、弾性評価部において、速度計測結果の変化を利用して検査対象の弾性評価指標を導出する超音波診断装置を提供する。【００１４】
また、本発明においては、上記目的を達成するため、探触子を用いた弾性評価方法であって、検査対象の計測領域にせん断波を発生し、探触子から超音波を送受信することにより、計測領域のせん断波の伝搬速度を同一箇所で複数回計測し、得られた複数の速度計測結果の変化を利用して検査対象の弾性評価指標を導出する弾性評価方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、高精度かつ再現性良く、弾性評価指標を導出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】実施例１の弾性評価部における処理のフローチャートを示す図である。
【図３Ａ】実施例１の計測領域の設置手法の一例を示す図である。
【図３Ｂ】実施例１の検査対象と外力源の一例を示す図である。
【図４Ａ】実施例１の心電図と速度計測の時点を示す図である。
【図４Ｂ】実施例１の応力指標とせん断波速度の関係を示す図である。
【図５】実施例１の応力指標の換算に関する第２の手段を示す図である。
【図６Ａ】実施例１の波面計測と変位計測の両立を示す図である。
【図６Ｂ】実施例１の超音波の送信シーケンスと利用法を示す図である。
【図７】実施例１の弾性評価指標を示す図である。
【図８Ａ】従来の速度分布の画像の一例を示す図である。
【図８Ｂ】実施例１の弾性評価指標分布の画像の一例を示す図である。
【図８Ｃ】実施例１の弾性評価指標の変化率の画像の一例を示す図である。
【図９】実施例２の超音波診断装置の一構成を示すブロック図である。
【図１０】実施例２の弾性評価に至るフローチャートを示す図である。
【図１１】実施例２の速度ベクトルの対称性を示す図である。
【図１２】実施例２の２方向送信の第１例を示す図である。
【図１３】実施例２の２方向送信の第２例を示す図である。
【図１４】実施例２の弾性評価結果の一例を示す図である。
【図１５】実施例２の表示形態の一例を示す図である。
【図１６】実施例２の応力指標の算出手法を示す図である。
【図１７】実施例３の超音波診断装置の一構成を示す図である。
【図１８】実施例３の送信方向の確定手法の第１例を示す図である。
【図１９】実施例３の送信方向の確定手法の第２例を示す図である。
【図２０】実施例３の送信方向の確定手法の第３例を示す図である。
【図２１】実施例３の超音波の送受信シーケンスと利用法を示す図である。
【図２２】実施例４の超音波診断装置の一構成を示す図である。
【図２３】実施例４の弾性評価に至るフローチャートを示す図である。
【図２４】実施例４の弾性評価結果の一例を示す図である。
【図２５】各実施例の弾性評価結果の表示の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に従い説明する。なお、本明細書において、検査対象の弾性に係る数値情報である弾性評価指標は、変位、歪、粒子速度、群速度、位相速度、減衰率、ヤング率、剛性率、複素弾性率（貯蔵弾性率、損失弾性率）、体積弾性率、せん断波速度、縦波速度、粘性率、或いはポアソン比など、組織の物性値全般を指すこととするが、以下の説明はせん断波速度を例示して説明する。
【００１８】
また、本明細書において、せん断波を励起する手法は、音響放射圧、加振装置などの機械的な加振、心拍動など、検査対象に振動を与える加振源全般を指すが、以下の説明は音響放射圧を利用する方法を例示して説明するが、これに限定されるものではない。更に、本明細書において、検査対象に内部応力を与える外力としては、加振装置を用いた機械的な加振、探触子を利用した圧迫、心拍動など臓器体動に伴う圧力など、検査対象に対する外力源全般を指すが、以下の説明は心拍動による外力を例示して説明する。また更に、本明細書において、検査対象とはせん断波が伝搬する媒質全般を指し、基本的には生体組織であるが、特に限定しない。以下の説明は、肝臓組織を例示して説明する。なお、本明細書において、検査対象の内部応力に関連する指標、すなわち応力、変位、歪、粒子速度、応力の大小に対応する時間など、総称して応力指標と呼ぶ。
【実施例１】
【００１９】
実施例１は、検査対象に対し、超音波を送受信する探触子から、第１、第２、第３の超音波を送受信する送受信部１３と、第１の超音波信号による受信信号により検査対象の画像を生成する画像生成部１６と、画像に基づき設定した計測領域に、第２の超音波を送信してせん断波を発生し、せん断波の伝搬速度を、第３の超音波により計測する速度計測部１７と、伝搬速度に基づき検査対象の弾性を評価する弾性評価部１８とを備え、速度計測部１７において、同一個所で複数回の速度計測を行い、弾性評価部１８において、速度計測結果の変化を利用して検査対象の弾性評価指標を導出する構成の超音波診断装置の実施例である。また、探触子を用いた弾性評価方法であって、検査対象の計測領域にせん断波を発生し、探触子から超音波を送受信することにより、計測領域のせん断波の伝搬速度を、同一箇所で複数回計測し、得られた複数の速度計測結果の変化を利用して検査対象の弾性評価指標を導出する弾性評価方法の実施例である。【００２０】
すなわち、本実施例は、異なる時相、異なる内部応力の状態で計測された、複数のせん断波伝搬速度に基づき、検査対象の弾性評価指標を出力する実施例である。更に、本実施例は、応力指標計測部２０を更に備え、応力指標計測部２０は、第１の超音波、或いは第３の超音波の送信による受信信号を利用し、検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する構成の超音波診断装置、並びに、第１の超音波、或いは第３の超音波の送信による受信信号を利用し、検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する弾性評価方法の実施例である。【００２１】
図１の超音波診断装置の一構成例を示すブロック図を用いて、本実施例の超音波診断装置、及びその弾性評価方法を説明する。図１の超音波診断装置の構成において、装置本体１０は、被検体内の計測領域に第２および第３の超音波を送受信し、せん断波の速度計測を実施する速度計測部１７を含み、また、速度計測を異なる時相で複数回実施し、その結果に基づいて弾性評価指標を導出する弾性評価部１８を含む、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）データまたはビデオデータに基づく信号処理を実施するブロック全体の総称である。後で説明するように、この装置本体１０は、送受信部１３を除いて、通常のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などのコンピュータを用いることにより構成できる。【００２２】
