被検体情報取得装置
【課題】 簡便な方法で被検体内の粘弾性特性を画像化する。
【解決手段】 瞬間的に一定圧力まで加圧された後一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を行い被検体内の歪分布の時間変化を計測するとともに、粘弾性計測参照層の粘性の効果が飽和する飽和計測時間での歪分布より応力を算出することで生体組織の弾性率および粘性率が評価できる。
【解決手段】 瞬間的に一定圧力まで加圧された後一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を行い被検体内の歪分布の時間変化を計測するとともに、粘弾性計測参照層の粘性の効果が飽和する飽和計測時間での歪分布より応力を算出することで生体組織の弾性率および粘性率が評価できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検体情報取得装置、特に被検体の粘弾性特性を画像化する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体情報取得装置として、超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、非侵襲に被検体内部の情報を画像化して得るため、医療分野で広く用いられている。
【０００３】
超音波診断装置においては従来、組織の反射率の違いによって生じる反射エコーから生体内の構造を映像化する超音波断層像、また血流によって生じる超音波のドプラ効果を利用して血流速度などを映像化する超音波ドプラ像などが用いられてきた。
【０００４】
さらに最近では超音波により組織の硬さを計測して組織診断に利用することが行われ始めている。これは組織の硬さが病理状態と深く関連しているためであり、例えば、乳がんや甲状腺がんなどの硬化性がんでは正常組織や良性腫瘍よりも硬くなることが知られている。
【０００５】
また、近年、乳腺腫瘍において、がんと良性腫瘍では粘性特性がことなることが報告されており、組織診断において組織の硬さ計測だけでなく粘性特性も含めた粘弾性特性評価が求められている。そのため超音波を用いて生体内の粘弾性特性の分布を計測するとともにそれらの分布を画像化し、従来の組織構造の画像と組み合わせることで組織部位のがんなどの診断に利用することが求められている。
【０００６】
被検体の粘性を算出する超音波診断装置として、特許文献１には超音波を送受信するトランスデューサの表面に圧力センサを設けた超音波プローブを用い、超音波により歪み分布を計測するとともに圧力センサにより被検体に加える圧力分布を計測し、これらから弾性、粘性の値を算出することが開示されている。このような構成では歪み分布を計測するとともに実際に加えられた圧力分布を計測しているために一様な加圧を行わずとも精度の高い分布計測を行うことが可能となる。
【０００７】
また特許文献２には圧力計測の方法として超音波プローブと生体組織の間に弾性率が既知の計圧用変形部を挟み、圧力を計測する超音波診断装置が開示されている。これは計圧用変形部の変形を超音波で計測し、計圧用変形部に加わっている圧力（応力）を弾性率と歪みの関係から算出し、この応力と被検体内部の歪分布より被検体内部の弾性率分布を算出し表示するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２２６０５号公報
【特許文献２】特開２００５−６６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１に記載のような構成では超音波プローブの構成が複雑になる。さらに通常超音波を用いて組織の歪み分布計測を行う場合、加える圧力（応力）は非常に小さいため、通常の圧力センサでは計測が難しく、また超音波プローブ直下に圧力センサを挟むと超音波の送受信の効率、感度が劣化するため深い部位の計測ができなくなってしまうという課題を有していた。
【００１０】
また特許文献２では装置構成は簡便であるが、被検体内の弾性分布を表示するにとどまり、被検体内部の粘性分布を計測する方法は開示されていない。したがって、簡易な構成で被検体の粘性を算出し得る装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し得る本願発明は、被検体に弾性波を送信し、前記被検体内で反射した弾性波を受信して前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、受信した弾性波を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子と前記被検体との間に設けられる弾性率（Ｅｃ）が既知な参照層と、前記電気信号を用いて、前記被検体と前記参照層とに対して圧力を加えた際の前記被検体の歪（ε）と前記参照層の歪（εｃ）とを計測する計測手段と、前記参照層の弾性率（Ｅｃ）と、前記被検体の歪（ε）の変化と、前記参照層の歪（εｃ）の飽和値と、を用いて前記被検体の粘性率（η）を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、簡易な装置構成でありながら、
生体組織の弾性率および粘性率が評価できる。特に被検体の弾性率と粘性率を独立に算出できるために腫瘍組織の診断に効果的な被検体情報取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を表す図
【図２】粘弾性計測の原理を表す図
【図３】本発明にかかわる粘弾性分布計測を説明する図
【図４】本発明の第二の実施例を表す図
【図５】本発明の第二の実施例の動作を表す制御図
【図６】本発明にかかわる被検体保持の構成例を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図を用いて本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の、被検体情報取得装置である超音波診断装置を示すブロック図である。
【００１６】
この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の診断部位についての断層像とともに生体組織の粘弾性、とくに弾性率分布に加え粘性率分布に基づく画像を表示するものである。
【００１７】
特に図１で示す例では、被検体を保持・圧迫する圧迫板を有し、圧迫板を介して被検体をステップ状に加圧するものである。圧迫板を用いて被検体を保持し加圧することで、ステップ状加圧の間、飽和計測時間に至るまで、被検体および粘弾性計測参照層に時間的に一定の応力を印加することができる。さらに超音波の複数回の走査に対しても安定な歪分布計測が可能である。
【００１８】
図中１はプローブであり、後述の被検体４に弾性波としての超音波を送信する手段と被検体で反射した弾性波としての超音波を受信して電気信号に変換する手段とを兼ねる変換素子である変換素子アレイ２を備えている。また、この変換素子アレイ２と被検体４との間には、弾性率（Ｅｃ）が既知な粘弾性計測参照層３が設けられており、図１に示す本実施の形態においては、被検体４を圧迫するための後述の圧迫板１３と被検体４の間に粘弾性計測参照層３が設けられている。また、４は被検体、５はプローブ１へ制御信号を送信する送信手段、６はプローブ１が備える変換素子からの電気信号を受信する受信手段である。また、７はプローブ１が備える変換素子からの電気信号を用いて、被検体４と粘弾性計測参照層３とに対して圧力を加えた際に生じる、被検体４の歪と粘弾性計測参照層３の歪とを計測する計測手段である歪分布検出手段である。そして８は、計測された被検体４の歪の変化と、粘弾性計測参照層３の歪の飽和値と、粘弾性計測参照層３の既知である弾性率とを用いて、被検体４の粘性率を算出する算出手段である粘弾性分布算出手段である。更に図１の構成では、好ましい形態として画像化手段９、表示手段１０、制御手段１１、及び被検体４を圧迫するための圧迫板１３と圧迫板１３による被検体４への圧迫力を制御する加圧駆動手段１２とを有している。上述の超音波診断装置によって、被検体４の粘性率を算出する原理について、以下、説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態では手動または機械駆動によりプローブ１から被検体４に瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を行い、同時に弾性定数が既知の粘弾性計測参照層３を介してプローブ１から被検体４へ弾性波としての超音波を送受信し、粘弾性計測参照層３の歪分布と被検体４内の歪分布とを計測する。
【００２０】
加圧時に被検体内の組織に生じる歪は、組織に粘性がない場合には
【００２１】
【数１】
【００２２】
である。ここでＥは組織の弾性定数（ヤング率）、σ０はステップ状に加わる応力（圧力）の振幅である。そのため組織に粘性がない場合には歪の振幅値より組織の弾性が得られる。また粘弾性計測参照層３に粘性がない場合には逆に歪量より応力が得られることとなる。
【００２３】
一方組織に粘性がある場合には、図２に示す粘弾性計測の力学的モデルで解析できる。図２中３は粘弾性計測参照層、４は被検体内の領域を示し、Ｅｃ、ηｃはそれぞれ粘弾性計測参照層３のヤング率（弾性率）および粘性率、Ｅ、ηはそれぞれ被検体４のヤング率（弾性率）および粘性率である。
【００２４】
被検体４と粘弾性計測参照層３がそれぞれの粘弾性に基づいて個別の時間変化を行うため、図２に示す力学的モデルに従って計測を行う必要がある。特に粘弾性計測参照層３を超音波伝搬特性に優れかつ境界での反射を抑制するため被検体組織と同等の音響特性を有する部材を用いる場合には、粘弾性計測参照層３のもつ粘性を無視することは実用計測上大きな誤差を生じることとなる。このため粘弾性計測参照層３のヤング率のみから応力を独立に求めることが困難である。
【００２５】
図３に示した力学モデルに従った応力の時間変化σ（ｔ）、および粘弾性計測参照層３の歪の時間変化εｃ（ｔ）、被検体４の歪の時間変化ε（ｔ）の関係は
【００２６】
【数２】
【００２７】
【数３】
【００２８】
となる。
【００２９】
本発明では手動または機械駆動によりプローブから被検体に瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を加える。
【００３０】
このとき図３に示したモデルでは粘弾性計測参照層３の歪の時間変化ε（ｔ）と、被検体４内の歪の時間変化εｃ（ｔ）は以下のようになる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
但し、τｃ＝ηｃ／Ｅｃ、τ＝η／Ｅ、であり、またε（０）、εＣ（０）はそれぞれステップ状加圧が加わった瞬間の被検体４内の歪と粘弾性計測参照層３の歪の値（初期値）である。加圧が加わった瞬間はそれぞれの歪は０であるから以下のようになる。
【００３４】
【数６】
【００３５】
【数７】
【００３６】
このように粘弾性計測参照層３と被検体４内の時間変化を追うことでそれぞれの時定数τｃ、τを算出することはできる。但し、時定数から各々のヤング率と粘性率を独立に算出するには困難であった。そのため少なくとも粘弾性計測参照層３のヤング率と粘性率の値が既知である必要がある。また応力σ０が既知でないときには（式４’）と（式５’）を連立的に解くには複雑な計算が必要となる。
【００３７】
一方ステップ状加圧開始からの時間ｔが充分長い場合には、粘弾性計測参照層３の歪は略一定になり、
【００３８】
【数８】
【００３９】
となるため、この時刻で計測した粘弾性計測参照層３の歪値から既知のヤング率を用いて応力σ０が算出できる。とくにステップ加圧開始時に粘弾性計測参照層３の歪が０か否かに限らずなりたつ。
【００４０】
以降で（式６）に従って応力σ０を計測する時間を飽和計測時間と称することにする。ここで飽和時間計測はτｃの数倍程度とればよく、例えばτｃの５倍の飽和計測時間で応力σ０の算出精度として１％を切り、τｃの９倍の飽和計測時間で約０．１％の精度を得ることができる。そのため粘弾性計測参照層３の粘性率の概略の大きさがわかっているときには、τｃの概略値を求めて、これより飽和計測時間を決定することができる。飽和計測時間はτｃの数倍以上であればよいので、粘弾性計測参照層３の粘性率は概略がわかっていればよい。また、粘弾性計測参照層３の粘性率が不明の場合には、あらかじめ粘弾性計測参照層にステップ状加圧を加え、粘弾性計測参照層の歪の時間変化を計測し、時間変化が計測の精度の範囲で一定になる時間を計測することで、飽和計測時間を実験的に決定してもよい。
【００４１】
なお応力σ０の算出には、粘弾性計測参照層３の歪が一定になる時間での値ではなく、被検体４内の歪が一定になる時間での値を用いてよいが、被検体４の時定数τは計測する組織によって変動するため、被検体４によって飽和時間も変化するため飽和計測時間を決定しにくい。よって、粘弾性計測参照層の歪の値を用いることが好ましい。
【００４２】
このように本実施の形態では、飽和計測時間で計測した粘弾性計測参照層３の歪から単純な計算で応力を計測することができる。また、粘弾性計測参照層３には、粘性率などに比べ比較的高精度・安定に計測できるヤング率が既知の材料を用いればよいという利点を有する。
【００４３】
次にステップ状加圧開始に計測された被検体の歪の変化より粘性率とヤング率の比τがもとめられる。
【００４４】
具体的には被検体４の歪の時間微分の対数を算出すると、
【００４５】
【数９】
【００４６】
となるため、複数の異なる時点での被検体４の歪の時間微分の対数より、その傾きである粘性率とヤング率の比τの逆数が求められる。さらにこの切片
【００４７】
【数１０】
【００４８】
を求め、これと（式６）より算出した応力σ０と粘性率とヤング率の比τから被検体のヤング率Ｅが算出できる。そして、τとヤング率Ｅを用いて粘性率を算出することができる。
【００４９】
ここでステップ加圧開始の瞬間の被検体の歪を０としたが、被検体があらかじめ歪ε（０）を持っていた時は、（式５）から切片が
【００５０】
【数１１】
【００５１】
となる。τは上記のように算出できるので検出された初期歪ε（０）がある場合には切片に対して
【００５２】
【数１２】
【００５３】
の分だけ補正をかけておけばよい。以降では初期歪がある場合の切片という場合にはこの補正を行ったものをさすことにする。
【００５４】
