JP2003210460A - Shearing modulus measuring device and therapeutic device - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物体、物質、材
料、生体などの計測対象物の内部の力学的な特性を非破
壊で定量的に計測する技術に係り、例えば加圧源または
加振源などの力源により対象物に力を作用させ、これに
より対象物内部に生ずる変位分布ないし歪テンソル場を
計測し、その歪テンソル場に基づいてずり弾性率を求め
る技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for nondestructively quantitatively measuring internal mechanical characteristics of an object to be measured such as an object, a substance, a material, or a living body. The present invention relates to a technique in which a force is applied to an object by a force source such as a power source, a displacement distribution or a strain tensor field generated inside the object is measured by the force, and a shear elastic modulus is obtained based on the strain tensor field.
【0002】典型的な応用分野としては、生体内部を観
察する超音波診断装置、磁気共鳴撮像装置、放射線治療
等の医療分野において、生体の関心部位の治療効果であ
る組織の変性をモニタリングする手段に適用される。但
し、本発明はこれに限られるものではなく、非破壊で対
象物のずり弾性率を計測して、その評価、検査、診断等
に適用することができる。As a typical application field, in a medical field such as an ultrasonic diagnostic apparatus for observing the inside of a living body, a magnetic resonance imaging apparatus, a radiotherapy, etc., a means for monitoring the degeneration of a tissue which is a therapeutic effect of a region of interest in a living body. Applied to. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to the evaluation, inspection, diagnosis, etc. of the shear modulus of elasticity of an object nondestructively.
【0003】[0003]
【従来の技術】例えば、医療分野においては、放射線治
療、強力超音波照射、レーザ照射、電磁RF波照射、電磁
マイクロ波照射等により、病変部の治療を施すことが提
案されている。この場合、その治療効果を非侵襲によっ
てモニタすることが提案されている。また、抗癌剤等の
薬剤投与の効果などを非侵襲で観察することが提案され
ている。例えば、放射線治療などを施すと、病変部の温
度が変化することから、その温度変化(変性)を非侵襲
により計測できれば、治療効果をモニタリングできる。2. Description of the Related Art For example, in the medical field, it has been proposed to treat a lesion by radiation treatment, intense ultrasonic irradiation, laser irradiation, electromagnetic RF wave irradiation, electromagnetic microwave irradiation, or the like. In this case, it has been proposed to monitor the therapeutic effect non-invasively. In addition, it has been proposed to non-invasively observe the effects of drug administration such as anticancer agents. For example, the temperature of the lesion changes when radiotherapy is performed. Therefore, if the temperature change (denaturation) can be measured non-invasively, the therapeutic effect can be monitored.
【0004】ところで、対象物の関心部位の温度は、そ
の部位のずり弾性率に相関することが知られている。し
たがって、対象物内部のずり弾性率を非破壊で計測する
ことができれば、関心部位の温度または温度分布を計測
することができる。ここで、ずり弾性率とは、せん断弾
性率とも称される物理量であり、ずり弾性率=ずり応力
/ずり=せん断応力/せん断歪により表されることが知
られている。By the way, it is known that the temperature of a region of interest on an object correlates with the shear elastic modulus of the region. Therefore, if the shear modulus inside the object can be measured nondestructively, the temperature or temperature distribution of the region of interest can be measured. Here, the shear elastic modulus is a physical quantity also called shear elastic modulus, and is known to be expressed by shear elastic modulus = shear stress / shear = shear stress / shear strain.
【0005】従来、ずり弾性率を計測する方法として、
例えば、計測対象物に力を作用させる力源の位置を変え
ながら計測対象物を積極的に変形させ、その都度、対象
物表面の複数の点において応力及び歪を計測し、この計
測結果に基づいて関心部位である病変部のずり弾性率を
推定することが提案されている。つまり、応力計や変位
計を用いて対象物表面の複数の点の応力及び歪を計測
し、有限差分法や有限要素法などの数値解析手法を用
い、感度理論に基づいてずり弾性率分布を推定する。Conventionally, as a method for measuring the shear elastic modulus,
For example, the measurement target is positively deformed while changing the position of the force source that exerts a force on the measurement target, and the stress and strain are measured at a plurality of points on the target surface each time, and based on this measurement result. It has been proposed to estimate the shear elastic modulus of a lesion area that is a region of interest. That is, the stress and strain at multiple points on the surface of the object are measured using a stress meter or displacement meter, and the shear modulus distribution is calculated based on the sensitivity theory using numerical analysis methods such as the finite difference method and the finite element method. presume.
【0006】なお、ずり弾性率の計測は、治療の効果を
モニタするでけでなく、肝臓ガンなどのような病変組織
と正常な生体組織の違いを外部から非侵襲で観察するこ
となどにも適用できる。The shear modulus of elasticity can be used not only for monitoring the effect of treatment but also for observing the difference between diseased tissue such as liver cancer and normal living tissue from the outside in a non-invasive manner. Applicable.
【0007】また、その他のモニタリング技法として
は、関心部位の核磁気共鳴周波数、電気インピーダン
ス、超音波伝播速度等の物性値を測定し、これに基づい
て関心部位の温度または温度分布を計測する方法があ
る。しかし、これらの技法によれば、温度計測の際に、
関心部位についての他の関連物性値が必要となる。特
に、関心部位の変性が共なうと、関連物性値が大きく変
化する場合があるため、非可逆的な変化を共なう部位の
温度計測には限界がある。Further, as another monitoring technique, a method of measuring the temperature or temperature distribution of the region of interest based on the measurement of physical properties such as nuclear magnetic resonance frequency, electrical impedance, ultrasonic wave propagation velocity, etc. of the region of interest. There is. However, according to these techniques, when measuring temperature,
Other relevant physical property values for the region of interest are needed. In particular, when the site of interest is denatured, the related physical property value may change significantly, and thus there is a limit to the temperature measurement of the site that is irreversibly changed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術によりずり
弾性率を計測する場合、対象物の外部表面に力源を設け
て積極的に複数の変形場を生じさせる必要が有る。しか
し、対象物内に他の力源が存在したり、制御することが
できない力源が存在すると、ずり弾性率を求めることは
困難である。つまり、従来の技術によると、全べての力
源について位置、力の働く方向および力の大きさなどの
パラメータが必要であり、また対象物表面の応力および
歪データが必要となるが、それらのパラメータおよびデ
ータを得ることは困難である。その結果、従来の技術に
よれば、対象物の全体を有限差分法や有限要素法等でモ
デル化する必要が有った。 また、強力超音波照射、レ
ーザ照射、電磁RF波照射、電磁マイクロ波照射等により
病変部の治療を施すと、病変部組織の構造変化を伴う組
織変性や組織成分重量分率の変化が起こる場合がある。
しかし、従来の技術では、組織変性や組織成分重量分率
の変化を計測することについては殆ど考慮されていな
い。When measuring the shear modulus by the conventional technique, it is necessary to positively generate a plurality of deformation fields by providing a force source on the outer surface of the object. However, if another force source exists in the object or a force source that cannot be controlled exists, it is difficult to obtain the shear elastic modulus. That is, according to the conventional technology, parameters such as position, direction of force and magnitude of force are required for all force sources, and stress and strain data of the object surface are required. It is difficult to obtain the parameters and data of. As a result, according to the conventional technique, it is necessary to model the entire object by the finite difference method or the finite element method. In addition, when treatment of the lesion site with intense ultrasonic irradiation, laser irradiation, electromagnetic RF wave irradiation, electromagnetic microwave irradiation, etc. occurs, tissue degeneration and changes in the tissue component weight fraction that accompany the structural change of the lesion tissue occur. There is.