まず本実施例で利用する画像生成に関わる構成について説明する。探触子１２を介して実施される画像生成に関する超音波送受信の方式は、一般的に知られる技術内容であるため、その詳細を省略して簡単に説明する。図１に示す様に、被検体である検査対象１１の体表面に設置させた、超音波を送受信する探触子１２に対して、超音波の送受信部１３、すなわち、超音波信号を生成する送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）から送信パルス用の電気信号がデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器を経て伝送される。探触子１２に入力された電気信号はその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、検査対象に送信される。送信は複数のセラミック素子で行ない、被検体である検査対象１１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。【００２３】
検査対象の内部を伝搬する過程で反射した音響信号は再び探触子１２にて受信され、送受信部１３に送られる。送受信部１３の内部で、送信時とは逆に電気信号に変換され、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を経て、受信した超音波信号から複素のＲＦデータを生成する受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）に受信データとして送られる。受信ＢＦ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加算処理である整相加算が行なわれ、減衰補正等の処理がなされた後、複素のＲＦデータが生成される。複素のＲＦデータは、組織の形態情報を示す輝度モード画像（Ｂ画像）を生成する画像生成部１６に送られる。以上説明したように、図１においては、送信ＢＦ、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器、受信ＢＦを含む、超音波信号の送受信に係わる一連のブロックを総称して、送受信部１３と呼び、その制御は制御部１４で実施される。制御部１４は、ＰＣ等が内蔵する中央処理部（ＣＰＵ）を用いることができる。メモリ１５は、同様にＰＣ等が内蔵する記憶部を利用し、制御部１４で実行される各種のプログラムや、得られた各種のデータを記憶する。【００２４】
送受信部１３から出力されるＲＦデータは、最終的に表示部１９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。検査対象に対する超音波の送受信を、探触子１２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、画像データの構成要素となる全ての受信データとしてＲＦデータが取得され、表示部１９に表示される。この表示部１９は、専用の表示装置やＰＣ等の表示装置を利用することが可能であり、後で説明するように、弾性評価部１８にて導出される弾性評価の結果を、数値、グラフ、画像の形態で表示するためにも使用される。【００２５】
送受信部１３から取得した受信データであるＲＦデータは画像生成部１６において、ゲイン制御、対数圧縮、包絡線検波、探触子の種類に応じた画素補間や座標変換など、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が実施され、検査対象の内部の形態情報を示すＢ画像が生成される。この画像生成部１６は、上述した制御部１４同様、ＰＣ等のＣＰＵで構成したり、専用の画像処理用集積回路（ＩＣ）で構成したりすることができる。生成されたＢ画像は、信号の取得条件や画像、数値を表示する表示部１９に表示される。【００２６】
本実施例の装置本体１０は、図１に示すように、検査対象１１にせん断波を発生させ、その伝搬速度を計測する速度計測部１７と、計測された伝搬速度に基づいて検査対象１１の弾性を評価する弾性評価部１８と、更に、検査対象１１の内部応力に関連する指標である、応力、変位、歪、粒子速度、応力の大小に対応する時間などの応力指標を計測する応力指標計測部２０を備える。これら速度計測部１７、弾性評価部１８、応力指標計測部２０は、先に説明したＰＣのＣＰＵによるプログラム実行で実現することができる。【００２７】
次に、図２、図３Ａを利用して、本実施例の超音波診断装置における、計測領域の設定から弾性評価に至る動作処理のフローチャートを示す。まず工程２１では、送受信部１３を介して第１の超音波を送受信し、工程２２にて検査対象のＢ画像を生成する。次に、表示部１９に表示されたこのＢ画像に基づき、ユーザである術者は弾性評価を実施する計測領域３１を選定する。この計測領域３１の位置の選定は、図１に示すＰＣの入力手段であるキーボードやマウス等の入力部２１を用いて行うことができる。【００２８】
なお、この計測領域３１のサイズは、せん断波の伝搬範囲に対応して決められる。即ち、深度方向に関しては、制御部１４が、音響放射圧の分布範囲と同程度とし、第２超音波の送信条件である口径、周波数などで概ね確定する。方位方向に関しては、同じく制御部１４が、主に発生したせん断波の減衰、すなわち波面振幅および速度計測の感度で確定する。第２超音波の送信音圧を上げれば高振幅のせん断波が発生し、伝搬距離は長くなる。【００２９】
しかしながら生体内での温度上昇を誘発し安全性が確保されなくなるため、第２超音波の送信音圧や波連長（波数）は安全性の観点で制限がかかる。一般的には、約１０ｍｍ程度の伝搬距離が、安全性と計測感度が両立される。また、計測領域を設定する場所に関しては、血管や結節等の構造物は、回折や屈折、反射の効果により、せん断波の波面を乱し、速度計測の原因となるため、図３Ａに示す様に、これら構造物を避けた位置に計測領域３１が設定される。【００３０】