あるいは（式５’）に直接フィッティングすることで粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求め、その後この基準歪係数σ０／Ｅと（式６）より算出した応力σ０より被検体のヤング率Ｅを算出してもよい。フィッティングには最小二乗などを用いてもよい。また被検体に初期歪がある場合には、初期歪ε（０）を用いて（式５）にフィッティングを行えばよい。
【００５５】
被検体４の歪の変化はステップ状加圧開始当初ほど大きく計測し易いため、被検体４の歪の計測はステップ状加圧開始直後から始めることが好ましい。また（式７）を用いた算出には被検体４の歪の時間微分の対数の時間変化に対する傾きと切片を求めればよいため、被検体４の歪を計測する時点は、ステップ状加圧開始の数点〜十数点をとればよく、被検体４の歪の飽和計測時間まで計測を連続して続けずともよい。
【００５６】
即ちステップ状加圧開始時点から比較的短時間の時間間隔での弾性波としての超音波の送受信により被検体４内の歪を計測し、被検体４の歪の時間微分の対数の時間変化に対する傾きと切片を算出する。その後、超音波の送受信と歪計測を停止し、飽和計測時間に達したあとに超音波の送受信により粘弾性計測参照層３の歪を計測し応力σ０を算出して、前記傾きと切片から被検体４内のヤング率と粘性率を求めればよい。
【００５７】
（式５’）へフィッティングする場合でも、歪の時間変化が大きい初めの時点だけを用いて粘性率とヤング率の比τを検出すればよく、それ以降は超音波に受送信による歪の計測を停止してもよい。
【００５８】
以上のヤング率、粘性率の計測を被検体４の粘弾性分布計測に適用する方法について図３を用いて説明する。図中、３は粘弾性計測参照層、４は被検体、１４は計測のために加える力を示す。力１４は粘弾性計測参照層３と被検体４の境界に略垂直に加えられ、粘弾性計測参照層３と被検体４内の組織は図中鉛直方向に歪を生じる。粘弾性計測参照層３では境界に沿ってεｃ１、εｃ２、εｃ３、・・・の歪分布が生じ、被検体４内の鉛直方向にはε１１、ε１２、ε１３、・・・の歪分布が生じ、これらの歪分布の時間経過を超音波で計測する。力１４が図中鉛直方向に加えられるため、鉛直方向に並んだ粘弾性計測参照層３の歪εｃ１と被検体４の歪ε１１、ε１２、ε１３、・・・は同一の応力から生じたものである。同様に、ｉ＝２，３，・・・に対して粘弾性計測参照層３の歪εｃｉと被検体４の歪εｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・は同一の応力から生じたものである。
【００５９】
被検体４のεｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・（ｉ＝１，２，３，・・）の、ステップ状加圧開始時点からの時間経過に伴って（式７）を適用して、上記のように粘性率とヤング率の比τと切片、あるいは（式５’）を用いて粘性率とヤング率の比τおよび基準歪係数σ０／Ｅが算出される。その後、飽和計測時間に達した時点で粘弾性計測参照層３の歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）つまり粘弾性計測参照層３の歪の飽和値を用いて歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）位置での応力が算出される。ここで算出された応力と先に算出された被検体４のεｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・（ｉ＝１，２，３，・・）の位置でのτと切片（または基準歪係数）を用いて、粘弾性計測参照層３の歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）と鉛直方向に並んだ各位置のヤング率と粘性率が算出される。このようにして被検体内での各位置でのヤング率と粘性率が算出され、ヤング率と粘性率の分布が得られる。
【００６０】
このような原理に基づき、弾性率が既知な粘弾性計測用の参照層３を、被検体４で反射した弾性波を受信して電気信号に変換する変換素子である変換素子アレイ２と被検体４との間に設け、被検体２と参照層３とに対して圧力を加えた際の、被検体４の歪と参照層３の歪とを計測し、被検体４の歪の変化と、参照層３の歪の飽和値と、参照層３の弾性率とを用いて、被検体４の粘性率を算出することが可能となる。尚、上述の通り、被検体４及び参照層３に圧力を加える圧力印加手段である圧迫板１３の圧力を制御する圧力制御手段である加圧駆動手段１２が被検体４及び参照層３に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、該一定値が所定の時間保持されるステップ加圧となるように制御することも可能である。
【００６１】
その際、上述の図１に示すように、参照層３は、被検体４と圧迫板１３との間に配置されるように、圧迫板１３の被検体４に面する側上に位置し、変換素子である変換素子アレイ２は、圧迫板１３及び参照層３を介して被検体４と弾性波の送受信をするように、圧迫板１３の被検体４に面する側とは反対側上に位置しているとよい。
【００６２】
そして、弾性波としての超音波を用いた、より具体的且つ好ましい歪計測では、後述の図４に示すように超音波の走査を行うことで被検体各位置での歪分布を計測するとよい。尚、図４における１５はプローブ走査手段である。このプローブ走査手段１５によってステップ状加圧開始時点から被検体４内の走査を繰り返すことで、被検体４内の各点での粘性率とヤング率の比τと切片（または基準歪係数）を算出し、その後飽和計測時間に達した時点での粘弾性計測参照層３の歪値、つまり粘弾性計測参照層３の歪の飽和値を用いて粘弾性計測参照層３の各点での応力分布を算出する。その後、図３に示した鉛直方向に並んだ位置にある粘弾性計測参照層３の各点での応力と、被検体４内の各点のτと切片（または基準歪係数）を用いて被検体内の各点のヤング率と粘性率をもとめる。
【００６３】
このように、変換素子である変換素子アレイ２を走査する走査手段であるプローブ走査手段１５を更に有し、制御手段１１は、走査される変換素子アレイ２の各位置で、圧迫板１３が被検体４及び参照層３を異なる圧力でステップ加圧するように圧力を制御する。そして計測手段である歪分布検出手段７は、異なるステップ加圧を基に、被検体４の歪分布と参照層３の歪分布とを計測する。そして算出手段である粘弾性分布算出手段８は、参照層３の弾性率と、被検体４の歪分布と、参照層３の歪の飽和値の分布とを用いることで、被検体４の粘性率の分布を算出する。
【００６４】
尚、被検体４及び参照層３への圧力印加手段は、上述の圧迫板１３に限らず、後述の図６に示すように、被検体４を帯束して保持する張力バンド（ベルト）１７でもよい。この場合、圧力制御手段としてのバインド手段１８とそれを制御する制御手段１１とが、張力バンド１７の張力を制御することで、被検体４及び参照層３に加える圧力を制御する。
【００６５】
またここでは弾性特性としてヤング率、粘性特性として粘性率を用いたが、スティッフネス係数、圧弾性係数などの弾性係数と粘度、粘性率などの粘性係数を利用することもできる。
【００６６】
（第一の実施例）
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明による被検体情報取得装置である超音波診断装置の実施例を示すブロック図である。各構成要素について、その動作と共に、順に説明する。
【００６７】
［被検体の保持とステップ状加圧］
二枚の圧迫板１３は被検体４を保持するとともに、被検体４と粘弾性計測参照層３を同時にステップ状に加圧する。ステップ状加圧とは、被検体４及び参照層３に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、この一定値が所定の時間保持される加圧を意味する。具体的には、加圧駆動手段１２が、制御手段１１により圧迫板１３を駆動して瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持することでステップ状加圧を行う。好ましくは、制御手段１２により不図示の荷重センサからの荷重計測値を用いて被検体４を挟んだ二枚の圧迫板１３の間の荷重を制御し、瞬間的に一定値まで荷重された後、その一定荷重を一定時間保持することで上記のステップ状加圧を行う。
【００６８】
加圧駆動手段１２の加圧によって、圧迫板１３の粘弾性計測参照層３との境界面では被検体４の形状や硬さに応じた面内で不均一の圧力分布（応力分布）が発生する。ただし圧迫板１３で保持されているため、上記の制御手段１１の制御により各部での応力は、ステップ状加圧の間は時間的に一定のものとなっている。粘弾性参照層３は、片側の圧迫板１３と被検体４との間に粘弾性参照層３が配置されるように、圧迫板１３の被検体に面する側上に設けられている。またこの圧迫板１３の被検体４に面する側と逆側には、変換素子である変換素子アレイ２を備えたプローブ１が配置され、圧迫板１３と粘弾性計測参照層３を介して被検体４に向け超音波を送受信する。
【００６９】
圧迫板１３は超音波の透過性に優れ、またこれと接する粘弾性計測参照層３との間に超音波の反射が生じにくく、かつ被検体４を保持するための剛性をもった材質、たとえばポリメチルペンテンポリマーのＴＰＸ（登録商標）などで形成されるのが好ましい。
【００７０】
［粘弾性計測参照層の具体的構成例］
粘弾性計測参照層３は、圧力印加手段である圧迫板１３の被検体４側に配置され、圧迫板１３により被検体４と同時にステップ状の加圧をされる。同時にプローブ１からの超音波は粘弾性計測参照層３を介して被検体４に送受信される。
【００７１】
粘弾性計測参照層３は、超音波を伝搬し吸収や散乱を行わない材質で、好ましくは保形性や柔軟性、適度な弾性を備えた材質で構成される。超音波の伝搬性は、粘弾性計測参照層３を介して超音波の送受信を行って画像を形成するために重要で、吸収や散乱による超音波伝搬に減衰が生じると送受信の効率が低下する。このため超音波に対して透明な一様材質で、減衰定数が小さく、好ましくは伝搬速度（音速）が被検体４の平均音速程度であることが好ましい。さらに粘弾性計測参照層３は、被検体４と音響インピーダンスが大きく異なると境界面で反射が生じ、画像作成のための超音波の送受信の効率が低下するため、音響インピーダンスの差が大きくないものがよい。但し被検体４と音響インピーダンスが一致すると後述の境界面の検出が困難になるため、適度な音響インピーダンス差を有するものである。また粘弾性計測参照層３を介して被検体４を加圧し、粘弾性計測参照層３の変形量を用いて応力（圧力）分布の計測を行うために、保形性や柔軟性、適度な弾性を有することが好ましい。このような材質としてポリビニルアルコールなどの水性ゲルやポリウレタン、ゴム系材料などが利用できるが、上記特性を有するものであれば他の材料で形成されても構わない。但し材料のヤング率、スティッフネス係数、圧弾性係数などの弾性係数は既知のものを利用する。粘弾性計測参照層３の厚みは、超音波の伝搬からは薄い方が好ましいが、応力（圧力）分布の計測を高感度に行うためには適度な変形を生じることが好ましく、また歪分布を検出する領域内に粘弾性計測参照層３が入る必要がある。このため厚みとして０．１ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする。
【００７２】
［受信ビーム信号の作成とＢモード画像の表示］
プローブ１は機械式または電子式にビーム走査を行って被検体４に超音波を送受信するものである。変換素子アレイ２は送信手段５からの駆動波形によって駆動し、超音波を発生する変換素子を配列したものである。送信手段５は変換素子アレイ２の各変換素子への駆動波形を発生すると同時に、制御手段１１からの制御に基づいて各変換素子の駆動タイミングを調整する。変換素子の駆動タイミングを調整することにより各変換素子で発生する超音波を合成した合成超音波は、所定点に収束する超音波送信ビームを形成する。即ち制御手段１１が送信手段５を制御することで、所望深度に収束点を持ち所望方向へ指向性を有する超音波送信ビームをプローブ１より送信する。また制御手段１１は、超音波送信ビームの方向をスイングしてビーム走査を行うセクタ走査を行う。あるいはまた、変換素子アレイ２上で駆動する変換素子を限定して送信開口を作り、送信開口を移動させることで超音波送信ビームを略平行に走査するリニア走査を行う。
【００７３】
受信手段６には受信回路と整相加算回路が具備されている。受信回路は変換素子アレイ２の各変換素子で受信した弾性波としての超音波を電気信号（以下、受信信号という場合がある）に変換し、各受信信号を増幅し、好ましくはＡＤ変換を行って受信信号を複数の時系列デジタル信号に変換する。整相加算回路は超音波に基づく受信ビームを形成するためのものである。整相加算回路はデジタル化された各受信信号に制御手段１１によって制御される遅延時間を与えて加算（整相加算）し、受信ビーム信号を作成する。受信ビーム信号は変換素子で受信された弾性波としての超音波を変換した電気信号（受信信号）の受信タイミングが調整された上で加算されたもので、受信感度に対して指向性と一点あるいは複数点の収束点をもつ超音波受信ビームを形成することができる。制御手段１１は超音波送信ビームと同期して超音波に基づく受信ビームをビーム走査する。この結果プローブ１から被検体４内部への超音波送信ビームを送信し被検体４の内部組織で反射された超音波の反射エコー信号を超音波受信ビーム内で受信した受信ビーム信号が得られる。制御手段１１のビーム走査により被検体４内部の特定位置あるいは方向に対する超音波の反射エコー信号に対応した複数の受信ビーム信号が得られる。ビーム走査に対応して受信ビーム信号を配列することで被検体４内の超音波の反射エコー強度に対応した断層画像が得られる。制御手段１１によりビーム走査を繰り返すことで異なる時間の断層画像が得られる。
【００７４】
受信手段６で作成された複数の受信ビーム信号は画像化手段９へ入力される。画像化手段９では、複数の受信ビーム信号より被検体４内の断層構造を反映した白黒濃淡のＢモード断層画像を形成する。画像化手段９は複数の受信ビーム信号をビーム走査に応じて配列するとともに、これらにゲイン補正、フィルタ処理、包絡線検波、ログ圧縮などの信号処理を行う。さらに画像化手段９は、信号処理後に画像表示のための輪郭強調、画像フィルタなどの画像処理を行って表示手段１０への表示信号へ変換するためのデジタルスキャン変換回路、アナログビデオ信号へのＤＡ変換回路を具備してもよい。制御手段１１からの表示制御に従って表示手段１０へＢモード断層画像を表示させる。