However, in the conventional technique, measurement of tissue degeneration and changes in tissue component weight fraction are hardly considered.
【0009】本発明の課題は、計測対象物内に他の力源
が存在したり、制御することができない力源が存在する
場合であっても、例えば、生体の関心部位の診断や治療
効果などのモニタリングに適用可能な、ずり弾性率の計
測技術を提供することにある。An object of the present invention is, for example, to diagnose or treat a region of interest in a living body even if another force source exists in the object to be measured or a force source that cannot be controlled exists. It is to provide a technique for measuring shear modulus applicable to monitoring such as.
【0010】また、本発明の他の課題は、ずり弾性率計
測手段を備えた低侵襲性の治療技術を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a minimally invasive treatment technique equipped with shear elastic modulus measuring means.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、次に述べる技
術により、上記課題を解決するものである。The present invention solves the above problems by the techniques described below.
【0012】本発明は、計測対象物に設定する関心領域
についてのみを対象として、ずり弾性率を計測すること
を前提とする。これにより、全ての力源が関心領域の外
部に位置するとみなせるので、計測用の力源の他に、他
の力源や、制御できない力源が存在しても、関心領域の
ずり弾性率を計測することができる。その結果、全べて
の力源について位置、力の働く方向および力の大きさな
どのパラメータ、あるいは対象物表面の応力および歪デ
ータが不要であり、また有限差分法や有限要素法等でモ
デル化するのも関心領域のみでよい。なお、関心領域を
変形させる力源が関心領域の近傍に存在する場合は、変
形を起こさせる格別な力源を用意する必要はない。この
ような力源としては、生体観察の場合、例えば、心拍、
呼吸、血管、体動などの制御不可能な力源が含まれる。
この場合は、その揚を乱すことなく、ずり弾性率を求め
ることができる。特に、測定精度に勝るだけの大きな変
形を生じさせることが困難であると考えられる対象物の
深部に関心領域を設定する場合に有用である。The present invention is based on the premise that the shear modulus of elasticity is measured only for the region of interest set on the measurement object. As a result, it can be considered that all force sources are located outside the region of interest. Therefore, in addition to the force source for measurement, the shear elastic modulus of the region of interest can be calculated even if there are other force sources or uncontrollable force sources. It can be measured. As a result, parameters such as position, direction of force and magnitude of force, or stress and strain data on the surface of the object are not required for all force sources, and the model is finite difference method or finite element method. Only the region of interest needs to be converted. If a force source that deforms the region of interest exists near the region of interest, it is not necessary to prepare a special force source that causes the deformation. In the case of living body observation, for example, heartbeat,
Includes uncontrolled force sources such as breathing, blood vessels, and body movements.
In this case, the shear modulus can be obtained without disturbing the lift. In particular, it is useful when setting a region of interest in a deep part of an object, which is considered to be difficult to generate a large deformation that exceeds the measurement accuracy.
【0013】また、ずり弾性率は、計測された関心領域
の歪テンソルに基づいて計算により求める。歪テンソル
の計測は、測定対象物を加圧源または加振源である力源
により積極的に変形させ、または自然な力源による変形
を利用して、その変形を変位または歪センサにより計測
する。この変位または歪センサとしては、超音波振動子
または磁場検出素子を用いることができる。超音波振動
子は、超音波診断装置で周知の素子であり、対象物の外
表面に接触または非接触により超音波探触子を配置し、
その超音波探触子から対象物内に超音波を照射し、関心
領域から反射等により探触子に戻ってくるエコーを受信
し、そのエコー信号に基づいて関心領域内の変位等の状
態変化を検出するものである。特に、変位ベクトルを計
測する場合は、時間間隔をおいて対象物内に超音波を複
数回照射し、2時相で取得されたエコー信号のクロスス
ペクトラムの位相の勾配に基づいて、関心領域内の任意
の点の変位ベクトルを演算により求める。歪テンソル場
は、求められた変位ベクトルを微分処理して求める。ま
た、超音波探触子を変位または歪センサとして用い、照
射する超音波によって関心領域が変形する場合は、関心
部位を変形させる格別な力源を設ける必要はない。Further, the shear elastic modulus is obtained by calculation based on the measured strain tensor of the region of interest. The strain tensor is measured by using a force source that is a pressure source or a vibration source to positively deform the strain tensor, or by using a natural force source to measure the deformation using a displacement or strain sensor. . An ultrasonic oscillator or a magnetic field detecting element can be used as the displacement or strain sensor. The ultrasonic transducer is a well-known element in an ultrasonic diagnostic apparatus, and an ultrasonic probe is arranged on the outer surface of an object by contact or non-contact,
The ultrasonic probe irradiates the inside of the object with ultrasonic waves, receives the echo returning from the region of interest to the probe by reflection, etc., and changes the state such as displacement in the region of interest based on the echo signal. Is to detect. In particular, when measuring the displacement vector, ultrasonic waves are radiated into the object multiple times with a time interval, and based on the gradient of the phase of the cross spectrum of the echo signals acquired in the two temporal phases, The displacement vector of any point of is calculated. The strain tensor field is obtained by differentiating the obtained displacement vector. Further, when the ultrasonic probe is used as a displacement or strain sensor and the region of interest is deformed by the applied ultrasonic waves, it is not necessary to provide a special force source that deforms the region of interest.
【0014】本発明のずり弾性率計測装置は、上述のよ
うにして求められた歪テンソル場データに基づいて、ず
り弾性率ないしずり弾性率分布を演算により求めるもの
である。具体的には、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場データが格納された記
憶手段と、前記歪テンソル場データに基づいて前記関心
領域内の任意の点のずり弾性率を演算するずり弾性率演
算手段とを備え、該ずり弾性率演算手段は、前記歪テン
ソル場と前記ずり弾性率との関係を表す一階偏微分方程
式に基づいて前記ずり弾性率を数値解析により求めるこ
とを特徴とする。The shear elastic modulus measuring apparatus according to the present invention calculates the shear elastic modulus or the shear elastic modulus distribution based on the strain tensor field data obtained as described above. Specifically, the storage means storing the strain tensor field data measured for the region of interest set in the measurement object, and the shear modulus of elasticity of any point in the region of interest based on the strain tensor field data. And a shear elastic modulus calculating means for calculating the shear elastic modulus based on a first-order partial differential equation representing a relationship between the strain tensor field and the shear elastic modulus by a numerical analysis. Characterized by seeking.
【0015】生体の病変部を非侵襲で治療する場合のモ
ニタとして適用する場合は、生体の病変部を含む部位に
関心領域を設定し、この関心領域について計測された歪
テンソルデータに基づいて任意の点のずり弾性率を演算
し、演算されたずり弾性率に基づいて病変部を含む部位
の変性情報を出力する出力手段を設ける。When applied as a monitor for treating a lesion area of a living body non-invasively, a region of interest is set to a site including the lesion portion of the living body, and an arbitrary region is set based on strain tensor data measured for this region of interest. Output means is provided for calculating the shear elastic modulus of the point and outputting the degeneration information of the site including the lesion based on the calculated shear elastic modulus.