続いて、図２の工程２４、工程２５にて、せん断波の発生、および速度計測が速度計測部１７で実行される。速度計測部１７では、第２、第３の超音波を利用して、せん断波を発生させ、その伝搬速度を計測する。まず第２の超音波送信により検査対象内部に音響放射圧を励起し、局所的な変位を発生させる。この第２の超音波は、Ｂ画像の生成に用いられる超音波信号よりも波連長（波数）が長いバースト波が利用されることが、一般的である。第２の超音波送信を停止すると同時に、媒質には局所変位を元に戻そうとする復元力が働く。この復元力に伴うせん断応力が起点となり、第２の超音波送信方向に直交する方向（ラジアル方向）にせん断波が伝搬する。【００３１】
せん断波は、伝搬方向と直交する方向、すなわち第２の超音波送信方向に平行な方向に媒質を振動させながら進行する。伝搬方向に複数の計測地点を設け、せん断波の到達時間を計測することにより、各計測地点間の距離、および、到達時間の時間差が求まり、結果としてせん断波の伝搬速度が算出される。なお、図６Ａに見るように、本説明では計測地点は２点を想定し、第１計測地点および第２計測地点と呼ぶ。到達時間の計測は、第３の超音波送信を利用して行われる。第３の超音波の送信条件は、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。せん断波を検知するための媒質の変位計測は、第３の超音波送信に対する受信信号（ＲＦデータ）を利用し、ドプラ法、スペックルトラッキング法などの複素相関演算により実行される。【００３２】
具体的には、まず第１計測地点に対して連続的に超音波を送受信し、媒質変位の時間変化を観察する。波面計測領域において、計測地点への波面到達と共に、媒質変位は大きく変化するため、その波面特徴量である波面の極値やゼロクロス点などから、到達時間が算出される。第２計測地点においても、第１計測地点と同様の処理を実行し、第２計測地点への波面到達時間が算出される。上記説明では、波面計測を媒質変位で行なうことを想定しているが、超音波の送受信に要する時間であるパルス送信の繰り返し周波数（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｔｉｍｅ：ＰＲＦ）における媒質変位として捉えれば、媒質の粒子速度と考えることもできる。その他、波面計測においては、その伝搬を検知できる媒質変化であれば特に限定はなく、いずれにおいても到達時間の算出は問題なく実行される。【００３３】
計測した伝搬速度に基づき、工程２６で弾性評価が実行される。図３Ｂに示す通り、肝臓は心臓と近接しており、収縮および拡張の周期的な拍動運動による外力である応力を、応力軸３２の方向に受けている。この環境において、速度計測を複数回実行すると、異なる拍動時相（すなわち異なる応力下）での速度が算出される。本実施例の弾性評価方法においては、複数回速度計測を実行し、異なる応力下での速度変化を考慮して弾性評価指標（即ち弾性の非線形性を示す高次弾性定数、およびそれに関連する指標）を導出する。【００３４】
説明の簡単のため、図４Ａ、４Ｂの模式図で説明する。拍動運動を心電図（ＥＣＧ）で表すと、図４ＡのＥＣＧ波形４１ように、心房の収縮、心室の収縮を経て、心室拡張に至る周期的な運動を繰り返す。肝臓に視点を移すと、心臓が縮む収縮期では外力が小さくなり、内部応力は低下する。一方、心臓が膨らむ拡張期では逆の現象、すなわち外力が大きくなり、内部応力は増加する。例えば心電図上の３つの時点（ｔ１、ｔ２、ｔ３）で速度計測を実施した場合、対応する計測速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）は、最大収縮期に対応する速度Ｖ２を応力小の状態、最大拡張期に対応する速度Ｖ３を応力大の状態として、図４Ｂのようにグラフ化される。グラフの縦軸がせん断波速度であり、横軸が内部応力の関連指標である応力指標である。なお、ここでは拡張時にせん断波速度が増加することを想定している。心電図は、心室および心房の挙動に応じて波形（Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ）で区別されており、これを利用することにより、各速度計測が実行された応力状態に関する、相対的な大小関係を測ることができる。【００３５】
図４Ｂのグラフの横軸には、内部応力に関連する応力指標として、上述した応力、変位、歪、粒子速度、応力の大小に対応する時間などが設定される。この応力指標は応力指標計測部２０にて導出されるが、その算出方法は複数の手段が考えられる。第１の手段は、上述のように心電図波形の３つの時点（ｔ１、ｔ２、ｔ３）を利用して、内部応力の相対的な大小を判断する方法である。すなわち、応力指標計測部２０は、探触子１２からの第１の超音波、或いは第３の超音波の送信による受信信号を利用し、検査対象１１の外力に伴う変化を応力指標として計測する。また、応力指標計測部２０は、検査対象の心電図波形に基づき応力指標を導出する。【００３６】
次に図５を用いて、本実施例の応力指標計測部２０における応力指標算出の第２の手段として、心電図を利用しない方法について説明する。この第２の手段においては、弾性評価部は、速度計測部１７にて計測される複数の伝搬速度と、各伝搬速度に対応する応力指標の関係を近似直線で評価し、その傾き角または速度変化を弾性評価指標とするものである。【００３７】
周期的な拍動下にある肝臓において、せん断波の速度計測を断続的に複数回実施した場合、図５の上段に示すように、周期的に変動する速度計測結果が得られる。その最大速度（Ｖｍａｘ）と最小速度（Ｖｍｉｎ）は、拍動による内部応力の最大と最小に対応する速度と見なせる。したがって、例えば被検体の拍動周期を予め計測することにより、図５の下段に示すように、応力指標と速度変化の関係グラフの波形５１が構成される。拍動周期は、速度計測結果の周期と一致するはずであり、速度計測と拍動周期の計測は、同時に実行することが可能である。【００３８】
応力指標計測部２０における応力指標算出の第３の手段として、内部応力を直接的に評価して、計測領域の変位を計測する例を説明する。変位計測の方法は、複素相関演算やスペックルトラッキングなど、媒質の移動量を計測する一般的な方法を利用する。ＲＦデータなどの１次元信号を利用する場合、計測される変位は、実際の変位に関する、超音波の送受信方向への射影成分となる。Ｂ画像などの２次元信号を利用する場合には、応力方向である応力軸に沿った変位が計測可能なため、１次元信号を利用する場合に比べて高感度な変位計測が可能である。【００３９】