【００７５】
表示手段１０はＣＲＴ、ＬＣＤなどの表示装置であり、画像化手段９からの表示信号に基づいて画像を表示する。
【００７６】
［歪検出手段の具体的構成例］
受信手段６で作成された複数の受信ビーム信号はまた、計測手段である歪分布検出手段７へ入力される。歪分布検出手段７では、複数の受信ビーム信号をもとに被検体４内および粘弾性計測参照層３の歪分布を検出する。
【００７７】
歪分布は周知のカラーフロードプラ法や組織トラッキング法と同様に、異なるビーム走査周期で得られた同一位置の受信ビーム信号間に相関演算を行うことで検出できる。
【００７８】
歪分布検出手段７は、複数の受信ビーム信号を格納するためのメモリ回路と相関演算回路を有する。
【００７９】
制御手段１１がビーム走査を繰り返すことで得られる複数の受信ビーム信号が、メモリ回路に格納される。一度のビーム走査で得られる受信ビーム信号の組は、ある時点での断層画像に対応するフレーム受信ビーム信号データを構成する。異なるフレーム受信ビーム信号データには異なる時点でのビーム走査に対応し、異なるフレーム受信ビーム信号データ間での対応する位置での受信ビーム信号は、異なる時点でのビーム走査間で同一位置からの超音波の反射エコー信号となっている。このためこれらの受信ビーム信号の相関演算を行うことで、異なる時点のビーム走査の間に生じた当該位置での変位が計測できる。この変位分布をビーム深さ方向で差分することで歪分布を計算する。
【００８０】
相関演算回路はその入力部分にヒルベルト変換フィルタを有し、異なる時点のビーム走査で同一位置に対応する二つ受信ビーム信号を解析信号に変換し、これらの複素相関演算を行う。あるいは受信ビーム信号を直交検波したＩ−Ｑ信号を用いて、異なる時点のビーム走査で同一位置に対応する二つ受信ビーム信号間の時系列の瞬時位相遅れを計算し、これを音速で換算して変位を求めてもよい。さらに当該技術分野で知られる複合自己相関法などを用いて歪計測の精度を向上させてもよい。
【００８１】
メモリ回路と相関演算回路の具体的な構成として以下のようなものを用いてもよい。
【００８２】
初めの例としては、複数のフレーム受信ビーム信号データを格納するメモリ手段と、一回のビーム走査でとる各ビーム位置に対応した複数の相関演算回路を具備するものである。メモリ回路に格納された複数フレーム受信ビーム信号データから、異なる時点のビーム走査に対応する二つのフレーム受信ビーム信号データを選択し、各ビーム位置に対応した相関演算回路へ、二つのフレーム受信ビーム信号データの対応する受信ビーム信号を入力する。相関演算回路で相関演算を行うことにより、対応するビーム位置でのビーム深さ方向の変位量分布が得られる。このような構成では繰り返しビーム走査を行い取得する複数のフレーム受信ビーム信号データから選択して相関演算を行うため、任意の二つの時点のビーム走査の間での変位が計測できる。この歪を深さ方向に差分をとることで歪量が計測できる。
【００８３】
ここではビーム位置ごとに一次元の相関を行う複数相関回路を用いたが、異なるビーム走査時点でのフレーム受信ビーム信号データに対して二次元相関をとる相関回路を用いることもできる。
【００８４】
他の例としてはビーム走査でとる各ビーム位置に対応して、複数のメモリ回路と複数の相関演算回路を具備するものである。複数のメモリ回路は、さらに二つのＦＩＦＯ型メモリと相関演算結果を一次格納するＴＭＰメモリからなる。繰り返し行われるビーム走査に対して、各ビーム位置ごとに受信ビーム信号を、初めに第一のＦＩＦＯ型メモリに格納する。第一のＦＩＦＯ型メモリの出力は、第二のＦＩＦＯ型メモリと相関演算回路へ入力され、さらに第二のＦＩＦＯ型メモリの出力は、相関演算回路へ入力される。二つのＦＩＦＯ型メモリは、各々一ビーム走査で対応するビーム位置で取得する受信ビーム信号を格納するメモリ容量を有する。このため繰り返し行われるビーム走査のある時点では、隣接する二ビーム走査での対応するビーム位置での受信ビーム信号が格納されており、この二つの受信ビーム信号を相関演算回路で演算し対応するビーム位置でのビーム深さ方向の変位量分布を求める。ここで得られる変位量分布は、繰り返し行われるビーム走査の隣接する二ビーム走査間の間に生じるものとなる。複数ビーム走査の間に生じる変位を求めるためには、相関演算回路での結果を累積加算していけばよく、相関演算回路の演算結果をＴＭＰメモリ内のデータに加算し、結果をＴＭＰメモリへ格納する。さらに変位分布の深さ方向の差分をとることで歪分布を計算する。本構成は、歪分布検出手段７をリアルタイム処理に適したパイプライン型処理で実装するのに好適なもので、とくに前記の例にくらべメモリ回路の容量を小さくとることができる。
【００８５】
上記二例のいずれの場合にも、各ビーム位置に対応した複数の相関演算回路から異なるビーム走査の間に生じるビーム深さ方向の歪分布が得られる。これを各ビーム位置に配列することで異なるビーム走査の間に生じる二次元断層についての歪分布が得られる。
【００８６】
上記二例以外にも、当該分野で周知の方法で異なる時点のビーム走査で得られたフレーム受信ビーム信号データを用いて二次元断面の歪分布を検出してもよい。
【００８７】
本発明では特に歪分布をもとめる領域を被検体４のみならず、粘弾性計測参照層３を含んだ領域で計測する。より詳しくは被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分の変位量が計測されるように設定され、これより粘弾性計測参照層３の歪分布を算出する。粘弾性計測参照層３内の変位量の検出は、境界部分を含んだ超音波の反射エコーを含むように受信ビーム信号を切り出して上記の一連の相関演算を行ってもよいが、以下のような演算回路を別途設けることもできる。
【００８８】
一般に粘弾性計測参照層３内部は超音波に対して略透明であるため、超音波の反射エコー信号が非常に小さいものであり、受信ビーム信号も小さなものとなっている。そのためこの領域での受信ビーム信号の相関演算結果が誤差を含み、不安定なものになることがある。一方被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分は、それらの音響インピーダンスの違いで局所的に大きな反射エコー信号を発生し、受信ビーム信号およびそれらの相関演算結果も精度よく検出できる。粘弾性計測参照層３は厚さ方向に一様材質であり、厚さ方向の歪分布も一定であるため、境界部分の変位から求めた歪値を用いれば面内での歪分布が求まる。
【００８９】
そのため相関演算回路の入力部に閾値回路を設け、受信ビーム信号の強度が一定以下の信号を０とおくことで、各受信ビーム信号の先頭領域、粘弾性計測参照層３の厚みに対応する部分をマスクして相関演算を行い、上記のような不安定性を除くことができる。
【００９０】
さらに受信ビーム信号の振幅強度が一定以下になる部分を粘弾性計測参照層３内と判断することにより、直接受信ビーム信号の境界部分を検出し、境界部分位置の異なるビーム走査に対するフレーム受信ビーム信号データ間の差から、これらビーム走査間の境界部分の変位を求めてもよい。このように求めた被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分の変位分布を深さ方向に差分をとることで、粘弾性計測参照層３の歪分布を計測してもよい。
【００９１】
以上のように各受信ビーム信号ごとに先頭付近より粘弾性計測参照層３の歪量が、それ以後の部分より被検体４の深さ方向にそっての歪分布が算出される。各受信ビーム信号の対応するビーム位置について配列することで、被検体４の断面歪分布と、粘弾性計測参照層３の被検体４の境界に沿った歪分布が計測される。これらが歪分布検出手段７から算出手段である粘弾性分布算出手段８へ入力される。
【００９２】
［粘弾性分布算出手段］
算出手段である粘弾性分布算出手段８では前記の原理に従って、粘弾性計測参照層３の歪の飽和値と、被検体４内の歪分布の時間変化と、粘弾性計測参照層３の弾性係数より被検体４内の弾性率分布と粘性率分布を算出する。
【００９３】
粘弾性分布算出手段８はマイクロプロセッサ、メモリおよびこれらを制御する制御回路とデータ転送用のバス回路を用いて構成されてもよく、また汎用ＰＣやＦＰＧＡなどのプログラム可能な処理回路上に処理ソフトウエアの形で実装されてもよい。このため以下では粘弾性分布算出手段８での処理に関して説明を加える。
【００９４】
歪計測のためにおこなう超音波ビームをリニア走査する場合では、各受信ビーム信号に対応する超音波ビームの各位置が加圧の方向と略一致するため、各受信ビーム信号ごとに得られる、粘弾性計測参照層３の歪量と、その後の被検体４の深さ方向にそっての歪分布は図３で説明した鉛直方向に並んだ同列の歪に対応する。このため歪分布検出手段７の処理を含めて、各受信ビーム信号ごとに処理を進めることが可能である。超音波ビームをセクタ走査やその他の走査を行う場合には、走査による超音波ビームの位置と加圧する方向との幾何学的な関係を用いて、図５で説明した鉛直方向に並んだ列ごとに粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそっての歪分布の配列を作成する。このとき被検体４の歪分布の配列は、超音波ビームの位置と鉛直方向に並んだ列の位置関係から補間計算によって作成する。以下では説明の簡便のためリニア走査する場合を例とって説明を加えるが、各受信ビーム信号ごとに対応した、粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそっての歪分布の配列を上の位置関係から鉛直方向に並んだデータ列に置き換えることで、その他のビーム走査方法でも同様の処理が行える。
【００９５】
一回のビーム走査で取得されるフレーム受信ビーム信号データに対応して、そのビーム走査のフレーム時刻での断層歪分布データセットが得られる。断層歪分布データセットは一回のビーム走査に対応して、その時刻での各受信ビーム信号から得られる粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそった歪値の列からなる。この各受信ビーム信号ごとの、粘弾性計測参照層３の歪量と被検体４の深さ方向にそった歪値のデータセットをビーム歪分布データセットと称する。即ち断層歪分布データセットは、各時刻での各受信ビーム信号に対応した複数のビーム歪分布データセットからなり、断層歪分布データセット内では各断層歪分布データセットは、ビーム走査における超音波ビーム位置に対応することになる。ビーム走査を繰り返すことで、異なる時刻の走査に対する複数の断層歪分布データセットが得られる。
【００９６】
異なる時間に取得した複数の断層歪分布データセット内にある各ビーム歪分布データセット内の被検体歪値を用いて、対応する各ビーム位置の深さ方向各位置での被検体歪の時間変化を抽出する。この各点での時間変化から、（式７）を用いて被検体各点でのヤング率と粘性率との比τを算出する。初めに被検体歪値の微分を算出するために、各断層歪分布データセットに対応したステップ状の加圧からの特定の時間間隔ごとの被検体歪の増加を時間間隔でわって歪の近似時間微分値を算出し、（式７）に従って歪の近似時間微分値の対数の時間変化傾きから１／τを求める。好ましくは、多数時間点での歪の近似微分値からフィッティングにより求める。同時に歪の近似時間微分値の対数の時間変化に対する切片を同様に求める。これを超音波ビーム位置内での深さ方向の全ての点、さらにビーム走査におけるすべての超音波ビーム位置に関して行うことで、被検体断面上の各点でのτと切片の分布を算出する。ここで歪の近似時間微分は、被検体歪の増加を時間間隔でわったものとしたが、高次の中心差分、前進差分、後退差分などを用いてもよい。また前記のように（式５’）へ直接フィッティングすることで粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求めてもよい。
【００９７】
算出された各点の粘性率とヤング率の比τと切片は、断層歪分布データセットに準拠した配列で格納されるのが好ましい。各時点でのビーム走査に対応した複数の断層歪分布データセット内には、各ビームの位置に対応したビーム歪分布データセットからなり、各ビーム歪分布データセット上には、ビーム深さ方向に配列された位置に対応した被検体歪値が配置されている。以上の構成により各断層歪分布データセット内の被検体歪値の配置が被検体内での歪計測点に対応する。このため、ビーム走査の時点が異なる複数の断層歪分布データセットの同じ配列位置にある被検体歪値を用いて、上記のτと切片の計算を行えばよく、得られたτと切片の値も同様のデータ配列に格納すればよい。このようにすることにより、図３で説明したような粘弾性計測参照層３の歪計測を行った各点と、その点と同一の応力を与えられる深さ方向に並んだ各点でのτと切片の値が簡単に対応つけられる。但しこのような対応がおこなわれれば、具体的なデータ格納の方法はその他の方法を用いてもよい。粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを算出した場合も同様である。
【００９８】
また粘性率とヤング率の比τと切片の算出に必要な時系列の歪データの数は、被検体である生体組織の粘弾性の範囲では、上記のフィッティングなどに使用する場合もふくめ、数点から数十点の時点のデータで十分な精度の計算が可能である。これにより必要な時間ごとの断層歪分布データセットも数セットから数十セットとなり、これを作成するフレーム受信ビーム信号データも数〜数十フレームである。これらのデータを作成するためのビーム走査は数秒程度で十分である。そのため断層歪分布データセットは、上記のτと切片の分布を算出する数十フレーム程度が格納されていればよく、これらを作成するためのビーム走査も、数十フレーム（回数）行った時点で制御手段１１によりビーム走査を停止してもよい。
【００９９】
同様に（式５’）へ直接フィッティングして粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求める場合でも、ビーム走査はフィッティングを行うステップ状加圧の初期の時点のみ行えばよい。
【０１００】
その後飽和計測時間に達した時点でビーム走査を再開する。これに伴って歪検出手段７により新たに作成された断層歪分布データセットを用い、（式６）に従って粘弾性計測参照層３の応力分布を算出する。ここでは既知の粘弾性計測参照層３のヤング率Ｅｃを用いて直接に粘弾性計測参照層３内の各点での応力σ０を算出する。次に算出された粘弾性計測参照層３内の各点の応力σ０を用いて、その点と同一応力となる深さ方向に並んだ被検体４の各点でのτと切片の値から、ヤング率と粘性率を算出する。初めに（式７）より