【0016】上述の場合において、前記関心領域におけ
る対象物のポアソン比が前記一階偏微分方程式に関係す
る場合は、予め計測された値または予め設定された値の
ポアソン比を用いる。In the above case, when the Poisson's ratio of the object in the region of interest is related to the first-order partial differential equation, the Poisson's ratio of a pre-measured value or a preset value is used.
【0017】また、一階偏微分方程式を解く際の初期条
件として、参照ずり弾性率を用いることができる。この
場合、予め弾性率が判っている参照物または参照領域を
本来の関心領域内またはその近傍に設置または設定し、
これを含む連続した領域を解析対象の関心領域とする。
このように設定された関心領域の歪テンソル場を計測に
より求める際に参照物または参照領域の変位ベクトルを
同一時に計測することとし、これに基づいて参照ずり弾
性率を設定する。参照物または参照領域は、力源により
生ずる変形方向と広く交わる大きさまたは位置に設定す
ることが好ましい。例えば、大きな接触面積を有する力
源の場合は、その面積にに対応する大きさの参照領域を
設定することが好ましい。また、小さな接触面積の力源
の場合であっても、その力源に近い表面近傍に参照領域
を配置すれば、比較的小さな参照領域でも問題はない。
但し、本発明は、これに限られるものではなく、正常な
場合の関心領域のずり弾性率が推定できる場合は、その
推定値を参照ずり弾性率として設定するようにしても良
い。いずれの場合も、本発明によれば、参照ずり弾性率
に対する相対的なずり弾性率を求めることができる。The reference shear modulus can be used as an initial condition for solving the first-order partial differential equation. In this case, a reference object or reference region whose elastic modulus is known in advance is set or set in or near the original region of interest,
A continuous region including this is set as a region of interest to be analyzed.
When the strain tensor field of the region of interest set in this way is obtained by measurement, the displacement vector of the reference object or the reference region is measured at the same time, and the reference shear elastic modulus is set based on this. It is preferable that the reference object or the reference region is set to a size or position that widely intersects with the deformation direction generated by the force source. For example, in the case of a force source having a large contact area, it is preferable to set a reference region having a size corresponding to the area. Further, even in the case of a force source having a small contact area, if the reference region is arranged near the surface close to the force source, there is no problem even with a relatively small reference region.
However, the present invention is not limited to this, and when the shear elastic modulus of the region of interest in a normal case can be estimated, the estimated value may be set as the reference shear elastic modulus. In any case, according to the present invention, the relative shear elastic modulus with respect to the reference shear elastic modulus can be obtained.
【0018】また、一階偏微分方程式を解く数値解析法
として、有限差分法または有限要素法を用いることがで
きる。この場合、正則化された代数方程式を用いること
によって、歪テンソル場データにエラー(ノイズ)が含
まれていても、参照物または参照領域が小さい場合、ま
たは位置が悪い場合においても、ずり弾性率分布の推定
ができる。The finite difference method or the finite element method can be used as a numerical analysis method for solving the first-order partial differential equation. In this case, by using a regularized algebraic equation, even if the strain tensor field data contains errors (noise), the reference object or reference region is small, or the position is poor, the shear modulus The distribution can be estimated.
【0019】本発明のずり弾性率計測は、1次元、2次
元、3次元領域のずり弾性率またはずり弾性率分布を計
測する場合に適用され、計測すべき歪テンソルの次元
は、領域の次元数以下のものとなる。The shear elastic modulus measurement of the present invention is applied when measuring the shear elastic modulus or shear elastic modulus distribution in one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional regions, and the dimension of the strain tensor to be measured is the dimension of the region. Less than a few.
【0020】本発明の超音波治療装置は、複数の振動子
が配列されてなる治療用振動子と、該治療用振動子の各
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、該超音
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、該受波回路で整相されたエコ
ー信号に基づいてずり弾性率を演算するずり弾性率演算
手段と、該演算されたずり弾性率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
送波回路と前記送波回路と前記受波回路とずり弾性率演
算手段とを制御する制御部と、該制御部に操作指令を入
力する操作部とを備え、前記制御部は、前記操作部から
入力される操作指令に基づいて、前記送波回路と前記受
波回路とを制御し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、前記ずり弾性率演算手段は、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
ソルデータを演算し、該歪テンソルデータに基づいて前
記関心領域のずり弾性率を演算することを特徴とする。
なお、治療用の超音波ビームの制御は、ビーム焦点位置
(照射位置)、治療実施間隔、超音波ビームパワー、照
射時間、ビーム形状(アポタイゼーション)などの制御
が適宜適用される。The ultrasonic therapy apparatus of the present invention comprises a therapeutic oscillator in which a plurality of oscillators are arranged, and a therapeutic wave transmission circuit for outputting an ultrasonic wave drive signal to each oscillator of the therapeutic oscillator. ,
An ultrasonic probe in which a plurality of transducers are arranged, a transmission circuit for outputting an ultrasonic wave drive signal to the ultrasonic probe, and an echo signal output from the ultrasonic probe A wave receiving circuit for phasing processing, a shear elastic modulus calculating means for calculating a shear elastic modulus based on an echo signal phased by the wave receiving circuit, and the lesion part based on the calculated shear elastic modulus. Output means for outputting the degeneration information of the site containing the, a control section for controlling the therapeutic wave transmission circuit, the wave transmission circuit, the wave receiving circuit, and the shear elastic modulus calculation means, and an operation command is input to the control section. And a control unit that controls the transmitting circuit and the receiving circuit based on an operation command input from the operating unit to set a region of interest set in the living body of the subject. Deformation function and control of the therapeutic wave transmission circuit from the therapeutic oscillator And a function of controlling an ultrasonic beam to be emitted, the shear elastic modulus computing means captures an echo signal relating to the deformation of the region of interest based on a command given from the control unit, The strain tensor data is calculated, and the shear elastic modulus of the region of interest is calculated based on the strain tensor data.
The control of the ultrasonic beam for treatment is appropriately applied by controlling the beam focus position (irradiation position), the treatment execution interval, the ultrasonic beam power, the irradiation time, the beam shape (apotization) and the like.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。
(第1実施形態)図1に、本発明の一実施形態のずり弾性
率測定を適用したずり弾性率測定装置の全体ブロック構
成図を示す。本装置は、計測対象物6の3次元(2次元
または1次元)の関心領域7内のずり弾性率分布を計測
するものである。計測対象物6の表面に接して、または
適当な媒質を介して変位・歪検出センサー5が設けられ
る。本実施形態では、変位・歪検出センサー5として複
数の超音波振動子からなる1次元または2次元アレイ型
の超音波探触子を用いている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows an overall block configuration diagram of a shear modulus measuring apparatus to which shear modulus measurement of one embodiment of the present invention is applied. This apparatus measures the shear elastic modulus distribution in the three-dimensional (two-dimensional or one-dimensional) region of interest 7 of the measurement object 6. The displacement / strain detection sensor 5 is provided in contact with the surface of the measurement object 6 or via an appropriate medium. In the present embodiment, a one-dimensional or two-dimensional array type ultrasonic probe including a plurality of ultrasonic transducers is used as the displacement / strain detection sensor 5.