本実施例の超音波診断装置における超音波送受信に関しては、Ｂ画像構成を目的とする送受信と、せん断波の速度計測を目的とする送受信に大別される。数秒の周期性を持つ拍動に起因する変位を観察するには、速度計測の時間帯を含め、可能な限り連続的に実行することが必要である。しかし、速度計測の段階においては、拍動由来の変位に加えて、せん断波の伝搬に伴う変位が重なるため、一定の制限が加わる。まず、音響放射圧を励起するための、第２の超音波の照射時間帯は、バースト波を利用するため、変位計測は実行できず回避される。【００４０】
図６Ａ、図６Ｂに示すように、せん断波の伝搬を計測する第３の超音波の照射時間帯に関しては、変位計測が可能である。音響放射圧は、深度方向の有限範囲に放射圧分布６３を持つため、せん断波の波面伝搬範囲６４もこの範囲に限られる。Ｂ画像に基づき設定される図３Ａの計測領域３１は、概ねこの伝搬範囲で設定される。したがって、波面計測領域６１の前後である探触子１２から見て浅部と深部の領域においては、せん断波の影響を受けないため、拍動由来の変位計測領域６２として設定可能である。せん断波を発生させる第２の超音波であるバースト波は一般的に０．１ミリ秒から１ミリ秒の範囲であり、拍動周期に比べて極めて短時間である。即ち上述の方法によれば、Ｂ画像の生成段階から、速度計測の段階に至るまで、可能な限り継続的な変位計測が実現する。また、応力指標計測部２０が、第３の超音波の送信による受信信号を利用し、検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する場合、第３の超音波が伝搬する領域から、せん断波が伝搬する領域を除く領域からの受信信号に基づき計測することが好適であることを示している。【００４１】
図６Ｂに、本実施例の装置における超音波送受信の流れと、それに対応する速度計測と変位計測の処理の流れとの関係性を示す。図６Ｂの上段の送受信の流れに示す様に、第１、第２、第３の超音波送信または受信は連続的に実行され、速度計測の時間帯である第１回目、第２回目の計測は第３の超音波送受信の時間帯に対応する。重要な観点は変位計測の対応時間帯である。同図の下段に示すように、組織変位計測の時間帯６５、６６は、第３の超音波送受信の時間帯、即ち速度計測と並行して設定して、変位計測が実行される。【００４２】
また、破線枠の時間帯６７で示すように、Ｂ画像生成段階の第１の超音波送受信の時間帯も組織変位計測に活用可能である。組織変位計測の目的は、せん断波が伝搬している時点の媒質の状態評価であるため、この時間帯の変位計測は本実施例の弾性評価方法を実施する上で必須処理ではない。しかし、この時間帯の変位計測で得られる媒質の全体的な背景情報は、伝搬速度と組織変位の対応付けをより高精度に実施する上で重要である。【００４３】
以上説明した構成により得られた応力指標と、せん断波速度の関係グラフから、弾性評価部１８で弾性評価指標が導出される。図７に、応力指標とせん断波速度との関係示す近似直線７１を示す。同図に示す通り、弾性評価指標としては、速度変化ΔＶ、近似直線７１の傾斜角θが挙げられる。線維化などの肝疾患の進行により肝組織の硬化が進むと、拍動に伴う内部応力が低下、または変位低下するため、速度の絶対値は増加するものの、その速度変化は低下する。同時に傾斜角θも鋭角化する。したがって、例えば治療前後で上記のような弾性評価指標を比較することにより、治療の効果判定をサポートする情報が提供される。言い換えるなら、弾性評価部１８は、速度計測部１７で計測される複数の伝搬速度と、各伝搬速度に対応する応力指標の関係を近似直線で評価し、その傾き角または速度変化を弾性評価指標とすることが好適であることを示している。【００４４】
従来技術では、弾性評価指標として、せん断波の伝搬速度が直接的に使われてきた。この場合、内部応力の大小によって伝搬速度が変化し、すなわち図７の矢印Ａの方向への変化に対して、伝搬速度は縦軸方向へ変化し、実際には弾性率が均質な検査対象であっても、速度分布に差異が現れる。図８Ａは、従来の技術における、肝臓に対する外力である内部応力の影響を示す図である。更に、内部応力が周期的または非周期的に変化する場合においては、計測する時相によって速度分布が変化し、精度と再現性が共に低下する。【００４５】
一方、本実施例の方法によれば、内部応力の大小による速度変化、または傾斜角を弾性評価指標とする。速度変化によれば、計測する時相に対する影響は軽減できるが、部位による内部応力の大小による影響は回避されない。弾性評価を実施する肝臓範囲が小さい場合には、部位による内部応力の差異は小さいため、速度変化の利用も有効である。一方、傾斜角に関しては、内部応力の変化に対して一定値を保つため、即ち図７の外力の矢印方向への変化に対して、傾斜角の角度θは不変のため、図８Ｂに示す様に、傾斜角分布を２次元画像として構成した場合には、内部応力に依らず均質な分布像となる。すなわち、本実施例の弾性評価方法によれば、精度と再現性が高い診断情報の提供が実現される。
更に治療経過に伴う弾性評価指標の変化も臨床的には重要である。そこで、治療前後の弾性評価指標分布の比率を取り、その数値の大小に応じて配色を変更した表示形態（図８Ｃ）も有効である。この場合には、図７の傾斜角または速度変化ΔＶなど、治療前後の弾性評価指標の比率（相対比較）であれば同様の臨床効果を有する。【００４６】
以上説明した実施例１の超音波診断装置、及び弾性評価方法では、内部応力の方向である図３Ｂの応力軸３２を考慮しない構成となっている。実際には、内部応力に伴う速度変化に関し、その増減（加速または減速）や量的内容は、応力軸に対する波面伝搬の方向および波面振動の方向に依存する。そのため、本実施例は、応力軸の同定を必要としない、簡易な弾性評価指標の導出方法に関する内容である。しかしながら、内部応力に対する相対的な速度変化を弾性評価指標として活用する技術であるため、例えば、治療前後の比較を行う場合などでは、探触子の設置場所や、計測領域と心臓の位置関係を可能な限り統一して、応力軸の影響を低減すると好適である。【００４７】
以上の実施例１の説明においては、検査対象を肝臓として説明を記載したが、生体内組織であれば、特に限定を設けない。外力源に関しても、心臓の拍動の他、体表部からの機械的な加振や、血管内圧、消化管の蠕動運動、または腹腔の内圧など、検査対象に外力として作用する因子であれば、特に限定を設けない。【００４８】