【０１０１】
【数１３】
【０１０２】
であるため、これと応力σ０、τより被検体４の各点のヤング率Ｅが算出される。また基準歪係数σ０／Ｅを算出した場合には、応力σ０より直にヤング率Ｅが算出される。次いで
【０１０３】
【数１４】
【０１０４】
の関係を用いて各点の粘性率ηを算出する。これを粘弾性計測参照層３内の点と対応する同一応力となる深さ方向に並んだ被検体４の各点について繰り返すことで、被検体４内のヤング率（弾性率）分布と粘性率分布を算出する。
【０１０５】
算出後には制御手段１１により加圧駆動手段１２よりの加圧を解除する。
【０１０６】
算出された弾性率と粘性率の分布データは、画像化手段９へ入力される。画像化手段９では複数の弾性率と粘性率の分布データから被検体４内の粘弾性を反映した粘弾性断層画像を形成する。
【０１０７】
画像化手段９ではＢモード断層画像の形成と同様に、粘弾性断層画像形成にゲイン補正、フィルタ処理、などの信号処理や輪郭強調、画像フィルタなどの画像処理を行ってもよい。さらに制御手段１１からの表示制御に従って、粘弾性断層画像をＢモード断層画像と交代切り替え、同時並列、重畳合成、などのスタイルで表示手段１０へ表示させる。また画像化手段９では、歪分布検出手段７で作成された被検体４内の歪分布データをもとに歪断層画像を作成し、制御手段１１からの表示制御に従って粘弾性断層画像、Ｂモード断層画像と交代切り替え、同時並列、重畳合成などのスタイルで表示手段１０へ表示させてもよい。
【０１０８】
特にステップ状加圧の間のビーム走査によるＢモード断層画像、歪断層画像を作成し、加圧時の組織画像の変化を追えるようにすることもできる。
【０１０９】
上記説明では被検体４を保持するために二枚の圧迫板１３を用いたが、被検体４と粘弾性計測参照層３を同時に安定してステップ状に加圧できれば上記構成に限られない。図６に被検体４を保持しステップ加圧を行うための異なる構成例を示す。
【０１１０】
図６（ａ）に、支柱１６に保持された加圧駆動手段１２がプローブ１に直接荷重を印加する構成例を示す。またプローブ１は粘弾性計測参照層３が直接接して具備される。場合によってプローブ１と粘弾性計測参照層３に保護層や接合層を設けてもよい。加圧駆動手段１２は不図示の荷重センサ（ロードセルなど）により、被検体４からの反力を計測し、これをもとに加圧駆動手段１２がプローブ１に印加する荷重を制御する。加圧駆動手段１２は瞬間的に所定の荷重をプローブ１に印加し、その後その一定荷重を印加するように制御手段で制御される。これにより被検体４と粘弾性計測参照層３に所望のステップ状の加圧を行える。このような構成ではプローブ１と粘弾性計測参照層３の間に圧迫板を含まないためにプローブ１から送受信する超音波の吸収、反射、散乱を抑制することができ、超音波による歪計測の精度を向上できる。特に被検体４と粘弾性計測参照層３に音響インピーダンスの差がある場合には、上記の接合層を設けて境界の反射を抑制してもよい。
【０１１１】
図６（ｂ）にはベルト１７を用いて被検体４を保持する構成例を挙げる。ベルト１７は端部をプローブ１で固定されるとともに、バインド手段１８で被検体４を保持・帯束する。バインド手段１８は、ベルト１７の張力を計測してベルト１７が一定張力で被検体４を帯束するように制御手段１１で制御される。ベルト１７で帯束する張力を瞬間的に所望の値にし、その後張力をその値で一定になるように制御することで、プローブ１は被検体４と粘弾性計測参照層３にステップ状の加圧を行うことができる。
【０１１２】
以上のように被検体４の形状や部位に適した保持をおこなってステップ状の加圧を与えることが可能である。
【０１１３】
（第二の実施例）
図４は本発明にかかわる第二の実施例の構成を表す図である。
【０１１４】
第二の実施例ではプローブを走査することで被検体の弾性率と粘性率の三次元分布を計測することができる。図中第一の実施例と同様の構成要素は同じ符号を用いて記載し、説明を省略する。
【０１１５】
１５はプローブ走査手段で、プローブ１を保持し、制御手段１１の制御によりプローブ１を圧迫板１３に沿って機械走査する。プローブ走査手段１５によって移動されるプローブ１の各位置で第一の実施例で説明を加えた如くに、各プローブ位置での被検体の断層面での弾性率分布と粘性率分布が算出される。算出された弾性率分布と粘性率分布の断層画像をプローブ走査手段１５によるプローブ走査方向へ配列することで、弾性率分布と粘性率分布の三次元分布が得られる。
【０１１６】
図５は実施例の動作を表す図であり、図５に基づいて本実施例の動作を説明する。
【０１１７】
図５（ａ）は、プローブ走査手段１５による圧迫板１３上でのプローブ１の走査と、これに伴う各プローブ位置でのプローブによるビーム走査をしめす。プローブ走査に伴ってプローブ位置１、プローブ位置２、プローブ位置３、・・・で第一の実施例で説明したように超音波ビームの走査を行ってビーム走査断面での弾性率と粘性率の二次元分布画像を算出する。
【０１１８】
図５（ｂ）は各プローブ位置での加圧駆動手段１２によって被検体４と粘弾性計測参照層３に加えられる荷重の大きさを示す。プローブ走査手段１５によりプローブ１が各プローブ位置に移動後、制御手段１１の制御により不図示の荷重センサからの荷重計測値を用いて被検体４を挟んだ二枚の圧迫板１３の間の荷重を制御し、瞬間的に一定値まで荷重された後、その一定荷重を一定時間保持することで上記のステップ状加圧を行う。本実施例では各プローブ位置ごとに印加する荷重値を異なるものとする。とくに好ましくはプローブ１、プローブ３、・・・の奇数位置では同一の荷重値を、プローブ２、プローブ４、・・・の偶数位置では同一でかつ奇数位置とは異なる荷重値を印加する。さらに好ましくは奇数位置、偶数位置のいずれかでは、圧迫板１３が被検体４を安定に保持する限りで実質的に０に近い荷重値をとる。各プローブ位置での加圧駆動手段１１による一定荷重は、飽和計測時間を超える時間をとるように制御される。
【０１１９】
加圧駆動手段１１により一定の荷重値を与えた場合でも、被検体４の形状や内部の硬さによって圧迫板１３により被検体４を圧迫する圧力（応力）は場所により異なる分布を生じる。しかしながら上記の荷重値の制御により、圧迫板１３の接触面の各点では、時間に対してはステップ状の加圧が行われる。そのため被検体４と粘弾性計測参照層３の各点にはステップ状加圧が行われる。
【０１２０】
図５（ｃ）に本実施例の動作フローを表す。動作が開始されるとプローブ１は第一のプローブ位置にセットされる。ついで加圧駆動手段１１による第一の荷重値の荷重が圧迫板１３に加えられる。この荷重により被検体４と粘弾性計測参照層３の各部にステップ状の加圧が行われる。ついで超音波のビーム走査が開始されプローブ１から送受信される超音波ビームのエコー信号により、第一のプローブ位置の断面での被検体４内の歪分布の計測が行われる。ビーム走査を繰り返し、被検体４内の歪分布の変化より被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片を算出する。但しここでは被検体４の初期歪を補正した切片を算出する。その後ビーム走査を停止して、飽和計測時間に達するまで待機する。飽和計測時間に達したらビーム走査を再開して、粘弾性計測参照層３の歪分布を計測し、粘弾性計測参照層３各部での応力を算出し、これと被検体４の各部の粘性率とヤング率の比τと切片を用いて、被検体４各部の弾性率と粘性率の値を算出する。
【０１２１】
その後プローブ１を第二のプローブ位置に移動し、加圧駆動手段１１による圧迫板１３への荷重の値を第二の荷重の値に変更する。同時にビーム走査を行い被検体４内の歪分布の計測を行って、その変化より粘性率とヤング率の比τと切片を算出し、飽和計測時間に粘弾性計測参照層３の応力分布を算出して、被検体４各部の弾性率と粘性率の値を算出する。その後プローブ１を第三のプローブ位置へ移動し、加圧駆動手段１１による圧迫板１３への荷重の値を第一の荷重の値に変更して（戻して）、以下の動作を繰り返す。プローブ１の位置が最終走査位置に達し、一連の計測が終了した点で動作を終える。
【０１２２】
プローブ１移動後の荷重値の変化は、図５（ｂ）に示すような二値の荷重値を交互にくりかえすのが好ましく、さらに低い方の荷重値は略０とするのが好ましい。本実施例では加圧駆動手段１２による圧迫板１３への荷重変更により、被検体４と粘弾性計測参照層３の各部に与えられる加圧がプローブ１の移動ごとに変動する。但し各プローブ位置でビーム走査により断面内の歪計測が行われている間は、制御手段１１により加圧駆動手段１２による圧迫板１３への荷重が一定値に制御されるために、被検体４と粘弾性計測参照層３に加わる加圧はステップ状の加圧になる。本実施例ではステップ状加圧の開始時、即ち加圧の値が変化する瞬間では、被検体４に、それまでの加圧による初期の歪が生じているが、これを加味した切片
【０１２３】
【数１５】
【０１２４】
の補正を行うか、あるいは（式５）へフィッティングを行うことで、前記のように被検体各部の弾性率、粘性率を算出できる。特に上記のように、プローブの位置に応じて変化させる荷重値を有限の一定値とほぼ０の間にとると、ほぼ０の荷重値をかけた場合の応力も略０となる。このときの粘弾性計測参照層３の歪値は０に近づいて飽和計測時間後には略０となる。同様に被検体４の歪値も時間経過とともに０に近づくため、飽和計測時間を充分に大きくとれば、プローブ走査による次のプローブ位置での被検体４の初期歪は０としてよい。また飽和計測時間での被検体４の歪値が０に達しない場合でも、０に向かって変化していく。このように図５（ｂ）に示すように加圧駆動手段１２で印加する荷重値が高・低の二値の荷重値を交互にくりかえすことで、ステップ状加圧の開始時の初期歪が蓄積していくのを防ぐことができる。
【０１２５】
以上ではプローブ走査による各プローブ位置での計測において、被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片の算出と、粘弾性計測参照層３の歪分布から各点での応力を算出する動作を連続して行った。しかしながらプローブ走査に応じて、初めに各プローブ位置で被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片の算出し、これをメモリに格納しながらプローブ走査を継続していき、その後再度プローブ走査を行って粘弾性計測参照層３の歪より応力分布を求めていくこともできる。即ち、粘性率とヤング率の比τと切片の算出と、応力分布の算出を別の一連のプローブ走査で行う。このとき各プローブ位置で加圧駆動手段１２による荷重値を変え、粘性率とヤング率の比τと切片の算出した後には、飽和計測時間まで待機を行う必要がなく、被検体４の歪分布の時間変化からτと切片を算出したのち、直ちにプローブを移動して次のプローブ位置での歪計測を行っていくことができる。所定の領域までのプローブ走査を行った後、飽和計測時間まで待機したのち、再度プローブ走査を行って各プローブ位置で粘弾性計測参照層３の歪分布から各点での応力を算出し、メモリに格納していく。プローブ再走査終了後にメモリに格納したτと切片および各点での応力を用いて、プローブ走査領域全体の各点の弾性率と粘性率を算出する。
【０１２６】
このような動作を行う場合、プローブ再走査時には加圧駆動手段１１による荷重値を変える必要はなく、再度のプローブ走査を開始する時点で、最後に行ったステップ状加圧の飽和計測時間を経過していれば、粘弾性計測参照層３の各点の歪は（式６）に従って応力に比例する。これにより飽和計測時間までの待機はτと切片を算出する初めのプローブ走査と応力を算出するプローブ再走査の間に一度だけ行えばよく、二度の走査を行うことも含めても全体の計測時間を短縮する効果を有する。
【符号の説明】
【０１２７】
１ プローブ
２ 変換素子
３ 粘弾性計測参照層
４ 被検体
５ 送信手段
６ 受信手段
７ 歪分布検出手段
８ 粘弾性分布算出手段
９ 画像化手段
１０ 表示手段
１１ 制御手段
１２ 加圧駆動手段
１３ 圧迫板
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検体情報取得装置、特に被検体の粘弾性特性を画像化する被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体情報取得装置として、超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、非侵襲に被検体内部の情報を画像化して得るため、医療分野で広く用いられている。
【０００３】
超音波診断装置においては従来、組織の反射率の違いによって生じる反射エコーから生体内の構造を映像化する超音波断層像、また血流によって生じる超音波のドプラ効果を利用して血流速度などを映像化する超音波ドプラ像などが用いられてきた。
【０００４】
さらに最近では超音波により組織の硬さを計測して組織診断に利用することが行われ始めている。これは組織の硬さが病理状態と深く関連しているためであり、例えば、乳がんや甲状腺がんなどの硬化性がんでは正常組織や良性腫瘍よりも硬くなることが知られている。
【０００５】
また、近年、乳腺腫瘍において、がんと良性腫瘍では粘性特性がことなることが報告されており、組織診断において組織の硬さ計測だけでなく粘性特性も含めた粘弾性特性評価が求められている。そのため超音波を用いて生体内の粘弾性特性の分布を計測するとともにそれらの分布を画像化し、従来の組織構造の画像と組み合わせることで組織部位のがんなどの診断に利用することが求められている。
【０００６】
被検体の粘性を算出する超音波診断装置として、特許文献１には超音波を送受信するトランスデューサの表面に圧力センサを設けた超音波プローブを用い、超音波により歪み分布を計測するとともに圧力センサにより被検体に加える圧力分布を計測し、これらから弾性、粘性の値を算出することが開示されている。このような構成では歪み分布を計測するとともに実際に加えられた圧力分布を計測しているために一様な加圧を行わずとも精度の高い分布計測を行うことが可能となる。
【０００７】
また特許文献２には圧力計測の方法として超音波プローブと生体組織の間に弾性率が既知の計圧用変形部を挟み、圧力を計測する超音波診断装置が開示されている。これは計圧用変形部の変形を超音波で計測し、計圧用変形部に加わっている圧力（応力）を弾性率と歪みの関係から算出し、この応力と被検体内部の歪分布より被検体内部の弾性率分布を算出し表示するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２２６０５号公報