【0022】変位・歪検出センサー5は、位置調整手段
4によって測定対象物6との距離を機械的に調整可能に
なっている。また、変位・歪検出センサー5と測定対象
物6との相対距離を機械的に調整する位置調整手段4'
が設けられている。変位・歪検出センサー5を駆動する
超音波送信器及び超音波パルサー、および変位・歪検出
センサー5から出力されるエコー信号を受信する受信器
および増幅器を備えた駆動・出力調整手段5'が備えら
れている。また、対象物6を積極的に変形させる場合に
使用する加圧・加振器などの力源8、およびその位置を
機械的に決める位置調整手段4"が備えられている。デ
ータ記録手段2に記録されたエコー信号は、データ処理
手段1により読み出され、任意の時刻における関心領域
7内の歪テンソル場が演算により直接的に求められる。
なお、関心領域7内の変位ベクトル場が演算により求め
られる場合は、3次元、2次元、または1次元微分フィ
ルタ処理によって歪テンソル成分分布を求める。このよ
うにして計測された歪テンソル成分からずり弾性率分布
を演算により求めるようになっている。これらの演算結
果はデータ記録手段2に記録される。The displacement / strain detection sensor 5 can mechanically adjust the distance from the object 6 to be measured by the position adjusting means 4. Further, the position adjusting means 4 ′ for mechanically adjusting the relative distance between the displacement / strain detecting sensor 5 and the measuring object 6.
Is provided. An ultrasonic transmitter and an ultrasonic pulser for driving the displacement / strain detection sensor 5, and a driving / output adjusting means 5 ′ having a receiver and an amplifier for receiving an echo signal output from the displacement / strain detection sensor 5 are provided. Has been. Further, a force source 8 such as a pressure / vibrator used when the object 6 is positively deformed, and a position adjusting means 4 "for mechanically determining the position thereof are provided. The echo signal recorded in 1 is read by the data processing means 1, and the strain tensor field in the region of interest 7 at any time is directly obtained by calculation.
When the displacement vector field in the region of interest 7 is calculated, the strain tensor component distribution is calculated by three-dimensional, two-dimensional, or one-dimensional differential filtering. The shear elastic modulus distribution is calculated from the strain tensor component thus measured. The results of these calculations are recorded in the data recording means 2.
【0023】計測制御手段3は、データ処理手段1、位
置調整手段4、位置調整手段4"および駆動・出力調整
手段5'をコントロールするようになっている。なお、
測定対象物6が固定されている場合は、位置制御手段
4'は不要である。変位・歪検出センサー5が電子走査
型の場合は、位置調整手段4は必ずしも必要ない。つま
り、関心領域7の大きさによっては、機械走査を行うこ
となく測定できる場合がある。また、変位・歪検出セン
サー5は、対象物6に直接接触させて計測する他、強力
超音波(HIFU)治療を行う際に治療効果のモニタリング
を行う場合は、対象物6を液体槽9中に浸漬し、変位・
歪検出センサー5を液体槽9に浸して非接触的に計測を
行うこともできる。The measurement control means 3 controls the data processing means 1, the position adjusting means 4, the position adjusting means 4 "and the drive / output adjusting means 5 '.
If the measurement object 6 is fixed, the position control means 4'is not necessary. If the displacement / strain detection sensor 5 is an electronic scanning type, the position adjusting means 4 is not always necessary. That is, depending on the size of the region of interest 7, measurement may be possible without performing mechanical scanning. Further, the displacement / strain detection sensor 5 measures the object 6 by directly contacting it with the object 6, and when the therapeutic effect is monitored when performing a high-intensity ultrasound (HIFU) treatment, the object 6 is placed in the liquid tank 9. Immerse in
It is also possible to immerse the strain detection sensor 5 in the liquid tank 9 and perform non-contact measurement.
【0024】位置調整手段4は、例えば図3に示すよう
に、変位・歪検出センサー5と対象物6の相対的な位置
決めを機械的に行うもので、上下左右並進、回転、扇状
の回転を機械的に行う機械走査機構を使用する。また、
駆動・出力調整手段5'の出力は、時間的に連続的に、
あるいは所定の間隔をおいてデータ記録手段2に記録さ
れる。データ処理手段1は、駆動・出力調整手段5'を
制御して、3次元の関心領域7(または、2次元関心領
域あるいは1次元関心領域)内のエコー信号の基本波
(n =1)、第n次高調波(n=2〜N)、または全成分
を取得して、後述するデータ処理を施して所望の変位・
歪データを求め、データ記録手段2に格納する。The position adjusting means 4 mechanically positions the displacement / strain detecting sensor 5 and the object 6 relative to each other, as shown in FIG. 3, for example, and performs vertical and horizontal translation, rotation, and fan-shaped rotation. A mechanical scanning mechanism is used. Also,
The output of the drive / output adjusting means 5'is continuous in time,
Alternatively, it is recorded in the data recording means 2 at a predetermined interval. The data processing means 1 controls the driving / output adjusting means 5 ', and the fundamental wave (n = 1) of the echo signal in the three-dimensional region of interest 7 (or the two-dimensional region of interest or the one-dimensional region of interest), Acquire the nth harmonic (n = 2 to N) or all components and perform the data processing described below to obtain the desired displacement /
The strain data is obtained and stored in the data recording means 2.
【0025】駆動・出力調整手段5'は、データ処理手
段1の指令に従って、変位・歪検出センサ5との間で送
受する超音波信号について、送信固定フォーカシング処
理またはマルチ送信固定フォーカシング処理および受信
ダイナミックフォーカシング処理のフォーカシング処理
を行なう開口合成処理を行なう。また、超音波信号につ
いて、アポダイゼーションを行なって、例えば超音波ビ
ームのビーム形状をシャープにするべく各素子から放射
される超音波信号に重み付けを行う処理を行いながら、
ビームステアリング処理を行ない、3次元(または2次
元あるいは1次元)関心領域7内のエコー信号を取得す
る。The drive / output adjusting means 5 ′, in accordance with a command from the data processing means 1, transmits fixed focusing processing or multi-transmission fixed focusing processing and reception dynamic processing for ultrasonic signals transmitted / received to / from the displacement / strain detection sensor 5. An aperture synthesizing process for performing the focusing process of the focusing process is performed. Further, with respect to the ultrasonic signal, while performing apodization, for example, while performing a process of weighting the ultrasonic signal emitted from each element in order to sharpen the beam shape of the ultrasonic beam,
Beam steering processing is performed to obtain echo signals in the three-dimensional (or two-dimensional or one-dimensional) region of interest 7.
【0026】ここで、データ処理手段1におけるずり弾
性率の演算内容について説明する。3次元歪テンソルの
計測データが得られている場合は、3次元(デカルト座
標系(x,y,z))の関心領域内のずり弾性率をμ、歪テ
ンソル場をεとし、次式(1)の連立一階偏微分方程式が
成り立つ。Here, the calculation contents of the shear elastic modulus in the data processing means 1 will be described. When the measurement data of the three-dimensional strain tensor is obtained, the shear elastic modulus in the three-dimensional (Cartesian coordinate system (x, y, z)) region of interest is μ, and the strain tensor field is ε. The simultaneous first-order partial differential equation of 1) holds.