また、使用する探触子１２は超音波を送受信できるデバイスであれば本実施例は実行可能であり、リニア型、コンベックス型、セクタ型など探触子の種類に関して、特に限定を設けない。例えば２次元アレイを有する探触子を利用することにより、空間上の任意の方向にてせん断波の速度計測が可能である。更に、せん断波を発生させる方法に関しても、本実施例では第２超音波の音響放射圧を利用する方法を一例として示したが、加振器などのデバイスを利用した方法など、検査対象にせん断応力を発生させられる方式であれば、特に限定を設けない。
また、表示形態に関しては、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃには２次元画像の形態を例示しているが、検査対象の特定の領域にて弾性評価指標の計測を実行し、数値情報として表示する形態も本実施例の表示形態として含む。【００４９】
以上、詳述した実施例１によれば、肝臓等の内部応力と速度の関係性から、検査対象の弾性に関する評価指標が導出され、高精度かつ高い再現性を持つ弾性評価機能を備えた、超音波診断装置が実現される。
【実施例２】
【００５０】
実施例２は、実施例１の内容を拡張し、せん断波を互いに変更でない複数の方向に伝搬させ、各方向の速度変化から弾性評価指標を導出する機能を備えた超音波診断装置の実施例である。すなわち、本実施例の装置は、超音波の送信方向を制御する送信方向制御部９１を更に備え、送信方向制御部９１は、互いに平行でない複数方向を確定して、当該複数方向に第２の超音波を送信し、速度計測部１７は、複数方向の送信に対応するせん断波の伝搬速度を計測する構成の実施例である。更に、弾性評価部１８は、速度計測部１７で計測される複数の伝搬速度と、各伝搬速度に対応する応力指標の関係を近似直線で評価し、各伝搬方向に係る近似直線の交点の速度数値を弾性評価指標として出力する構成の実施例である。ここでは複数の方向として例示的に２方向で説明するが、それに限定されるものでない。【００５１】
なお、本実施例で複数の方向のせん断波の速度変化を用いるのは、内部応力の影響を排除した弾性評価指標を導出することにある。前述したように、せん断波の音響特性は、応力軸を中心に伝搬方向や振動方向によって変化する。そして、例えば伝搬速度の変化は、応力や歪に対して近似的には線形的に変化することが知られている。この特性を利用し、互いに平行でない２方向に伝搬するせん断波に関して、速度と応力指標の近似直線を算出し、その交点を算出する。この交点は音響特性の一致を意味し、現実には再現できない無応力状態の速度を意味するため、外力に対して普遍的な弾性評価指標とすることができる。【００５２】
以下、図面に従い、実施例２に関する詳細説明を行う。図９は実施例２に係る超音波診断装置の構成例を示している。同図において、送信方向制御部９１を除いて、計測領域の設定に利用するＢ画像を生成する、画像生成部１６、及び、検査対象に音響放射圧を励起し、せん断波の伝搬速度を計測する、速度計測部１７の処理内容は実施例１と同様であり、詳細説明は省略する。なお、速度方向制御部３１も、実施例１で説明したＰＣ等が内蔵するＣＰＵのプログラム実行によって実現することができる。【００５３】
本実施例の装置の動作処理内容に関して、図１０に示すフローチャートに従って説明する。冒頭部分のＢ画像生成（工程１０１）、生成したＢ画像に基づく計測領域の設定（工程１０２）は実施例１と同じである。【００５４】
続いて、音響放射圧を励起するための第２超音波の送信方向を確定する（工程１０３）。第１方向と第２方向が成す角度をθとすれば、まず内部応力に対する音響的特性から、０度＜θ＜＝９０度の条件を満たす必要がある。これは、図１１の上段に示すように、２次元空間では、応力軸および直交軸に対する速度ベクトルの線対称性（Ｖ＝Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ）、また下段に示す様に、３次元空間では、応力軸に対する回転対称性および直交面に対する面対称性から、規定される条件である。例えばθ＝０度であれば、第１および第２方向のせん断波に関し、内部応力に対する速度変化は同一となる。第１方向を０度とし、第２方向をθ＝１００度に設定した場合、第２方向に伝搬するせん断波の音響特性は、θ＝８０度のそれと同一となる。また、２方向に伝搬するせん断波の音響特性の差異を最大にするには、θを可能な限り９０度に近づけることが有効である。【００５５】
次に、考慮すべき条件は、探触子１２にて送信可能な角度（ステアリング範囲）である。ステアリング範囲は、基本的にサイドローブの影響が発生しない範囲として規定される。即ち、ステアリング範囲が９０度以上であれば、θ＝９０度として第１方向および第２方向が確定する。一方、ステアリング範囲が９０度未満であれば、θは可能な限り大きく設定する観点から、第１方向および第２方向は、ステアリング範囲の両端に確定される。【００５６】
次に、工程１０４にて第１方向に対する第２超音波の送信により、せん断波が発生され、続いて第３の超音波送受信によりせん断波速度Ｖ１が計測される。次に、工程１０５にて第２方向に対する第２超音波の送信により、せん断波が発生され、続いて第３の超音波送受信によりせん断波速度Ｖ２が計測される。【００５７】
図１２は、工程１０４および工程１０５の処理による第１方向、第２方向、及びＶ１およびＶ２のせん断波の波面の一例である。この場合、Ｖ１およびＶ２の計測は、交互に複数回実施される。【００５８】
図１３に示す様に、２方向に伝搬するせん断波を計測する手法としては、第１方向および第２方向に第１超音波を同時に送信する手法も考えられる。この場合、第１、第２方向に伝搬するせん断波が混在した状態になるが、特定の方向に伝搬する波面を抽出するフィルタ処理により、分離が可能である。この方式によれば、計測時間の大幅な短縮が期待できる。【００５９】
以上の方法により計測した、せん断波速度Ｖ１およびＶ２に基づき、弾性評価が実行される（工程１０６）。速度計測の結果に関し、実施例１に記載した方法により算定した応力指標に対してプロットした結果を図１４に示す。第１方向の送信に対応する速度Ｖ１、および第２方向の送信に対応するＶ２に関して、線形的な近似直線１４０１、１４０２をフィッティングし、その交点１４０３を算出する。交点１４０３の応力指標は無応力状態（例えば、応力または歪がゼロの状態）を示し、伝搬速度Ｖ０は、無応力速度と表現できる、内部応力の影響を回避したせん断波速度の数値となる。この伝搬速度Ｖ０は工程１０７にて出力され、表示部１９に表示される。そして、計測領域を肝臓全体に設置し、速度計測を順次実行することにより、図１５に示す速度Ｖ０の分布像が構成される。これは、図８Ａに示した従来の速度分布像とは異なり、内部応力の影響を回避した弾性評価指標としての速度分布像となる。【００６０】