【特許文献２】特開２００５−６６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１に記載のような構成では超音波プローブの構成が複雑になる。さらに通常超音波を用いて組織の歪み分布計測を行う場合、加える圧力（応力）は非常に小さいため、通常の圧力センサでは計測が難しく、また超音波プローブ直下に圧力センサを挟むと超音波の送受信の効率、感度が劣化するため深い部位の計測ができなくなってしまうという課題を有していた。
【００１０】
また特許文献２では装置構成は簡便であるが、被検体内の弾性分布を表示するにとどまり、被検体内部の粘性分布を計測する方法は開示されていない。したがって、簡易な構成で被検体の粘性を算出し得る装置が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決し得る本願発明は、被検体に弾性波を送信し、前記被検体内で反射した弾性波を受信して前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、受信した弾性波を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子と前記被検体との間に設けられる弾性率（Ｅｃ）が既知な参照層と、前記電気信号を用いて、前記被検体と前記参照層とに対して圧力を加えた際の前記被検体の歪（ε）と前記参照層の歪（εｃ）とを計測する計測手段と、前記参照層の弾性率（Ｅｃ）と、前記被検体の歪（ε）の変化と、前記参照層の歪（εｃ）の飽和値と、を用いて前記被検体の粘性率（η）を算出する算出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、簡易な装置構成でありながら、
生体組織の弾性率および粘性率が評価できる。特に被検体の弾性率と粘性率を独立に算出できるために腫瘍組織の診断に効果的な被検体情報取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を表す図
【図２】粘弾性計測の原理を表す図
【図３】本発明にかかわる粘弾性分布計測を説明する図
【図４】本発明の第二の実施例を表す図
【図５】本発明の第二の実施例の動作を表す制御図
【図６】本発明にかかわる被検体保持の構成例を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図を用いて本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の、被検体情報取得装置である超音波診断装置を示すブロック図である。
【００１６】
この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の診断部位についての断層像とともに生体組織の粘弾性、とくに弾性率分布に加え粘性率分布に基づく画像を表示するものである。
【００１７】
特に図１で示す例では、被検体を保持・圧迫する圧迫板を有し、圧迫板を介して被検体をステップ状に加圧するものである。圧迫板を用いて被検体を保持し加圧することで、ステップ状加圧の間、飽和計測時間に至るまで、被検体および粘弾性計測参照層に時間的に一定の応力を印加することができる。さらに超音波の複数回の走査に対しても安定な歪分布計測が可能である。
【００１８】
図中１はプローブであり、後述の被検体４に弾性波としての超音波を送信する手段と被検体で反射した弾性波としての超音波を受信して電気信号に変換する手段とを兼ねる変換素子である変換素子アレイ２を備えている。また、この変換素子アレイ２と被検体４との間には、弾性率（Ｅｃ）が既知な粘弾性計測参照層３が設けられており、図１に示す本実施の形態においては、被検体４を圧迫するための後述の圧迫板１３と被検体４の間に粘弾性計測参照層３が設けられている。また、４は被検体、５はプローブ１へ制御信号を送信する送信手段、６はプローブ１が備える変換素子からの電気信号を受信する受信手段である。また、７はプローブ１が備える変換素子からの電気信号を用いて、被検体４と粘弾性計測参照層３とに対して圧力を加えた際に生じる、被検体４の歪と粘弾性計測参照層３の歪とを計測する計測手段である歪分布検出手段である。そして８は、計測された被検体４の歪の変化と、粘弾性計測参照層３の歪の飽和値と、粘弾性計測参照層３の既知である弾性率とを用いて、被検体４の粘性率を算出する算出手段である粘弾性分布算出手段である。更に図１の構成では、好ましい形態として画像化手段９、表示手段１０、制御手段１１、及び被検体４を圧迫するための圧迫板１３と圧迫板１３による被検体４への圧迫力を制御する加圧駆動手段１２とを有している。上述の超音波診断装置によって、被検体４の粘性率を算出する原理について、以下、説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態では手動または機械駆動によりプローブ１から被検体４に瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を行い、同時に弾性定数が既知の粘弾性計測参照層３を介してプローブ１から被検体４へ弾性波としての超音波を送受信し、粘弾性計測参照層３の歪分布と被検体４内の歪分布とを計測する。
【００２０】
加圧時に被検体内の組織に生じる歪は、組織に粘性がない場合には
【００２１】
【数１】
【００２２】
である。ここでＥは組織の弾性定数（ヤング率）、σ０はステップ状に加わる応力（圧力）の振幅である。そのため組織に粘性がない場合には歪の振幅値より組織の弾性が得られる。また粘弾性計測参照層３に粘性がない場合には逆に歪量より応力が得られることとなる。
【００２３】
一方組織に粘性がある場合には、図２に示す粘弾性計測の力学的モデルで解析できる。図２中３は粘弾性計測参照層、４は被検体内の領域を示し、Ｅｃ、ηｃはそれぞれ粘弾性計測参照層３のヤング率（弾性率）および粘性率、Ｅ、ηはそれぞれ被検体４のヤング率（弾性率）および粘性率である。
【００２４】
被検体４と粘弾性計測参照層３がそれぞれの粘弾性に基づいて個別の時間変化を行うため、図２に示す力学的モデルに従って計測を行う必要がある。特に粘弾性計測参照層３を超音波伝搬特性に優れかつ境界での反射を抑制するため被検体組織と同等の音響特性を有する部材を用いる場合には、粘弾性計測参照層３のもつ粘性を無視することは実用計測上大きな誤差を生じることとなる。このため粘弾性計測参照層３のヤング率のみから応力を独立に求めることが困難である。
【００２５】
図３に示した力学モデルに従った応力の時間変化σ（ｔ）、および粘弾性計測参照層３の歪の時間変化εｃ（ｔ）、被検体４の歪の時間変化ε（ｔ）の関係は
【００２６】
【数２】
【００２７】
【数３】
【００２８】
となる。
【００２９】
本発明では手動または機械駆動によりプローブから被検体に瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持するステップ状加圧を加える。
【００３０】
このとき図３に示したモデルでは粘弾性計測参照層３の歪の時間変化ε（ｔ）と、被検体４内の歪の時間変化εｃ（ｔ）は以下のようになる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
【数５】
【００３３】
但し、τｃ＝ηｃ／Ｅｃ、τ＝η／Ｅ、であり、またε（０）、εＣ（０）はそれぞれステップ状加圧が加わった瞬間の被検体４内の歪と粘弾性計測参照層３の歪の値（初期値）である。加圧が加わった瞬間はそれぞれの歪は０であるから以下のようになる。
【００３４】
【数６】
【００３５】
【数７】
【００３６】
このように粘弾性計測参照層３と被検体４内の時間変化を追うことでそれぞれの時定数τｃ、τを算出することはできる。但し、時定数から各々のヤング率と粘性率を独立に算出するには困難であった。そのため少なくとも粘弾性計測参照層３のヤング率と粘性率の値が既知である必要がある。また応力σ０が既知でないときには（式４’）と（式５’）を連立的に解くには複雑な計算が必要となる。
【００３７】
一方ステップ状加圧開始からの時間ｔが充分長い場合には、粘弾性計測参照層３の歪は略一定になり、
【００３８】
【数８】
【００３９】
となるため、この時刻で計測した粘弾性計測参照層３の歪値から既知のヤング率を用いて応力σ０が算出できる。とくにステップ加圧開始時に粘弾性計測参照層３の歪が０か否かに限らずなりたつ。
【００４０】
以降で（式６）に従って応力σ０を計測する時間を飽和計測時間と称することにする。ここで飽和時間計測はτｃの数倍程度とればよく、例えばτｃの５倍の飽和計測時間で応力σ０の算出精度として１％を切り、τｃの９倍の飽和計測時間で約０．１％の精度を得ることができる。そのため粘弾性計測参照層３の粘性率の概略の大きさがわかっているときには、τｃの概略値を求めて、これより飽和計測時間を決定することができる。飽和計測時間はτｃの数倍以上であればよいので、粘弾性計測参照層３の粘性率は概略がわかっていればよい。また、粘弾性計測参照層３の粘性率が不明の場合には、あらかじめ粘弾性計測参照層にステップ状加圧を加え、粘弾性計測参照層の歪の時間変化を計測し、時間変化が計測の精度の範囲で一定になる時間を計測することで、飽和計測時間を実験的に決定してもよい。
【００４１】
なお応力σ０の算出には、粘弾性計測参照層３の歪が一定になる時間での値ではなく、被検体４内の歪が一定になる時間での値を用いてよいが、被検体４の時定数τは計測する組織によって変動するため、被検体４によって飽和時間も変化するため飽和計測時間を決定しにくい。よって、粘弾性計測参照層の歪の値を用いることが好ましい。
【００４２】
このように本実施の形態では、飽和計測時間で計測した粘弾性計測参照層３の歪から単純な計算で応力を計測することができる。また、粘弾性計測参照層３には、粘性率などに比べ比較的高精度・安定に計測できるヤング率が既知の材料を用いればよいという利点を有する。
【００４３】
次にステップ状加圧開始に計測された被検体の歪の変化より粘性率とヤング率の比τがもとめられる。
【００４４】
具体的には被検体４の歪の時間微分の対数を算出すると、
【００４５】
【数９】
【００４６】
となるため、複数の異なる時点での被検体４の歪の時間微分の対数より、その傾きである粘性率とヤング率の比τの逆数が求められる。さらにこの切片
【００４７】
【数１０】
【００４８】
を求め、これと（式６）より算出した応力σ０と粘性率とヤング率の比τから被検体のヤング率Ｅが算出できる。そして、τとヤング率Ｅを用いて粘性率を算出することができる。
【００４９】
ここでステップ加圧開始の瞬間の被検体の歪を０としたが、被検体があらかじめ歪ε（０）を持っていた時は、（式５）から切片が
【００５０】
【数１１】
【００５１】
となる。τは上記のように算出できるので検出された初期歪ε（０）がある場合には切片に対して
【００５２】
【数１２】
【００５３】
の分だけ補正をかけておけばよい。以降では初期歪がある場合の切片という場合にはこの補正を行ったものをさすことにする。
【００５４】
あるいは（式５’）に直接フィッティングすることで粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求め、その後この基準歪係数σ０／Ｅと（式６）より算出した応力σ０より被検体のヤング率Ｅを算出してもよい。フィッティングには最小二乗などを用いてもよい。また被検体に初期歪がある場合には、初期歪ε（０）を用いて（式５）にフィッティングを行えばよい。
【００５５】
被検体４の歪の変化はステップ状加圧開始当初ほど大きく計測し易いため、被検体４の歪の計測はステップ状加圧開始直後から始めることが好ましい。また（式７）を用いた算出には被検体４の歪の時間微分の対数の時間変化に対する傾きと切片を求めればよいため、被検体４の歪を計測する時点は、ステップ状加圧開始の数点〜十数点をとればよく、被検体４の歪の飽和計測時間まで計測を連続して続けずともよい。
【００５６】
即ちステップ状加圧開始時点から比較的短時間の時間間隔での弾性波としての超音波の送受信により被検体４内の歪を計測し、被検体４の歪の時間微分の対数の時間変化に対する傾きと切片を算出する。その後、超音波の送受信と歪計測を停止し、飽和計測時間に達したあとに超音波の送受信により粘弾性計測参照層３の歪を計測し応力σ０を算出して、前記傾きと切片から被検体４内のヤング率と粘性率を求めればよい。
【００５７】
（式５’）へフィッティングする場合でも、歪の時間変化が大きい初めの時点だけを用いて粘性率とヤング率の比τを検出すればよく、それ以降は超音波に受送信による歪の計測を停止してもよい。
【００５８】
以上のヤング率、粘性率の計測を被検体４の粘弾性分布計測に適用する方法について図３を用いて説明する。図中、３は粘弾性計測参照層、４は被検体、１４は計測のために加える力を示す。力１４は粘弾性計測参照層３と被検体４の境界に略垂直に加えられ、粘弾性計測参照層３と被検体４内の組織は図中鉛直方向に歪を生じる。粘弾性計測参照層３では境界に沿ってεｃ１、εｃ２、εｃ３、・・・の歪分布が生じ、被検体４内の鉛直方向にはε１１、ε１２、ε１３、・・・の歪分布が生じ、これらの歪分布の時間経過を超音波で計測する。力１４が図中鉛直方向に加えられるため、鉛直方向に並んだ粘弾性計測参照層３の歪εｃ１と被検体４の歪ε１１、ε１２、ε１３、・・・は同一の応力から生じたものである。同様に、ｉ＝２，３，・・・に対して粘弾性計測参照層３の歪εｃｉと被検体４の歪εｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・は同一の応力から生じたものである。
【００５９】