【0027】[0027]
【数1】
式(1)におけるνは、ポアソン比である。ポアソン比ν
は、実測値または対象物の典型的な値を設定値として用
いることができる。[Equation 1] Ν in the equation (1) is a Poisson's ratio. Poisson's ratio ν
Can use a measured value or a typical value of the object as the set value.
【0028】また、2次元歪テンソルの計測データが得
られている場合は、次式(2)または(2’)の連立一階偏
微分方程式が成り立つ。式(2)は平面歪に近い状態で
あり、式(2’)は平面応力に近い状態である。When the measurement data of the two-dimensional strain tensor is obtained, the simultaneous first-order partial differential equation of the following equation (2) or (2 ') is established. Equation (2) is a state close to plane strain, and equation (2 ′) is a state close to plane stress.
【0029】いま、対象物が非圧縮性であると仮定し
て、ポアソン比ν=1/2とすると、式(2”)の連立一
階偏微分方程式が成り立つ。Now, assuming that the object is incompressible and the Poisson's ratio ν = 1/2, the simultaneous first-order partial differential equations of equation (2 ″) are established.
【0030】[0030]
【数2】
また、1次元歪テンソルの計測データが得られている場
合は、次式(3)の一階偏微分方程式が成り立つ。[Equation 2] Further, when the measurement data of the one-dimensional strain tensor is obtained, the first-order partial differential equation of the following expression (3) is established.
【0031】[0031]
【数3】
計測された歪テンソルに応じて、式(1)〜式(3)のい
ずれかの方程式、もしくは複数の方程式が、1次元〜3
次元の関心領域7の各関心点において成立する。また、
複数の独立した歪テンソル場の計測データが得られる場
合は、それぞれ上記の方程式を連立した方程式が成立す
る。但し、その際に使用される各歪(テンソル)分布デ
ータは、各歪(テンソル)分布のパワーの平方根で正規
化されたものである。ここで、複数の独立した歪テンソ
ル場とは、力源や参照領域の位置が異なる状態にて生じ
る変形場を意味する。例えば、力源の状態が時間的に変
化する制御不可能な場合、あるいは力源の状態を積極的
に変化させる場合、力の働く方向や力の大きさが変わる
ので、それぞれ独立の歪テンソル場になる。したがっ
て、参照領域は、各歪テンソル場に対して前述した基準
に従って適切に設定されるべきである。[Equation 3] Depending on the measured strain tensor, one of the equations (1) to (3), or a plurality of equations, has one to three dimensions.
This holds at each interest point in the dimensional interest area 7. Also,
When the measurement data of a plurality of independent strain tensor fields are obtained, the equations that are simultaneous equations are established. However, each strain (tensor) distribution data used at that time is normalized by the square root of the power of each strain (tensor) distribution. Here, the plurality of independent strain tensor fields mean a deformation field that occurs when the positions of the force source and the reference region are different. For example, when the state of the force source changes over time and is uncontrollable, or when the state of the force source is positively changed, the direction in which the force acts and the magnitude of the force change. become. Therefore, the reference region should be appropriately set according to the criteria described above for each strain tensor field.
【0032】ポアソン比νの分布は、例えば、各位置に
おいて計測された歪テンソルの主値の比(例えば、3次
元計測の場合は、2つ求められた主値のいずれか一方、
もしくは平均値)から近似的に評価することができる。
特に、複数の歪テンソル場が計測された場合には、各歪
テンソルから評価されたポアソン比の平均値をもって近
似することができる。主値そのものは、例えば、平均値
を特異値分析することにより得られる。The distribution of the Poisson's ratio ν is, for example, the ratio of the principal values of the strain tensor measured at each position (for example, in the case of three-dimensional measurement, one of the two principal values obtained,
Alternatively, it can be estimated approximately from the average value).
In particular, when a plurality of strain tensor fields are measured, it is possible to approximate the average value of the Poisson's ratio evaluated from each strain tensor. The main value itself is obtained, for example, by performing a singular value analysis on the average value.
【0033】初期条件となる参照ずり弾性率は、関心領
域内の1点において与えられればよいが、2次元以上の
領域の場合は、計測精度を向上させるために極力広い領
域において与えられることが望ましい。3次元計測の場
合、2次元計測の場合および1次源計測の場合は、それ
ぞれ次式(4)、(5)および(6)のように参照領域ω l
(l=1〜N)において与えられる。The reference shear modulus, which is the initial condition, is
It only has to be given at one point in the region,
In the case of a region, it should be as wide as possible to improve the measurement accuracy.
It is desirable to be given in the area. Place for three-dimensional measurement
If two-dimensional measurement and primary source measurement,
The reference region ω is expressed by the following equations (4), (5) and (6), respectively. l
Given at (l = 1 to N).
【0034】[0034]
【数4】
次に、ずり弾性率を計算するために、正則化された代数
方程式を導出する。まず、一階空間偏微分方程式および
その初期条件に関して離散デカルト座標系(x,y,z)〜
(IΔx,JΔy,KΔz)を使い、未知ずり弾性率分
布、または歪(変位)分布に対して有限差分近似、また
はガラ‐キン法や変分原理に基づく有限要素近似を適用
して正則化された代数方程式を導出する。例えば、有限
差分近似を施した場合には、次式(7)の連立方程式を得
る。[Equation 4] Next, we derive a regularized algebraic equation to calculate the shear modulus. First, regarding the first-order spatial partial differential equation and its initial conditions, the discrete Cartesian coordinate system (x, y, z) ~
(IΔx, JΔy, KΔz) is applied to the unknown shear modulus distribution or strain (displacement) distribution by applying the finite difference approximation or the Galerkin method or the finite element approximation based on the variational principle. Derive the algebraic equations. For example, when finite difference approximation is applied, the simultaneous equations of the following equation (7) are obtained.
【0035】
E G s=e (7)
但し、sは未知ずり弾性率の空間分布を表すベクトル、
Gは一階偏微分の有限差分近似定数からなる行列、Eお
よびeは各々歪テンソル分布デークおよびその空間微分
値から定まる行列およびベクトルである。E G s = e (7) where s is a vector representing the spatial distribution of the unknown shear modulus,
G is a matrix composed of finite difference approximation constants of the first partial differential, and E and e are a matrix and a vector determined from the strain tensor distribution data and its spatial differential value, respectively.
【0036】(7)式を最小二乗法を用いて解く。この場
合、計測された歪テンソルデータのノイズを低減するべ
く、E、eは歪分布およびその空間微分値に低域通過型
フィルタをかけたもので決まる。これにより、E、Gの
逆作用素はeに含まれる高周波数帯のノイズを増幅させ
てしまう。つまり、sは不安定な結果となってしまう。
そこで、いわゆる正則化法を応用して再構成の安定化を
図る。具体的には、正則化パラメータα1およびα2
(正値)を用いて、次式(8)の汎関数をsに関して最小
化する。ここで、上付き添え字のTは、転置行列を意味
する。Equation (7) is solved using the least squares method. In this case, in order to reduce the noise of the measured distortion tensor data, E and e are determined by the distortion distribution and its spatial differential value subjected to a low-pass filter. As a result, the inverse operators of E and G amplify the high frequency band noise included in e. That is, s has an unstable result.