応力指標の算出に関しては、実施例１に記載の方法で実現可能であるが、本実施例の２方向への送信を活用した方式が追加で考えられる。図１６には第１方向と第２方向、および最大変位が得られる応力軸１６０１が図示されている。第１方向および第２方向への超音波送受信により、各方向に沿う、外力に伴う変位の成分ベクトルが計測される。計測した成分ベクトルの合算により、応力軸１６０１に沿う変位ベクトルが計測される。【００６１】
本実施例においては、せん断波を発生させる２方向に関し、応力軸との位置関係については考慮されていない。図１１に示すように速度ベクトルは応力軸に対して点対称性を持つ。即ち、応力軸を挟む形で、第１方向および第２方向が等角に設定された場合、速度Ｖ１および速度Ｖ２の音響特性に差異が出ず、無応力状態の速度算出が実現しない。本実施例の実現において、この様な状況が発生した場合には、角度を変えて再計測することにより、弾性評価指標の導出が実現される。【００６２】
以上、詳述した実施例２によれば、内部応力を影響を回避した無応力状態におけるせん断波速度の推定が可能であり、これを弾性評価指標として数値表示または画像表示することにより、高精度かつ高い再現性を持つ弾性評価機能を備えた、超音波診断装置の提供が実現される。
【実施例３】
【００６３】
実施例３は、実施例２に示した２方向送信による弾性評価指標の導出手法に関し、せん断波を発生させるための第２超音波の送信方向を最適化し、高精度かつ高感度な弾性評価機能を備えた、超音波診断装置の実施例である。すなわち、本実施例の装置は、応力軸同定部１７１を更に備え、応力軸同定部１７１で、第１または第３の超音波を利用して、外力に起因する応力指標の変化が最大となる応力軸を同定し、応力指標計測部２０は、この応力軸上で応力指標を計測する構成を有する。更に、送信方向制御部９１で確定される第２の超音波の送信方向は、この応力軸と探触子１２の送信可能範囲を用いて最適化される構成を備える。【００６４】
図１１に示したように、内部応力を受ける検査対象において、せん断波の速度ベクトルは、応力軸に対して点対称性を持つ。即ち、応力軸を予め同定することにより、無応力速度Ｖ０を算定する上で最適な方向を確定できる。【００６５】
図１７に本実施例の超音波診断装置の構成例を示す。図９に示した実施例２の装置構成に応力軸同定部１７１が追加された構成となっている。第１、第２、第３の超音波送信によるＢ画像生成、せん断波の発生、伝搬速度の計測の処理内容は、これまでに説明した実施例１ないし実施例２と同じである。したがって、本実施例の説明は、応力軸同定部１７１における応力軸の同定から、この応力軸を利用した送信方向制御部９１での送信方向の確定に至る処理に重点を置く。なお、この応力軸同定部１７１も、ＰＣ等が内蔵するＣＰＵのプログラム実行で実現することが可能である。【００６６】
まず応力軸同定部１７１における応力軸の同定に関し、Ｂ画像をベースにした検査対象の変位ベクトルマップを構成する手法に関しては、スペックルトラッキングを始め、様々な方式が既に提案されており、いずれの方式によっても応力軸の同定は実現する。例えば心拍動下の組織を対象にする場合、設定した計測領域内の変位ベクトルマップを拍動周期に渡り計測する。その計測結果から、例えば最大変位ベクトルが発生する方向、または変位ベクトルの平均的方向を算出し、応力軸として同定することができる。【００６７】
別の簡易的手法として、図１６に示す平行でない第１、第２の二方向への超音波送受信による方式も実用的である。各方向の成分ベクトル（変位ベクトルの射影成分）の合成ベクトルを変位ベクトルとし、上述と同様の方法で応力軸１６０１を同定する。この方式では、実施例１の図６Ｂで説明した通り、せん断波の速度計測と兼ねることが可能であり、応力軸の継続的なモニタリングの観点で効率的である。続いて、図１８−図２０に示すように、同定された応力軸とそれに直交する直交軸、および探触子１２のステアリング範囲を勘案し、無応力速度の算定に最適な、第２の超音波の送信方向を確定する。すなわち、この第２の超音波の送信方向は、応力軸と探触子の送信可能範囲を用いて最適化される。【００６８】
図１８に示す第１のケースは、応力軸または直交軸のいずれか一方が、探触子１２のステアリング範囲に含まれる場合である。まずステアリング範囲に含まれる応力軸または直交軸に沿って、第１方向が設定される。続いて、その第１方向を起点に、ステアリング範囲の両端のうち、遠方側に第２方向が設定される。【００６９】
図１９に示す第２のケースは、応力軸および直交軸の両方が、探触子１２のステアリング範囲に含まれる場合である。この場合、応力軸および直交軸に沿って、第１方向および第２方向が設定される。【００７０】
図２０に示す第３のケースは、応力軸および直交軸が、共に探触子１２のステアリング範囲の外にある場合である。この場合、ステアリング範囲の両端において、第１方向および第２方向が設定される。【００７１】
最後に、図２１に、第１、第２、第３の超音波に関する送受信の流れ、および、応力軸の同定、例えば変位などの応力指標の計測、せん断波の速度計測の対応関係を示すタイミングチャートの一例を示す。図６Ｂでも説明したように、図２１に示す通り、応力指標の計測は、第２の超音波、すなわち、音響放射圧の励起によるせん断波発生の送信時間帯以外は常に実行可能である。【００７２】
本実施例に基づき、第２の超音波の最適な送信方向を確定することにより、第１方向に対応する速度Ｖ１、および第２方向に対応する速度Ｖ２の、応力指標の変化に対する変化の違いが最大化し、無応力速度Ｖ０を算定精度が向上する。更に、応力軸の同定は、応力指標の高感度計測にも有用であり、変位計測の領域を応力軸に可能な限り近接させることにより、最大変位を対象にすることができる。【００７３】
以上、詳述した実施例３によれば、内部応力の影響を回避した、無応力状態におけるせん断波速度を高精度かつ高感度に推定でき、これを弾性評価指標として数値表示または画像表示することにより、高精度かつ高い再現性を持つ弾性評価機能を備えた、超音波診断装置、弾性評価方法の提供が実現される。