被検体４のεｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・（ｉ＝１，２，３，・・）の、ステップ状加圧開始時点からの時間経過に伴って（式７）を適用して、上記のように粘性率とヤング率の比τと切片、あるいは（式５’）を用いて粘性率とヤング率の比τおよび基準歪係数σ０／Ｅが算出される。その後、飽和計測時間に達した時点で粘弾性計測参照層３の歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）つまり粘弾性計測参照層３の歪の飽和値を用いて歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）位置での応力が算出される。ここで算出された応力と先に算出された被検体４のεｉ１、εｉ２、εｉ３、・・・（ｉ＝１，２，３，・・）の位置でのτと切片（または基準歪係数）を用いて、粘弾性計測参照層３の歪εｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・）と鉛直方向に並んだ各位置のヤング率と粘性率が算出される。このようにして被検体内での各位置でのヤング率と粘性率が算出され、ヤング率と粘性率の分布が得られる。
【００６０】
このような原理に基づき、弾性率が既知な粘弾性計測用の参照層３を、被検体４で反射した弾性波を受信して電気信号に変換する変換素子である変換素子アレイ２と被検体４との間に設け、被検体２と参照層３とに対して圧力を加えた際の、被検体４の歪と参照層３の歪とを計測し、被検体４の歪の変化と、参照層３の歪の飽和値と、参照層３の弾性率とを用いて、被検体４の粘性率を算出することが可能となる。尚、上述の通り、被検体４及び参照層３に圧力を加える圧力印加手段である圧迫板１３の圧力を制御する圧力制御手段である加圧駆動手段１２が被検体４及び参照層３に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、該一定値が所定の時間保持されるステップ加圧となるように制御することも可能である。
【００６１】
その際、上述の図１に示すように、参照層３は、被検体４と圧迫板１３との間に配置されるように、圧迫板１３の被検体４に面する側上に位置し、変換素子である変換素子アレイ２は、圧迫板１３及び参照層３を介して被検体４と弾性波の送受信をするように、圧迫板１３の被検体４に面する側とは反対側上に位置しているとよい。
【００６２】
そして、弾性波としての超音波を用いた、より具体的且つ好ましい歪計測では、後述の図４に示すように超音波の走査を行うことで被検体各位置での歪分布を計測するとよい。尚、図４における１５はプローブ走査手段である。このプローブ走査手段１５によってステップ状加圧開始時点から被検体４内の走査を繰り返すことで、被検体４内の各点での粘性率とヤング率の比τと切片（または基準歪係数）を算出し、その後飽和計測時間に達した時点での粘弾性計測参照層３の歪値、つまり粘弾性計測参照層３の歪の飽和値を用いて粘弾性計測参照層３の各点での応力分布を算出する。その後、図３に示した鉛直方向に並んだ位置にある粘弾性計測参照層３の各点での応力と、被検体４内の各点のτと切片（または基準歪係数）を用いて被検体内の各点のヤング率と粘性率をもとめる。
【００６３】
このように、変換素子である変換素子アレイ２を走査する走査手段であるプローブ走査手段１５を更に有し、制御手段１１は、走査される変換素子アレイ２の各位置で、圧迫板１３が被検体４及び参照層３を異なる圧力でステップ加圧するように圧力を制御する。そして計測手段である歪分布検出手段７は、異なるステップ加圧を基に、被検体４の歪分布と参照層３の歪分布とを計測する。そして算出手段である粘弾性分布算出手段８は、参照層３の弾性率と、被検体４の歪分布と、参照層３の歪の飽和値の分布とを用いることで、被検体４の粘性率の分布を算出する。
【００６４】
尚、被検体４及び参照層３への圧力印加手段は、上述の圧迫板１３に限らず、後述の図６に示すように、被検体４を帯束して保持する張力バンド（ベルト）１７でもよい。この場合、圧力制御手段としてのバインド手段１８とそれを制御する制御手段１１とが、張力バンド１７の張力を制御することで、被検体４及び参照層３に加える圧力を制御する。
【００６５】
またここでは弾性特性としてヤング率、粘性特性として粘性率を用いたが、スティッフネス係数、圧弾性係数などの弾性係数と粘度、粘性率などの粘性係数を利用することもできる。
【００６６】
（第一の実施例）
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明による被検体情報取得装置である超音波診断装置の実施例を示すブロック図である。各構成要素について、その動作と共に、順に説明する。
【００６７】
［被検体の保持とステップ状加圧］
二枚の圧迫板１３は被検体４を保持するとともに、被検体４と粘弾性計測参照層３を同時にステップ状に加圧する。ステップ状加圧とは、被検体４及び参照層３に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、この一定値が所定の時間保持される加圧を意味する。具体的には、加圧駆動手段１２が、制御手段１１により圧迫板１３を駆動して瞬間的に一定圧力まで加圧された後、一定圧力を一定時間保持することでステップ状加圧を行う。好ましくは、制御手段１２により不図示の荷重センサからの荷重計測値を用いて被検体４を挟んだ二枚の圧迫板１３の間の荷重を制御し、瞬間的に一定値まで荷重された後、その一定荷重を一定時間保持することで上記のステップ状加圧を行う。
【００６８】
加圧駆動手段１２の加圧によって、圧迫板１３の粘弾性計測参照層３との境界面では被検体４の形状や硬さに応じた面内で不均一の圧力分布（応力分布）が発生する。ただし圧迫板１３で保持されているため、上記の制御手段１１の制御により各部での応力は、ステップ状加圧の間は時間的に一定のものとなっている。粘弾性参照層３は、片側の圧迫板１３と被検体４との間に粘弾性参照層３が配置されるように、圧迫板１３の被検体に面する側上に設けられている。またこの圧迫板１３の被検体４に面する側と逆側には、変換素子である変換素子アレイ２を備えたプローブ１が配置され、圧迫板１３と粘弾性計測参照層３を介して被検体４に向け超音波を送受信する。
【００６９】
圧迫板１３は超音波の透過性に優れ、またこれと接する粘弾性計測参照層３との間に超音波の反射が生じにくく、かつ被検体４を保持するための剛性をもった材質、たとえばポリメチルペンテンポリマーのＴＰＸ（登録商標）などで形成されるのが好ましい。
【００７０】
［粘弾性計測参照層の具体的構成例］
粘弾性計測参照層３は、圧力印加手段である圧迫板１３の被検体４側に配置され、圧迫板１３により被検体４と同時にステップ状の加圧をされる。同時にプローブ１からの超音波は粘弾性計測参照層３を介して被検体４に送受信される。
【００７１】
粘弾性計測参照層３は、超音波を伝搬し吸収や散乱を行わない材質で、好ましくは保形性や柔軟性、適度な弾性を備えた材質で構成される。超音波の伝搬性は、粘弾性計測参照層３を介して超音波の送受信を行って画像を形成するために重要で、吸収や散乱による超音波伝搬に減衰が生じると送受信の効率が低下する。このため超音波に対して透明な一様材質で、減衰定数が小さく、好ましくは伝搬速度（音速）が被検体４の平均音速程度であることが好ましい。さらに粘弾性計測参照層３は、被検体４と音響インピーダンスが大きく異なると境界面で反射が生じ、画像作成のための超音波の送受信の効率が低下するため、音響インピーダンスの差が大きくないものがよい。但し被検体４と音響インピーダンスが一致すると後述の境界面の検出が困難になるため、適度な音響インピーダンス差を有するものである。また粘弾性計測参照層３を介して被検体４を加圧し、粘弾性計測参照層３の変形量を用いて応力（圧力）分布の計測を行うために、保形性や柔軟性、適度な弾性を有することが好ましい。このような材質としてポリビニルアルコールなどの水性ゲルやポリウレタン、ゴム系材料などが利用できるが、上記特性を有するものであれば他の材料で形成されても構わない。但し材料のヤング率、スティッフネス係数、圧弾性係数などの弾性係数は既知のものを利用する。粘弾性計測参照層３の厚みは、超音波の伝搬からは薄い方が好ましいが、応力（圧力）分布の計測を高感度に行うためには適度な変形を生じることが好ましく、また歪分布を検出する領域内に粘弾性計測参照層３が入る必要がある。このため厚みとして０．１ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする。
【００７２】
［受信ビーム信号の作成とＢモード画像の表示］
プローブ１は機械式または電子式にビーム走査を行って被検体４に超音波を送受信するものである。変換素子アレイ２は送信手段５からの駆動波形によって駆動し、超音波を発生する変換素子を配列したものである。送信手段５は変換素子アレイ２の各変換素子への駆動波形を発生すると同時に、制御手段１１からの制御に基づいて各変換素子の駆動タイミングを調整する。変換素子の駆動タイミングを調整することにより各変換素子で発生する超音波を合成した合成超音波は、所定点に収束する超音波送信ビームを形成する。即ち制御手段１１が送信手段５を制御することで、所望深度に収束点を持ち所望方向へ指向性を有する超音波送信ビームをプローブ１より送信する。また制御手段１１は、超音波送信ビームの方向をスイングしてビーム走査を行うセクタ走査を行う。あるいはまた、変換素子アレイ２上で駆動する変換素子を限定して送信開口を作り、送信開口を移動させることで超音波送信ビームを略平行に走査するリニア走査を行う。
【００７３】
受信手段６には受信回路と整相加算回路が具備されている。受信回路は変換素子アレイ２の各変換素子で受信した弾性波としての超音波を電気信号（以下、受信信号という場合がある）に変換し、各受信信号を増幅し、好ましくはＡＤ変換を行って受信信号を複数の時系列デジタル信号に変換する。整相加算回路は超音波に基づく受信ビームを形成するためのものである。整相加算回路はデジタル化された各受信信号に制御手段１１によって制御される遅延時間を与えて加算（整相加算）し、受信ビーム信号を作成する。受信ビーム信号は変換素子で受信された弾性波としての超音波を変換した電気信号（受信信号）の受信タイミングが調整された上で加算されたもので、受信感度に対して指向性と一点あるいは複数点の収束点をもつ超音波受信ビームを形成することができる。制御手段１１は超音波送信ビームと同期して超音波に基づく受信ビームをビーム走査する。この結果プローブ１から被検体４内部への超音波送信ビームを送信し被検体４の内部組織で反射された超音波の反射エコー信号を超音波受信ビーム内で受信した受信ビーム信号が得られる。制御手段１１のビーム走査により被検体４内部の特定位置あるいは方向に対する超音波の反射エコー信号に対応した複数の受信ビーム信号が得られる。ビーム走査に対応して受信ビーム信号を配列することで被検体４内の超音波の反射エコー強度に対応した断層画像が得られる。制御手段１１によりビーム走査を繰り返すことで異なる時間の断層画像が得られる。
【００７４】
受信手段６で作成された複数の受信ビーム信号は画像化手段９へ入力される。画像化手段９では、複数の受信ビーム信号より被検体４内の断層構造を反映した白黒濃淡のＢモード断層画像を形成する。画像化手段９は複数の受信ビーム信号をビーム走査に応じて配列するとともに、これらにゲイン補正、フィルタ処理、包絡線検波、ログ圧縮などの信号処理を行う。さらに画像化手段９は、信号処理後に画像表示のための輪郭強調、画像フィルタなどの画像処理を行って表示手段１０への表示信号へ変換するためのデジタルスキャン変換回路、アナログビデオ信号へのＤＡ変換回路を具備してもよい。制御手段１１からの表示制御に従って表示手段１０へＢモード断層画像を表示させる。
【００７５】
表示手段１０はＣＲＴ、ＬＣＤなどの表示装置であり、画像化手段９からの表示信号に基づいて画像を表示する。
【００７６】
［歪検出手段の具体的構成例］
受信手段６で作成された複数の受信ビーム信号はまた、計測手段である歪分布検出手段７へ入力される。歪分布検出手段７では、複数の受信ビーム信号をもとに被検体４内および粘弾性計測参照層３の歪分布を検出する。
【００７７】
歪分布は周知のカラーフロードプラ法や組織トラッキング法と同様に、異なるビーム走査周期で得られた同一位置の受信ビーム信号間に相関演算を行うことで検出できる。
【００７８】
歪分布検出手段７は、複数の受信ビーム信号を格納するためのメモリ回路と相関演算回路を有する。
【００７９】
制御手段１１がビーム走査を繰り返すことで得られる複数の受信ビーム信号が、メモリ回路に格納される。一度のビーム走査で得られる受信ビーム信号の組は、ある時点での断層画像に対応するフレーム受信ビーム信号データを構成する。異なるフレーム受信ビーム信号データには異なる時点でのビーム走査に対応し、異なるフレーム受信ビーム信号データ間での対応する位置での受信ビーム信号は、異なる時点でのビーム走査間で同一位置からの超音波の反射エコー信号となっている。このためこれらの受信ビーム信号の相関演算を行うことで、異なる時点のビーム走査の間に生じた当該位置での変位が計測できる。この変位分布をビーム深さ方向で差分することで歪分布を計算する。
【００８０】
相関演算回路はその入力部分にヒルベルト変換フィルタを有し、異なる時点のビーム走査で同一位置に対応する二つ受信ビーム信号を解析信号に変換し、これらの複素相関演算を行う。あるいは受信ビーム信号を直交検波したＩ−Ｑ信号を用いて、異なる時点のビーム走査で同一位置に対応する二つ受信ビーム信号間の時系列の瞬時位相遅れを計算し、これを音速で換算して変位を求めてもよい。さらに当該技術分野で知られる複合自己相関法などを用いて歪計測の精度を向上させてもよい。
【００８１】
メモリ回路と相関演算回路の具体的な構成として以下のようなものを用いてもよい。
【００８２】
初めの例としては、複数のフレーム受信ビーム信号データを格納するメモリ手段と、一回のビーム走査でとる各ビーム位置に対応した複数の相関演算回路を具備するものである。メモリ回路に格納された複数フレーム受信ビーム信号データから、異なる時点のビーム走査に対応する二つのフレーム受信ビーム信号データを選択し、各ビーム位置に対応した相関演算回路へ、二つのフレーム受信ビーム信号データの対応する受信ビーム信号を入力する。相関演算回路で相関演算を行うことにより、対応するビーム位置でのビーム深さ方向の変位量分布が得られる。このような構成では繰り返しビーム走査を行い取得する複数のフレーム受信ビーム信号データから選択して相関演算を行うため、任意の二つの時点のビーム走査の間での変位が計測できる。この歪を深さ方向に差分をとることで歪量が計測できる。
【００８３】
ここではビーム位置ごとに一次元の相関を行う複数相関回路を用いたが、異なるビーム走査時点でのフレーム受信ビーム信号データに対して二次元相関をとる相関回路を用いることもできる。
【００８４】