Therefore, the so-called regularization method is applied to stabilize the reconstruction. Specifically, the regularization parameters α1 and α2
Using (positive value), the functional of the following equation (8) is minimized with respect to s. Here, the superscript T means a transposed matrix.
【0037】
error(s)=|e−E G s|2+α1|G s|2+α2|GT G s|2 (8)
但し、G sおよびGT G sは、各々未知ずり弾性率の空間
分布の勾配およびラプラシアンである。 G sおよびGT G
sは正定値であるため、error(s)は必ず一つの最小値
を持つことになる。 error(s)の最小化により、次式
(9)に示す正則化された正規方程式が得られる。Error (s) = | e−EG s | 2 + α1 | G s | 2 + α2 | G T G s | 2 (8) where G s and G T G s are spaces of unknown shear modulus, respectively. The slope of the distribution and the Laplacian. G s and G T G
Since s is a positive definite value, error (s) always has one minimum value. By minimizing error (s),
The regularized regular equation shown in (9) is obtained.
【0038】
GT(ET E+α1I+α2G GT)G s=GT ET e (9)
したがって、解は次式(10)になる。ここで、Iは、単位
行列である。G T (E T E + α1I + α2G G T ) G s = G T E T e (9) Therefore, the solution is the following formula (10). Here, I is an identity matrix.
【0039】
s=(GT(ET E+α1I+α2G GT)G)−1 GT ET e (10)
なお、ガラ‐キン法や変分原理に基づく有限要素近似を
適用した場合においても、同様に、導出される連立方程
式に関して最小二乗法を適用する際に正則化を施す。但
し、この場合は、式(8)において、正則化パラメータα0
(正値)を用いて、α0Iを加えた上で、正則化することが
できる。S = (G T (E T E + α1I + α2G G T ) G) -1 G T E T e (10) Note that the same applies when the Galerkin method or the finite element approximation based on the variational principle is applied. In addition, regularization is applied to the derived simultaneous equations when the least squares method is applied. However, in this case, in equation (8), the regularization parameter α0
(Positive value) can be used to add α0I and then regularize.
【0040】正則化パラメータα0、α1、α2は、歪の
計測精度、変形の状態、力源および参照空間・領域の相
対的な位置の如何によって、次のように設定することが
できる。正則化された正規方程式(9)式においては、
ずり弾性率分布を表すベクトルsにかかる行列が、数値
解析的に充分に正定値となるように使用される歪テンソ
ル分布データのパワーにより、つまり関心領域内の各歪
テンソルの行列式(第3不変量)の和により大きい値に
調節することができる。または、使用される歪テンソル
分布データの精度(SN比)により調節することができる。
例えば、SN比が高い場合に小さく、SN比が低い場合に大
きくする。これに準じて、例えば、そのSNパワー比に反
比例させることができる。The regularization parameters α0, α1 and α2 can be set as follows depending on the measurement accuracy of strain, the state of deformation, the relative position of the force source and the reference space / region. In the regularized regular equation (9),
The power of the strain tensor distribution data used so that the matrix of the vector s representing the shear elastic modulus distribution is sufficiently positive definite numerically, that is, the determinant of each strain tensor in the region of interest (the third Invariant) can be adjusted to a larger value. Alternatively, it can be adjusted according to the accuracy (SN ratio) of the strain tensor distribution data used.
For example, it is set small when the SN ratio is high and set large when the SN ratio is low. According to this, for example, it can be made inversely proportional to the SN power ratio.
【0041】これらの歪テンソル分布のパワーに依存す
る正則化パラメータα0、α1、α2は、複数の歪テンソ
ル分布データが使用される場合には、歪テンソル分布デ
ータから評価される正則化パラメータ値の和に比例する
値となる。これに準じて、例えば、歪テンソル分布デー
タのSNパワー比に反比例した値の和となることがある。The regularization parameters α0, α1, and α2 depending on the power of these strain tensor distributions are the regularization parameter values evaluated from the strain tensor distribution data when a plurality of strain tensor distribution data are used. The value is proportional to the sum. According to this, for example, the sum may be a value inversely proportional to the SN power ratio of the strain tensor distribution data.
【0042】また、正則化パラメータα1、α2を勾配作
用素およびラプラシアン作用素内にて現れる偏微分の方
向ごとに異なるもの(方向に依存するもの)として実現
することがある。ずり弾性率の分布を表すベクトルsに
かかる行列が数値解析的に充分に正定値となるように、
使用される歪テンソル分布の主値分布データのパワーに
より調節するべく、各関心点の歪テンソルに関して各主
軸方向の偏微分作用素の近似に正則化パラメータ(主値
が大きい主軸方向を小さく、主値が小さい主軸方向を大
きく、これに準じて、例えば、主値の二乗に反比例する
様に設定されることがある。)をかけた上で各方向の偏
微分作用素の近似を得て各々を関心領域内において平均
したものを使用する、または、使用される歪テンソル分
布の主値分布データの精度(SN比)により調節するべく、
各関心点の歪テンソルに関して各主軸方向の偏微分作用
素を近似して正則化パラメータ(主値のSN比が高い主軸
方向を小さく、主値のSN比が低い主軸方向を大きく、こ
れに準じて、例えば、主値データのSNパワー比に反比例
させることがある。)をかけた上で各方向の偏微分作用
素の近似を得て各々を関心領域内において平均したもの
を使用することができる。なお、関心領域の次元に比べ
て計測された主値の数が小さい場合、つまり数値解析的
に主値が零とみなされる場合、その主値が零とみなされ
る方向の正則化パラメータは他の求まる主値の方向の正
則化パラメータに比して大きい値に設定されることがで
きる。これらの方向に依存する正則化パラメータα1、
α2を複数の歪テンソル分布データが使用された際に実
現する場合は、正則化パラメータと各方向の偏微分作用
素の近似との積を評価するものとし、使用される各歪テ
ンソル分布データのパワーや精度から評価される正則化
パラメータ値と、使用される各歪テンソル分布データか
ら評価される各方向の偏微分作用素の近似とを重要度の
重み付けを行った上で算出される積の和に比例する値と
することができる。The regularization parameters α1 and α2 may be realized as different (direction-dependent) for each direction of the partial differential appearing in the gradient operator and the Laplacian operator. To ensure that the matrix of the vector s representing the shear modulus distribution is sufficiently positive definite numerically,
In order to adjust by the power of the principal value distribution data of the strain tensor distribution used, the regularization parameter (the principal value is large, the principal value is small, the principal value is small, Is larger in the direction of the principal axis, and in accordance with this, for example, it may be set so as to be inversely proportional to the square of the principal value.) And then obtain an approximation of the partial differential operator in each direction To use the averaged value within the area, or to adjust according to the accuracy (SN ratio) of the principal value distribution data of the strain tensor distribution used,
Regularization parameters are approximated by approximating the partial differential operator in each principal axis direction with respect to the strain tensor of each interest point (the principal axis direction with a high SN ratio of the principal value is small, and the principal axis direction with a low SN ratio of the principal value is large, , For example, it may be inversely proportional to the SN power ratio of the principal value data.), And an approximation of partial differential operators in each direction is obtained, and the average of each in the region of interest can be used. In addition, when the number of measured principal values is smaller than the dimension of the region of interest, that is, when the principal value is regarded as zero numerically, the regularization parameter in the direction in which the principal value is regarded as zero is different from other regularization parameters. It can be set to a larger value than the regularization parameter in the direction of the obtained principal value. A regularization parameter α1, which depends on these directions,
When α2 is realized when multiple strain tensor distribution data are used, the product of the regularization parameter and the approximation of the partial differential operator in each direction shall be evaluated, and the power of each strain tensor distribution data used And the regularization parameter value evaluated from the accuracy, and the approximation of the partial differential operator in each direction evaluated from each strain tensor distribution data used It can be a proportional value.