【実施例４】
【００７４】
実施例４は、上述した各実施例に示した弾性評価指標の導出手法に関し、周波数解析により粘弾性評価を可能とする弾性評価機能を備えた、超音波診断装置の実施例である。本実施例の装置にあっては、周波数解析部２２１を更に備え、周波数解析部２２１は、計測されるせん断波の波形を周波数解析し、周波数依存性を有する指標を出力する構成を有する。更に、弾性評価部１８は、速度計測部１７、応力指標計測部２０、および周波数解析部２２１からの出力に基づき、伝搬速度と応力指標と周波数依存性を有する指標から、応力指標の影響を受けない、伝搬速度と周波数の関係性を導出して無応力位相速度とし、この無応力位相速度の周波数依存性に基づき、検査対象の粘弾性に係わる弾性評価指標を導出して出力する構成を備える。【００７５】
図２２に本実施例の超音波診断装置の一構成例を示す。同図に明らかなように、図１７に示した実施例３の装置構成に、周波数解析部２２１が新たに追加された構成となっている。第１、第２、第３の超音波送信によるＢ画像生成、せん断波の発生、伝搬速度の計測、応力軸の同定に関する処理内容は、これまでに説明した実施例１ないし実施例２ないし実施例３と同じである。したがって、本実施例の説明は、計測された伝搬速度と周波数の関係性の解析、および、その結果に基づく、検査対象の粘弾性に係わる弾性評価指標の導出による弾性評価手法の処理内容に重点を置く。なお、この周波数解析部２２１も、上述した実施例におけるＰＣ等のＣＰＵにおけるプログラム処理により実現することができる。【００７６】
図２３に本実施例の装置の動作フォローチャートの一例を示す。まず、第１の超音波によりＢ画像を生成し（工程２３１）、前記Ｂ画像に基づきせん断波を発生させる計測領域の設定し（工程２３２）、前記計測領域において、前記Ｂ画像（即ち第１の超音波送受信信号）に基づき応力軸を同定し（工程２３３）、前記応力軸と探触子１２のステアリング範囲に基づき第２超音波を送信する第１方向および第２方向を確定し（工程２３４）、第１方向に関するせん断波の速度（Ｖ１）の計測を複数回実行し（工程２３５）、続いて第２方向に関するせん断波の速度（Ｖ２）の計測を複数回実行する（工程２３６）。【００７７】
そして、本実施例においては、周波数解析部２２１において、この計測結果（Ｖ１およびＶ２）について周波数解析を実行し（工程２３７）、周波数解析の結果から、弾性評価を実行し（工程２３８）、表示部１９へ出力する（工程２３９）。【００７８】
周波数解析部２２１における周波数解析は、第３の超音波の送受信信号に基づき実行されるものである。周波数解析を高精度化するには、せん断波の伝搬方向に設置する計測地点を短い間隔で多数設定することが望まれる。検査対象を伝搬するせん断波の周波数解析により、伝搬速度の周波数依存性を有する指標として、位相速度や周波数依存減衰などの波形解析から求まる数値が算出される。一般的に、位相速度は検査対象の粘性を評価する上で有効な情報であり、粘性が高い媒質であるほど、高周波帯域にて速度変化が顕著になる。同じく、減衰に関しても高周波帯域ほど減衰は顕著になるため、周波数依存減衰に関する数値も有効な情報である。【００７９】
図２４の上段に、ある応力状態（応力指標：σ１の時）における、第１方向、第２方向の速度Ｖ１、Ｖ２に対応する位相速度と周波数の関係グラフを例示する。この関係グラフが、周波数解析部２２１における周波数解析の結果で得られる情報である。これを念頭に応力指標を変化させ、複数の応力指標の状態において、Ｖ１およびＶ２を計測し、その結果を周波数解析することにより、図２４の下段に例示するようにせん断波速度、応力指標に周波数軸が追加された３次元のグラフが構成される。同図の下段に例示するグラフから判るように、第１方向の速度（Ｖ１）および第２方向の速度（Ｖ２）はそれぞれ面として描画され、その交線が無応力状態Ｖ０の位相速度Ｖ０（ω）（ｆを周波数として、ω＝２πｆ）として算出される。【００８０】
以上、無応力状態Ｖ０の位相速度Ｖ０（ω）を例に説明したが、本実施例の弾性評価部１８で、速度計測部１７、応力指標計測部２０、周波数解析部２２１等の出力である、伝搬速度と応力指標と周波数依存性を有する指標（位相速度や周波数依存減衰など波形解析から求まる数値）得られる情報としては、無応力状態の群速度、位相速度、複素弾性率（貯蔵弾性率および損失弾性率）、周波数依存減衰、が挙げられる。これらは全て検査対象の弾性に関連する弾性評価指標であり、各指標の数値、グラフ、２次元マップとして表示部１９に表示することは、検査対象の質的診断をサポートする診断情報として有効である。【００８１】
図２５には、本実施例の装置の表示部に表示される各弾性評価指標の２次元マップを模式的に示す。図２５の（ａ）は肝臓のＢ画像、図２５の（ｂ）は速度マップ（群速度、位相速度、無応力速度など、せん断波の伝搬速度を表す数値）、図２５の（ｃ）は貯蔵弾性率マップ（複素弾性率の実部）、図２５の（ｄ）は損失弾性率マップ（複素弾性率の虚部）、図２５の（e）は減衰率（周波数依存減衰など）を表す。このように、弾性評価部１８にて導出される弾性評価の種々の結果は、数値、グラフ、画像の形態で表示部１９に出力され表示される。なお、このような表示部１９における弾性評価の種々の結果の２次元マップは、本実施例のみならず、他の実施例においても表示可能であることは言うまでもない。すなわち、表示部１９は、各実施例の弾性評価部にて導出される弾性評価指標を、数値、グラフ、或いは画像として表示するための利用される。【００８２】
実施例４によれば、内部応力の影響を回避した、無応力状態におけるせん断波の位相速度を算出し、周波数解析による粘弾性に関する弾性評価結果を、数値、グラフ、２次元マップのいずれか、または組み合わせて表示することにより、高精度かつ高い再現性を持つ弾性評価機能を備えた、超音波診断装置の提供が実現される。【００８３】
以上詳述した本発明により、検査対象の内部応力の違いに起因する速度変化に基づく、弾性評価指標が導出されることにより、部位や時相による計測誤差を軽減し、高精度かつ再現性が高い弾性評価が実現し、超音波による正確な質的診断が期待できる。【００８４】
特に、慢性的に進行する疾患の場合、治療介入の判断や、治療効果を判定する上で、組織弾性に関する中長期的な観察が必要となるが、本発明における精度と再現性は臨床的に有用な効果となる。【００８５】