他の例としてはビーム走査でとる各ビーム位置に対応して、複数のメモリ回路と複数の相関演算回路を具備するものである。複数のメモリ回路は、さらに二つのＦＩＦＯ型メモリと相関演算結果を一次格納するＴＭＰメモリからなる。繰り返し行われるビーム走査に対して、各ビーム位置ごとに受信ビーム信号を、初めに第一のＦＩＦＯ型メモリに格納する。第一のＦＩＦＯ型メモリの出力は、第二のＦＩＦＯ型メモリと相関演算回路へ入力され、さらに第二のＦＩＦＯ型メモリの出力は、相関演算回路へ入力される。二つのＦＩＦＯ型メモリは、各々一ビーム走査で対応するビーム位置で取得する受信ビーム信号を格納するメモリ容量を有する。このため繰り返し行われるビーム走査のある時点では、隣接する二ビーム走査での対応するビーム位置での受信ビーム信号が格納されており、この二つの受信ビーム信号を相関演算回路で演算し対応するビーム位置でのビーム深さ方向の変位量分布を求める。ここで得られる変位量分布は、繰り返し行われるビーム走査の隣接する二ビーム走査間の間に生じるものとなる。複数ビーム走査の間に生じる変位を求めるためには、相関演算回路での結果を累積加算していけばよく、相関演算回路の演算結果をＴＭＰメモリ内のデータに加算し、結果をＴＭＰメモリへ格納する。さらに変位分布の深さ方向の差分をとることで歪分布を計算する。本構成は、歪分布検出手段７をリアルタイム処理に適したパイプライン型処理で実装するのに好適なもので、とくに前記の例にくらべメモリ回路の容量を小さくとることができる。
【００８５】
上記二例のいずれの場合にも、各ビーム位置に対応した複数の相関演算回路から異なるビーム走査の間に生じるビーム深さ方向の歪分布が得られる。これを各ビーム位置に配列することで異なるビーム走査の間に生じる二次元断層についての歪分布が得られる。
【００８６】
上記二例以外にも、当該分野で周知の方法で異なる時点のビーム走査で得られたフレーム受信ビーム信号データを用いて二次元断面の歪分布を検出してもよい。
【００８７】
本発明では特に歪分布をもとめる領域を被検体４のみならず、粘弾性計測参照層３を含んだ領域で計測する。より詳しくは被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分の変位量が計測されるように設定され、これより粘弾性計測参照層３の歪分布を算出する。粘弾性計測参照層３内の変位量の検出は、境界部分を含んだ超音波の反射エコーを含むように受信ビーム信号を切り出して上記の一連の相関演算を行ってもよいが、以下のような演算回路を別途設けることもできる。
【００８８】
一般に粘弾性計測参照層３内部は超音波に対して略透明であるため、超音波の反射エコー信号が非常に小さいものであり、受信ビーム信号も小さなものとなっている。そのためこの領域での受信ビーム信号の相関演算結果が誤差を含み、不安定なものになることがある。一方被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分は、それらの音響インピーダンスの違いで局所的に大きな反射エコー信号を発生し、受信ビーム信号およびそれらの相関演算結果も精度よく検出できる。粘弾性計測参照層３は厚さ方向に一様材質であり、厚さ方向の歪分布も一定であるため、境界部分の変位から求めた歪値を用いれば面内での歪分布が求まる。
【００８９】
そのため相関演算回路の入力部に閾値回路を設け、受信ビーム信号の強度が一定以下の信号を０とおくことで、各受信ビーム信号の先頭領域、粘弾性計測参照層３の厚みに対応する部分をマスクして相関演算を行い、上記のような不安定性を除くことができる。
【００９０】
さらに受信ビーム信号の振幅強度が一定以下になる部分を粘弾性計測参照層３内と判断することにより、直接受信ビーム信号の境界部分を検出し、境界部分位置の異なるビーム走査に対するフレーム受信ビーム信号データ間の差から、これらビーム走査間の境界部分の変位を求めてもよい。このように求めた被検体４と粘弾性計測参照層３の境界部分の変位分布を深さ方向に差分をとることで、粘弾性計測参照層３の歪分布を計測してもよい。
【００９１】
以上のように各受信ビーム信号ごとに先頭付近より粘弾性計測参照層３の歪量が、それ以後の部分より被検体４の深さ方向にそっての歪分布が算出される。各受信ビーム信号の対応するビーム位置について配列することで、被検体４の断面歪分布と、粘弾性計測参照層３の被検体４の境界に沿った歪分布が計測される。これらが歪分布検出手段７から算出手段である粘弾性分布算出手段８へ入力される。
【００９２】
［粘弾性分布算出手段］
算出手段である粘弾性分布算出手段８では前記の原理に従って、粘弾性計測参照層３の歪の飽和値と、被検体４内の歪分布の時間変化と、粘弾性計測参照層３の弾性係数より被検体４内の弾性率分布と粘性率分布を算出する。
【００９３】
粘弾性分布算出手段８はマイクロプロセッサ、メモリおよびこれらを制御する制御回路とデータ転送用のバス回路を用いて構成されてもよく、また汎用ＰＣやＦＰＧＡなどのプログラム可能な処理回路上に処理ソフトウエアの形で実装されてもよい。このため以下では粘弾性分布算出手段８での処理に関して説明を加える。
【００９４】
歪計測のためにおこなう超音波ビームをリニア走査する場合では、各受信ビーム信号に対応する超音波ビームの各位置が加圧の方向と略一致するため、各受信ビーム信号ごとに得られる、粘弾性計測参照層３の歪量と、その後の被検体４の深さ方向にそっての歪分布は図３で説明した鉛直方向に並んだ同列の歪に対応する。このため歪分布検出手段７の処理を含めて、各受信ビーム信号ごとに処理を進めることが可能である。超音波ビームをセクタ走査やその他の走査を行う場合には、走査による超音波ビームの位置と加圧する方向との幾何学的な関係を用いて、図５で説明した鉛直方向に並んだ列ごとに粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそっての歪分布の配列を作成する。このとき被検体４の歪分布の配列は、超音波ビームの位置と鉛直方向に並んだ列の位置関係から補間計算によって作成する。以下では説明の簡便のためリニア走査する場合を例とって説明を加えるが、各受信ビーム信号ごとに対応した、粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそっての歪分布の配列を上の位置関係から鉛直方向に並んだデータ列に置き換えることで、その他のビーム走査方法でも同様の処理が行える。
【００９５】
一回のビーム走査で取得されるフレーム受信ビーム信号データに対応して、そのビーム走査のフレーム時刻での断層歪分布データセットが得られる。断層歪分布データセットは一回のビーム走査に対応して、その時刻での各受信ビーム信号から得られる粘弾性計測参照層３の歪量と、被検体４の深さ方向にそった歪値の列からなる。この各受信ビーム信号ごとの、粘弾性計測参照層３の歪量と被検体４の深さ方向にそった歪値のデータセットをビーム歪分布データセットと称する。即ち断層歪分布データセットは、各時刻での各受信ビーム信号に対応した複数のビーム歪分布データセットからなり、断層歪分布データセット内では各断層歪分布データセットは、ビーム走査における超音波ビーム位置に対応することになる。ビーム走査を繰り返すことで、異なる時刻の走査に対する複数の断層歪分布データセットが得られる。
【００９６】
異なる時間に取得した複数の断層歪分布データセット内にある各ビーム歪分布データセット内の被検体歪値を用いて、対応する各ビーム位置の深さ方向各位置での被検体歪の時間変化を抽出する。この各点での時間変化から、（式７）を用いて被検体各点でのヤング率と粘性率との比τを算出する。初めに被検体歪値の微分を算出するために、各断層歪分布データセットに対応したステップ状の加圧からの特定の時間間隔ごとの被検体歪の増加を時間間隔でわって歪の近似時間微分値を算出し、（式７）に従って歪の近似時間微分値の対数の時間変化傾きから１／τを求める。好ましくは、多数時間点での歪の近似微分値からフィッティングにより求める。同時に歪の近似時間微分値の対数の時間変化に対する切片を同様に求める。これを超音波ビーム位置内での深さ方向の全ての点、さらにビーム走査におけるすべての超音波ビーム位置に関して行うことで、被検体断面上の各点でのτと切片の分布を算出する。ここで歪の近似時間微分は、被検体歪の増加を時間間隔でわったものとしたが、高次の中心差分、前進差分、後退差分などを用いてもよい。また前記のように（式５’）へ直接フィッティングすることで粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求めてもよい。
【００９７】
算出された各点の粘性率とヤング率の比τと切片は、断層歪分布データセットに準拠した配列で格納されるのが好ましい。各時点でのビーム走査に対応した複数の断層歪分布データセット内には、各ビームの位置に対応したビーム歪分布データセットからなり、各ビーム歪分布データセット上には、ビーム深さ方向に配列された位置に対応した被検体歪値が配置されている。以上の構成により各断層歪分布データセット内の被検体歪値の配置が被検体内での歪計測点に対応する。このため、ビーム走査の時点が異なる複数の断層歪分布データセットの同じ配列位置にある被検体歪値を用いて、上記のτと切片の計算を行えばよく、得られたτと切片の値も同様のデータ配列に格納すればよい。このようにすることにより、図３で説明したような粘弾性計測参照層３の歪計測を行った各点と、その点と同一の応力を与えられる深さ方向に並んだ各点でのτと切片の値が簡単に対応つけられる。但しこのような対応がおこなわれれば、具体的なデータ格納の方法はその他の方法を用いてもよい。粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを算出した場合も同様である。
【００９８】
また粘性率とヤング率の比τと切片の算出に必要な時系列の歪データの数は、被検体である生体組織の粘弾性の範囲では、上記のフィッティングなどに使用する場合もふくめ、数点から数十点の時点のデータで十分な精度の計算が可能である。これにより必要な時間ごとの断層歪分布データセットも数セットから数十セットとなり、これを作成するフレーム受信ビーム信号データも数〜数十フレームである。これらのデータを作成するためのビーム走査は数秒程度で十分である。そのため断層歪分布データセットは、上記のτと切片の分布を算出する数十フレーム程度が格納されていればよく、これらを作成するためのビーム走査も、数十フレーム（回数）行った時点で制御手段１１によりビーム走査を停止してもよい。
【００９９】
同様に（式５’）へ直接フィッティングして粘性率とヤング率の比τと基準歪係数σ０／Ｅを求める場合でも、ビーム走査はフィッティングを行うステップ状加圧の初期の時点のみ行えばよい。
【０１００】
その後飽和計測時間に達した時点でビーム走査を再開する。これに伴って歪検出手段７により新たに作成された断層歪分布データセットを用い、（式６）に従って粘弾性計測参照層３の応力分布を算出する。ここでは既知の粘弾性計測参照層３のヤング率Ｅｃを用いて直接に粘弾性計測参照層３内の各点での応力σ０を算出する。次に算出された粘弾性計測参照層３内の各点の応力σ０を用いて、その点と同一応力となる深さ方向に並んだ被検体４の各点でのτと切片の値から、ヤング率と粘性率を算出する。初めに（式７）より
【０１０１】
【数１３】
【０１０２】
であるため、これと応力σ０、τより被検体４の各点のヤング率Ｅが算出される。また基準歪係数σ０／Ｅを算出した場合には、応力σ０より直にヤング率Ｅが算出される。次いで
【０１０３】
【数１４】
【０１０４】
の関係を用いて各点の粘性率ηを算出する。これを粘弾性計測参照層３内の点と対応する同一応力となる深さ方向に並んだ被検体４の各点について繰り返すことで、被検体４内のヤング率（弾性率）分布と粘性率分布を算出する。
【０１０５】
算出後には制御手段１１により加圧駆動手段１２よりの加圧を解除する。
【０１０６】
算出された弾性率と粘性率の分布データは、画像化手段９へ入力される。画像化手段９では複数の弾性率と粘性率の分布データから被検体４内の粘弾性を反映した粘弾性断層画像を形成する。
【０１０７】
画像化手段９ではＢモード断層画像の形成と同様に、粘弾性断層画像形成にゲイン補正、フィルタ処理、などの信号処理や輪郭強調、画像フィルタなどの画像処理を行ってもよい。さらに制御手段１１からの表示制御に従って、粘弾性断層画像をＢモード断層画像と交代切り替え、同時並列、重畳合成、などのスタイルで表示手段１０へ表示させる。また画像化手段９では、歪分布検出手段７で作成された被検体４内の歪分布データをもとに歪断層画像を作成し、制御手段１１からの表示制御に従って粘弾性断層画像、Ｂモード断層画像と交代切り替え、同時並列、重畳合成などのスタイルで表示手段１０へ表示させてもよい。
【０１０８】
特にステップ状加圧の間のビーム走査によるＢモード断層画像、歪断層画像を作成し、加圧時の組織画像の変化を追えるようにすることもできる。
【０１０９】
上記説明では被検体４を保持するために二枚の圧迫板１３を用いたが、被検体４と粘弾性計測参照層３を同時に安定してステップ状に加圧できれば上記構成に限られない。図６に被検体４を保持しステップ加圧を行うための異なる構成例を示す。
【０１１０】
図６（ａ）に、支柱１６に保持された加圧駆動手段１２がプローブ１に直接荷重を印加する構成例を示す。またプローブ１は粘弾性計測参照層３が直接接して具備される。場合によってプローブ１と粘弾性計測参照層３に保護層や接合層を設けてもよい。加圧駆動手段１２は不図示の荷重センサ（ロードセルなど）により、被検体４からの反力を計測し、これをもとに加圧駆動手段１２がプローブ１に印加する荷重を制御する。加圧駆動手段１２は瞬間的に所定の荷重をプローブ１に印加し、その後その一定荷重を印加するように制御手段で制御される。これにより被検体４と粘弾性計測参照層３に所望のステップ状の加圧を行える。このような構成ではプローブ１と粘弾性計測参照層３の間に圧迫板を含まないためにプローブ１から送受信する超音波の吸収、反射、散乱を抑制することができ、超音波による歪計測の精度を向上できる。特に被検体４と粘弾性計測参照層３に音響インピーダンスの差がある場合には、上記の接合層を設けて境界の反射を抑制してもよい。
【０１１１】
図６（ｂ）にはベルト１７を用いて被検体４を保持する構成例を挙げる。ベルト１７は端部をプローブ１で固定されるとともに、バインド手段１８で被検体４を保持・帯束する。バインド手段１８は、ベルト１７の張力を計測してベルト１７が一定張力で被検体４を帯束するように制御手段１１で制御される。ベルト１７で帯束する張力を瞬間的に所望の値にし、その後張力をその値で一定になるように制御することで、プローブ１は被検体４と粘弾性計測参照層３にステップ状の加圧を行うことができる。