【0043】また、正則化パラメータα0、α1、α2
は、空間的に変化するものとして実現することがあり、
結果的に、各関心点のずり弾性率にかかる局所行列が数
値解析的に充分に正定値となるように、各関心点にて使
用される歪テンソルデータのパワーにより、つまり各歪
テンソルの行列式(第3不変量)により大きい値に調節
できる。または、各関心点にて使用される歪テンソルデ
ータの精度(SN比)により調節する(SN比が高い場合に小
さく、SN比が低い場合に大きく)ことができる。これに
準じて、例えば、そのSNパワー比に反比例させることが
ある。Further, the regularization parameters α0, α1, α2
May be realized as something that changes spatially,
As a result, the power of the strain tensor data used at each interest point, that is, the matrix of each strain tensor, so that the local matrix of the shear modulus of each interest point becomes sufficiently positive definite numerically It can be adjusted to a larger value in the equation (third invariant). Alternatively, it can be adjusted according to the accuracy (SN ratio) of the strain tensor data used at each interest point (small when the SN ratio is high, and large when the SN ratio is low). According to this, for example, it may be inversely proportional to the SN power ratio.
【0044】これらの関心点の位置に依存する正則化パ
ラメータα0、α1、α2は、同一の関心点において複数
の歪テンソルデータが使用される場合には、各関心点に
て使用される歪テンソルデータから評価される正則化パ
ラメータ値の和に比例する値となる。これに準じて、例
えば、各関心点の歪テンソルデータのSNパワー比に反比
例する値の和となる。また、各関心点にて使用する歪テ
ンソルデータの数が異なる場合は、このデータ数が考慮
されることがあり(数の多い関心点では大きく、数の少
ない関心点では小さく)、これに準じて、例えば、使用
する歪テンソルデータの数に比例させることがある。ま
た、これに準じて、各関心点にて使用される歪テンソル
データのパワーや精度(SN比)から評価される正則化パラ
メータ値と各関心点にて使用される歪テンソルデータの
数から評価される正則化パラメータ値とを重要度の重み
付けを行った上で算出される積の和に比例する値とする
ことができる。The regularization parameters α0, α1, and α2 depending on the positions of these interest points are the strain tensors used at each interest point when a plurality of strain tensor data are used at the same interest point. The value is proportional to the sum of the regularization parameter values evaluated from the data. According to this, for example, the sum is a value that is inversely proportional to the SN power ratio of the distortion tensor data of each interest point. Also, when the number of strain tensor data used at each interest point is different, this number of data may be taken into consideration (large for large number of interest points, small for small number of interest points). For example, it may be proportional to the number of strain tensor data used. Also, in accordance with this, the regularization parameter value evaluated from the power and accuracy (SN ratio) of the distortion tensor data used at each interest point and the number of distortion tensor data used at each interest point are evaluated. The value of the regularization parameter to be used can be a value proportional to the sum of products calculated after weighting the importance.
【0045】また、正則化パラメータα1、α2に関して
は、上記の如く空間的に変化するものとして、且つ、勾
配作用素およびラプラシアン作用素内にて現れる偏微分
の方向ごとに異なるもの(方向に依存するもの)として
実現することもある。結果的に、各関心点のずり弾性率
にかかる局所行列が数値解析的に充分に正定値となるよ
うに、各関心点にて使用される歪テンソルの主値データ
のパワーにより調節するべく、各関心点にて使用する各
歪テンソルに関して各主軸方向の偏微分作用素の近似に
正則化パラメータ(主値が大きい主軸方向を小さく、主
値が小さい主軸方向を大きく、これに準じて、例えば、
主値の二乗に反比例する様に設定されることがある。)
をかけた上で得られる各方向の偏微分作用素の近似を使
用する。または、各関心点にて使用される各歪テンソル
データの精度(SN比)により調節するべく、各関心点にて
使用する各歪テンソルに関して各主軸方向の偏微分作用
素を近似して正則化パラメータ(主値のSN比が高い主軸
方向を小さく、主値のSN比が低い主軸方向を大きく、こ
れに準じて、例えば、主値データのSNパワー比に反比例
させることができる。)をかけた上で得られる各方向の
偏微分作用素の近似を使用することができる。なお、関
心領域の次元に比べて計測された主値の数が小さい場
合、つまり数値解析的に主値が零とみなされる場合、そ
の方向の正則化パラメータは他の求まる主値の方向の正
則化パラメータに比して大きい値に設定されることがで
きる。Regarding the regularization parameters α1 and α2, those that spatially change as described above and that differ depending on the direction of the partial differential appearing in the gradient operator and the Laplacian operator (the one that depends on the direction) ) May be realized as. As a result, the local matrix of the shear modulus of each interest point should be adjusted by the power of the principal value data of the strain tensor used at each interest point so that the local matrix of the shear modulus becomes a positive definite value in numerical analysis. For each strain tensor used at each point of interest, a regularization parameter is approximated to the approximation of the partial differential operator in each main axis direction (a main axis direction with a large main value is small, a main axis direction with a small main value is large, and, for example,
It may be set to be inversely proportional to the square of the principal value. )
The approximation of the partial differential operator in each direction obtained by multiplying by is used. Or, in order to adjust according to the accuracy (SN ratio) of each strain tensor data used at each interest point, a regularization parameter is approximated by approximating the partial differential operator in each main axis direction for each strain tensor used at each interest point. (The main axis direction with a high main value SN ratio is small, and the main axis with a low main value SN ratio is large, and in accordance with this, for example, it can be made inversely proportional to the SN power ratio of the main value data.). An approximation of the partial differential operators in each direction obtained above can be used. When the number of measured principal values is smaller than the dimension of the region of interest, that is, when the principal value is considered to be zero in the numerical analysis, the regularization parameter for that direction is a regularity in the direction of the other principal values to be obtained. It can be set to a large value compared to the conversion parameter.