また腫瘍を想定する場合、治療前の状態では腫瘍内部および周辺部は、腫瘍肥大の影響により内部圧力が高くなることが多いが、本発明により、腫瘍内部または周辺部と、正常領域との内圧の違いを評価することで、腫瘍の質的評価が期待できる。また、治療前後にて、同じく腫瘍内圧の変化を定量的に評価することにより、正確な治療効果判定が期待できる。【００８６】
以上、本発明の種々の実施の形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態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、上記した実施の形態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、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることが可能である。例えは、図１の構成と図２の構成を合わせ持つ信号処理部を利用することができる。また、各実施の形態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。【００８７】
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実行するＰＣ等のＣＰＵを用いる例を中心に説明したが、例えばそれらの一部又は全部を例えば機能を特化したＩＣを設計する等により専用ハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。【００８８】
以上詳述した各種の実施例には、特許請求の範囲に記載された発明のみならず、種々の発明が開示されている。それらの一部を下記に列記する。【００８９】
＜列記１＞
検査対象に対し、超音波を送受信する探触子から、第１、第２、第３の超音波を送受信し、
前記第１の超音波信号による受信信号により前記検査対象の画像を生成し、
前記画像に基づき設定した計測領域に、前記第２の超音波を送信してせん断波を発生し、前記せん断波の伝搬速度を前記第３の超音波により計測する速度計測を、同一箇所で複数回計測し、
得られた複数の伝搬速度計測結果の変化を利用して前記検査対象の弾性評価指標を導出する、
ことを特徴とする弾性評価方法。【００９０】
＜列記２＞
列記１に記載の弾性評価方法であって、
前記第１の超音波、或いは前記第３の超音波の送信による受信信号を利用し、前記検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する、
ことを特徴とする弾性評価方法。【００９１】
＜列記３＞
列記２に記載の弾性評価方法であって、
前記第３の超音波による応力指標の計測は、前記第３の超音波が伝搬する領域であって、前記せん断波が伝搬する領域以外の領域で実行する、
ことを特徴とする弾性評価方法。【００９２】
＜列記４＞
列記３に記載の弾性評価方法であって、
計測される複数の前記伝搬速度と、各伝搬速度に対応する前記応力指標の関係を近似直線で評価し、その傾き角または速度変化を前記弾性評価指標とする、
ことを特徴とする弾性評価方法。【００９３】
＜列記５＞
検査対象の計測領域にせん断波を発生し、前記せん断波の伝搬速度を、超音波により計測する速度計測部で計測された、前記伝搬速度に基づき前記検査対象の弾性を評価する弾性評価部と、
前記超音波の送信による受信信号を利用し、前記検査対象の外力に伴う変化を応力指標として計測する応力指標計測部と、を備え、
前記速度計測部において、同一個所で複数回の速度計測を行い、前記弾性評価部において、複数の速度計測結果の変化と前記応力指標を利用して、前記検査対象の弾性評価指標を導出することを特徴とする超音波診断装置。
【符号の説明】
【００９４】
１０…装置本体，１１…検査対象，１２…探触子，１３…送受信部，１４…制御部，１５…メモリ，１６…画像生成部，１７…速度計測部，１８…弾性評価部，１９…表示部，２０…応力指標計測部，２１…入力部，３１…計測領域，３２…応力軸，４１…ＥＣＧ波形，５１…拍動周期と速度変化の波形，６１…波面計測領域，６２…変位計測領域，６３…放射圧分布，６４…波面伝搬範囲，６５、６６、６７…時間帯，７１、１４０１、１４０２…近似直線，９１…送信方向制御部，１７１…応力軸同定部，２２１…周波数解析部，１６０１…応力軸
【図１】
2016093024.tif 000003
【図２】
2016093024.tif 000004
【図３Ａ】
2016093024.tif 000005
【図３Ｂ】
2016093024.tif 000006
【図４Ａ】
2016093024.tif 000007
【図４Ｂ】
2016093024.tif 000008
【図５】
2016093024.tif 000009
【図６Ａ】
2016093024.tif 000010
【図６Ｂ】
2016093024.tif 000011
【図７】
2016093024.tif 000012
【図８Ａ】
2016093024.tif 000013
【図８Ｂ】
2016093024.tif 000014
【図８Ｃ】
2016093024.tif 000015
【図９】
2016093024.tif 000016
【図１０】
2016093024.tif 000017
【図１１】
2016093024.tif 000018
【図１２】
2016093024.tif 000019
【図１３】
2016093024.tif 000020
【図１４】
2016093024.tif 000021
【図１５】
2016093024.tif 000022
【図１６】
2016093024.tif 000023
【図１７】
2016093024.tif 000024
【図１８】
2016093024.tif 000025
【図１９】
2016093024.tif 000026
【図２０】
2016093024.tif 000027
【図２１】
2016093024.tif 000028
【図２２】
2016093024.tif 000029
【図２３】
2016093024.tif 000030
【図２４】
2016093024.tif 000031
【図２５】
2016093024.tif 000032
【国際調査報告】
2016093024.tif 000033
2016093024.tif 000034
2016093024.tif 000035
2016093024.tif 000036