【０１１２】
以上のように被検体４の形状や部位に適した保持をおこなってステップ状の加圧を与えることが可能である。
【０１１３】
（第二の実施例）
図４は本発明にかかわる第二の実施例の構成を表す図である。
【０１１４】
第二の実施例ではプローブを走査することで被検体の弾性率と粘性率の三次元分布を計測することができる。図中第一の実施例と同様の構成要素は同じ符号を用いて記載し、説明を省略する。
【０１１５】
１５はプローブ走査手段で、プローブ１を保持し、制御手段１１の制御によりプローブ１を圧迫板１３に沿って機械走査する。プローブ走査手段１５によって移動されるプローブ１の各位置で第一の実施例で説明を加えた如くに、各プローブ位置での被検体の断層面での弾性率分布と粘性率分布が算出される。算出された弾性率分布と粘性率分布の断層画像をプローブ走査手段１５によるプローブ走査方向へ配列することで、弾性率分布と粘性率分布の三次元分布が得られる。
【０１１６】
図５は実施例の動作を表す図であり、図５に基づいて本実施例の動作を説明する。
【０１１７】
図５（ａ）は、プローブ走査手段１５による圧迫板１３上でのプローブ１の走査と、これに伴う各プローブ位置でのプローブによるビーム走査をしめす。プローブ走査に伴ってプローブ位置１、プローブ位置２、プローブ位置３、・・・で第一の実施例で説明したように超音波ビームの走査を行ってビーム走査断面での弾性率と粘性率の二次元分布画像を算出する。
【０１１８】
図５（ｂ）は各プローブ位置での加圧駆動手段１２によって被検体４と粘弾性計測参照層３に加えられる荷重の大きさを示す。プローブ走査手段１５によりプローブ１が各プローブ位置に移動後、制御手段１１の制御により不図示の荷重センサからの荷重計測値を用いて被検体４を挟んだ二枚の圧迫板１３の間の荷重を制御し、瞬間的に一定値まで荷重された後、その一定荷重を一定時間保持することで上記のステップ状加圧を行う。本実施例では各プローブ位置ごとに印加する荷重値を異なるものとする。とくに好ましくはプローブ１、プローブ３、・・・の奇数位置では同一の荷重値を、プローブ２、プローブ４、・・・の偶数位置では同一でかつ奇数位置とは異なる荷重値を印加する。さらに好ましくは奇数位置、偶数位置のいずれかでは、圧迫板１３が被検体４を安定に保持する限りで実質的に０に近い荷重値をとる。各プローブ位置での加圧駆動手段１１による一定荷重は、飽和計測時間を超える時間をとるように制御される。
【０１１９】
加圧駆動手段１１により一定の荷重値を与えた場合でも、被検体４の形状や内部の硬さによって圧迫板１３により被検体４を圧迫する圧力（応力）は場所により異なる分布を生じる。しかしながら上記の荷重値の制御により、圧迫板１３の接触面の各点では、時間に対してはステップ状の加圧が行われる。そのため被検体４と粘弾性計測参照層３の各点にはステップ状加圧が行われる。
【０１２０】
図５（ｃ）に本実施例の動作フローを表す。動作が開始されるとプローブ１は第一のプローブ位置にセットされる。ついで加圧駆動手段１１による第一の荷重値の荷重が圧迫板１３に加えられる。この荷重により被検体４と粘弾性計測参照層３の各部にステップ状の加圧が行われる。ついで超音波のビーム走査が開始されプローブ１から送受信される超音波ビームのエコー信号により、第一のプローブ位置の断面での被検体４内の歪分布の計測が行われる。ビーム走査を繰り返し、被検体４内の歪分布の変化より被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片を算出する。但しここでは被検体４の初期歪を補正した切片を算出する。その後ビーム走査を停止して、飽和計測時間に達するまで待機する。飽和計測時間に達したらビーム走査を再開して、粘弾性計測参照層３の歪分布を計測し、粘弾性計測参照層３各部での応力を算出し、これと被検体４の各部の粘性率とヤング率の比τと切片を用いて、被検体４各部の弾性率と粘性率の値を算出する。
【０１２１】
その後プローブ１を第二のプローブ位置に移動し、加圧駆動手段１１による圧迫板１３への荷重の値を第二の荷重の値に変更する。同時にビーム走査を行い被検体４内の歪分布の計測を行って、その変化より粘性率とヤング率の比τと切片を算出し、飽和計測時間に粘弾性計測参照層３の応力分布を算出して、被検体４各部の弾性率と粘性率の値を算出する。その後プローブ１を第三のプローブ位置へ移動し、加圧駆動手段１１による圧迫板１３への荷重の値を第一の荷重の値に変更して（戻して）、以下の動作を繰り返す。プローブ１の位置が最終走査位置に達し、一連の計測が終了した点で動作を終える。
【０１２２】
プローブ１移動後の荷重値の変化は、図５（ｂ）に示すような二値の荷重値を交互にくりかえすのが好ましく、さらに低い方の荷重値は略０とするのが好ましい。本実施例では加圧駆動手段１２による圧迫板１３への荷重変更により、被検体４と粘弾性計測参照層３の各部に与えられる加圧がプローブ１の移動ごとに変動する。但し各プローブ位置でビーム走査により断面内の歪計測が行われている間は、制御手段１１により加圧駆動手段１２による圧迫板１３への荷重が一定値に制御されるために、被検体４と粘弾性計測参照層３に加わる加圧はステップ状の加圧になる。本実施例ではステップ状加圧の開始時、即ち加圧の値が変化する瞬間では、被検体４に、それまでの加圧による初期の歪が生じているが、これを加味した切片
【０１２３】
【数１５】
【０１２４】
の補正を行うか、あるいは（式５）へフィッティングを行うことで、前記のように被検体各部の弾性率、粘性率を算出できる。特に上記のように、プローブの位置に応じて変化させる荷重値を有限の一定値とほぼ０の間にとると、ほぼ０の荷重値をかけた場合の応力も略０となる。このときの粘弾性計測参照層３の歪値は０に近づいて飽和計測時間後には略０となる。同様に被検体４の歪値も時間経過とともに０に近づくため、飽和計測時間を充分に大きくとれば、プローブ走査による次のプローブ位置での被検体４の初期歪は０としてよい。また飽和計測時間での被検体４の歪値が０に達しない場合でも、０に向かって変化していく。このように図５（ｂ）に示すように加圧駆動手段１２で印加する荷重値が高・低の二値の荷重値を交互にくりかえすことで、ステップ状加圧の開始時の初期歪が蓄積していくのを防ぐことができる。
【０１２５】
以上ではプローブ走査による各プローブ位置での計測において、被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片の算出と、粘弾性計測参照層３の歪分布から各点での応力を算出する動作を連続して行った。しかしながらプローブ走査に応じて、初めに各プローブ位置で被検体４内各点での粘性率とヤング率の比τと切片の算出し、これをメモリに格納しながらプローブ走査を継続していき、その後再度プローブ走査を行って粘弾性計測参照層３の歪より応力分布を求めていくこともできる。即ち、粘性率とヤング率の比τと切片の算出と、応力分布の算出を別の一連のプローブ走査で行う。このとき各プローブ位置で加圧駆動手段１２による荷重値を変え、粘性率とヤング率の比τと切片の算出した後には、飽和計測時間まで待機を行う必要がなく、被検体４の歪分布の時間変化からτと切片を算出したのち、直ちにプローブを移動して次のプローブ位置での歪計測を行っていくことができる。所定の領域までのプローブ走査を行った後、飽和計測時間まで待機したのち、再度プローブ走査を行って各プローブ位置で粘弾性計測参照層３の歪分布から各点での応力を算出し、メモリに格納していく。プローブ再走査終了後にメモリに格納したτと切片および各点での応力を用いて、プローブ走査領域全体の各点の弾性率と粘性率を算出する。
【０１２６】
このような動作を行う場合、プローブ再走査時には加圧駆動手段１１による荷重値を変える必要はなく、再度のプローブ走査を開始する時点で、最後に行ったステップ状加圧の飽和計測時間を経過していれば、粘弾性計測参照層３の各点の歪は（式６）に従って応力に比例する。これにより飽和計測時間までの待機はτと切片を算出する初めのプローブ走査と応力を算出するプローブ再走査の間に一度だけ行えばよく、二度の走査を行うことも含めても全体の計測時間を短縮する効果を有する。
【符号の説明】
【０１２７】
１ プローブ
２ 変換素子
３ 粘弾性計測参照層
４ 被検体
５ 送信手段
６ 受信手段
７ 歪分布検出手段
８ 粘弾性分布算出手段
９ 画像化手段
１０ 表示手段
１１ 制御手段
１２ 加圧駆動手段
１３ 圧迫板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に弾性波を送信し、前記被検体内で反射した弾性波を受信して前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
受信した弾性波を電気信号に変換する変換素子と、
前記変換素子と前記被検体との間に設けられる弾性率が既知な参照層と、
前記電気信号を用いて、前記被検体と前記参照層とに対して圧力を加えた際の前記被検体の歪と前記参照層の歪とを計測する計測手段と、
前記参照層の弾性率と、前記被検体の歪の変化と、前記参照層の歪の飽和値と、を用いて前記被検体の粘性率を算出する算出手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記被検体及び参照層に圧力を加える圧力印加手段と、前記圧力印加手段の圧力を制御する圧力制御手段とを更に有し、前記圧力制御手段は、前記圧力印加手段が前記被検体及び参照層に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、該一定値が所定の時間保持されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記圧力印加手段が圧迫板であり、前記参照層は前記被検体と前記圧迫板との間に配置されるように該圧迫板の該被検体に面する側上に位置し、前記変換素子は、前記圧迫板及び前記参照層を介して前記被検体と弾性波の送受信をするように該圧迫板の該被検体に面する側とは反対側上に位置していることを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記圧力印加手段が前記被検体を帯束して保持する張力バンドを備え、前記圧力制御手段は、前記張力バンドの張力を制御することで、前記被検体及び参照層に加える圧力を制御することを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記変換素子を走査する走査手段を更に有し、前記制御手段は、走査される変換素子の各位置で、前記圧迫板が前記被検体及び参照層を異なる圧力でステップ加圧するように圧力を制御し、前記計測手段は、該異なるステップ加圧を基に前記被検体の歪分布と前記参照層の歪分布とを計測し、前記算出手段は、前記参照層の弾性率と、前記被検体の歪分布と、前記参照層の歪の飽和値の分布と、を用いて前記被検体の粘性率の分布を算出することを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【請求項１】
被検体に弾性波を送信し、前記被検体内で反射した弾性波を受信して前記被検体内の情報を取得する被検体情報取得装置であって、
受信した弾性波を電気信号に変換する変換素子と、
前記変換素子と前記被検体との間に設けられる弾性率が既知な参照層と、
前記電気信号を用いて、前記被検体と前記参照層とに対して圧力を加えた際の前記被検体の歪と前記参照層の歪とを計測する計測手段と、
前記参照層の弾性率と、前記被検体の歪の変化と、前記参照層の歪の飽和値と、を用いて前記被検体の粘性率を算出する算出手段と、
を有することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２】
前記被検体及び参照層に圧力を加える圧力印加手段と、前記圧力印加手段の圧力を制御する圧力制御手段とを更に有し、前記圧力制御手段は、前記圧力印加手段が前記被検体及び参照層に加える圧力が、瞬間的に一定値まで上昇した後、該一定値が所定の時間保持されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
【請求項３】
前記圧力印加手段が圧迫板であり、前記参照層は前記被検体と前記圧迫板との間に配置されるように該圧迫板の該被検体に面する側上に位置し、前記変換素子は、前記圧迫板及び前記参照層を介して前記被検体と弾性波の送受信をするように該圧迫板の該被検体に面する側とは反対側上に位置していることを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項４】
前記圧力印加手段が前記被検体を帯束して保持する張力バンドを備え、前記圧力制御手段は、前記張力バンドの張力を制御することで、前記被検体及び参照層に加える圧力を制御することを特徴とする請求項２に記載の被検体情報取得装置。
【請求項５】
前記変換素子を走査する走査手段を更に有し、前記制御手段は、走査される変換素子の各位置で、前記圧迫板が前記被検体及び参照層を異なる圧力でステップ加圧するように圧力を制御し、前記計測手段は、該異なるステップ加圧を基に前記被検体の歪分布と前記参照層の歪分布とを計測し、前記算出手段は、前記参照層の弾性率と、前記被検体の歪分布と、前記参照層の歪の飽和値の分布と、を用いて前記被検体の粘性率の分布を算出することを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４５１０５（Ｐ２０１２−２４５１０５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８０９５（Ｐ２０１１−１１８０９５）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、文部科学省、「先端融合領域イノベーション創出拠点の形成（高次生体イメージング先端テクノハブ）」に係わる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度、文部科学省、「先端融合領域イノベーション創出拠点の形成（高次生体イメージング先端テクノハブ）」に係わる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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