【0046】これらの関心点の位置に依存して且つ方向
に依存する正則化パラメータα1、α2を各関心点にて計
測された複数の歪テンソルデータが使用された際に実現
する場合は、正則化パラメータと各方向の偏微分作用素
の近似との積を評価するものとし、各関心点にて使用さ
れる各歪テンソルデータのパワーや精度から評価される
正則化パラメータ値と、各関心点にて使用される各歪テ
ンソルデータから評価される各方向の偏微分作用素の近
似とを重要度の重み付けを行った上で算出される積の和
に比例する値とすることができる。また、各関心点にお
いて使用する歪テンソルデータの数が異なる場合は、こ
のデータ数が考慮されることがあり(数の多い関心点で
は大きく、数の少ない関心点では小さく)、これに準じ
て、例えば、使用する歪テンソルデータの数に比例させ
ることがある。これに準じて、各関心点にて使用される
歪テンソルデータのパワーや精度(SN比)から評価される
正則化パラメータ値と、各関心点にて使用される各歪テ
ンソルデータから評価される各方向の偏微分作用素の近
似と、各関心点にて使用される歪テンソルデータの数か
ら評価される正則化パラメータ値とを重要度の重み付け
を行った上で算出される積の和に比例する値とすること
がある。When the regularization parameters α1 and α2 depending on the position of these points of interest and on the direction are realized when a plurality of strain tensor data measured at each point of interest are used, the regularization parameters α1 and α2 are regular. The product of the generalization parameter and the approximation of the partial differential operator in each direction shall be evaluated, and the regularization parameter value evaluated from the power and accuracy of each distortion tensor data used at each interest point and each interest point It is possible to make the approximation of the partial differential operator in each direction evaluated from each strain tensor data used as a value proportional to the sum of products calculated after weighting the importance. Also, if the number of strain tensor data used at each interest point is different, this number of data may be taken into consideration (large for large number of interest points, small for small number of interest points). , For example, it may be proportional to the number of strain tensor data used. According to this, it is evaluated from the regularization parameter value evaluated from the power and accuracy (SN ratio) of the strain tensor data used at each interest point, and from each strain tensor data used at each interest point. Proportional to the sum of products calculated by weighting the approximation of the partial differential operator in each direction and the regularization parameter value evaluated from the number of strain tensor data used at each interest point It may be set to a value.
【0047】また、正則化パラメータα0、α1、α2
は、参照領域から支配的に変形している方向に遠ざかる
に連れて大きい値に設定されることができる。Further, the regularization parameters α0, α1, α2
Can be set to a larger value as it moves away from the reference area in the direction in which it is predominantly deformed.
【0048】特に、1次元計測の場合においては、偏微
分方程式を解析的に解くことにより、参照点x=Aのず
り弾性値に対するx=Xにおける相対的なずり弾性率値
μ(X)/μ(A)は、その2点の歪の比ε(A)/ε(X)を
評価することが確認できる(特開平7−55775号公
報)。但し、歪値が数値解析的にゼロ、または符号が反
転した点あるいは領域においては、前もって歪の比から
評価されたその領域の周囲の相対値を参照値として上述
の正則化を施すことにより安定的に評価することもでき
る。In particular, in the case of one-dimensional measurement, the partial differential equation is analytically solved to obtain a relative shear elastic modulus value μ (X) / at x = X with respect to the shear elastic value at the reference point x = A. It can be confirmed that μ (A) evaluates the ratio ε (A) / ε (X) of the strains at the two points (JP-A-7-55775). However, at points or areas where the distortion value is numerically zero, or where the sign is reversed, it is stable by applying the above regularization using the relative value around the area evaluated in advance from the distortion ratio as a reference value. It can also be evaluated.
【0049】また、1次元または2次元計測の場合は、
関心点の位置が力源から離れるに従い、その位置のずり
弾性率が小さく評価される傾向がある。この場合、計測
対象と形状が等しくずり弾性率は均質であるモデルおよ
び使用される力源をモデル化し、このモデルにおいて解
析的にまたは数値解析的に評価される歪データを用いて
ずり弾性率分布の計測に用いる歪計測データを補正す
る。または、このモデルにおいて解析的にまたは数値解
析的に評価される応カデータを用いて計測されたずり弾
性率分布を校正する。あるいは、このモデルにおいて解
析的にまたは数値解析的に評価された歪データを用いて
ずり弾性率分布を評価してこれを用いて計測されたずり
弾性率分布を校正することができる。但し、関心領域が
力源から離れるに従い計測対象および力源を厳密にモデ
ル化する必要はない。ずり弾性率分布の経時的絶対変化
(差分値)は、基準の時刻および異なる時刻において評価
された絶対的な値μ(x,y,z)、μ(x,y)、 μ(x)の差分を
評価することにより得られる。また、ずり弾性率分布の
経時的相対変化(比の値)を評価する場合は、基準の時刻
および異なる時刻において評価されたlnμ(x,y,z)、ln
μ(x,y)、lnμ(x)の差分を評価する。または、絶対的な
値または相対的な値μ(x,y,z)、μ(x,y)、 μ(x)を評価
した上で、比の値を評価する。このように、ずり弾性率
推定結果に関しての信号処理は、自然対数の取られてい
る状態、および、外した状態にて施すことが可能であ
る。また、この際の、(8)式〜(10)式によるずり
弾性率分布lnμ(x,y,z)、lnμ(x,y)、lnμ(x)の計算に
おいては、共役勾配法などの反復的解法が採用されるこ
とがあるが、その際の推定値の初期値としては、一つ前
の時刻において評価された推定値を用いることにより、
計算量を低減できる。In the case of one-dimensional or two-dimensional measurement,
As the position of the interest point moves away from the force source, the shear elastic modulus at that position tends to be evaluated smaller. In this case, a model in which the object to be measured has the same shape and the shear modulus is homogeneous and the force source used is modeled, and the shear modulus distribution is calculated using strain data evaluated analytically or numerically in this model. Correct the strain measurement data used for the measurement. Alternatively, the shear modulus distribution measured by using the response data evaluated analytically or numerically in this model is calibrated. Alternatively, it is possible to evaluate the shear modulus distribution using strain data evaluated analytically or numerically in this model and calibrate the measured shear modulus distribution using this. However, it is not necessary to strictly model the measurement target and the force source as the region of interest moves away from the force source. Absolute change of shear modulus distribution over time
The (difference value) is obtained by evaluating the difference between the absolute values μ (x, y, z), μ (x, y), μ (x) evaluated at the reference time and at different times. In addition, when evaluating the relative change (ratio value) of the shear modulus distribution over time, lnμ (x, y, z), ln
Evaluate the difference between μ (x, y) and lnμ (x). Alternatively, the absolute value or the relative value μ (x, y, z), μ (x, y), μ (x) is evaluated, and then the ratio value is evaluated. As described above, the signal processing relating to the shear elastic modulus estimation result can be performed in a state where natural logarithm is taken and a state where the natural logarithm is removed. In addition, in this case, in the calculation of the shear elastic modulus distributions lnμ (x, y, z), lnμ (x, y), and lnμ (x) by the formulas (8) to (10), the conjugate gradient method or the like is used. An iterative solution method may be adopted, but as the initial value of the estimated value at that time, by using the estimated value evaluated at the previous time,
The amount of calculation can be reduced.
【0050】次に、図2のフローチャートに沿って、ず
り弾性率分布の計測手順について詳細に説明する。ま
ず、ずり弾性率の参照領域を適切に設定する(S11)。
ずり弾性率の参照領域として、関心領域7内に少なくと
も1つの参照点を設定する。ここで、参照点はずり弾性
率が既知である点、または単位大きさの値を持つと想定
した点である。ずり弾性率の計測精度を向上させるため
には、変形方向と広く交わるように参照領域を関心領域
内に設定することが望ましい。参照領域とは、ずり弾性
率が既知である領域または先見的にずり弾性率がある分
布をもつと想定できる領域である。絶対的なずり弾性率
の分布を計測するためには、参照値として真値が与えら
れる必要がある。関心領域内にずり弾性率の値が既知で
ある参照点または参照領域が存在しない場合は、参照物
を関心領域に直接的に当てることが可能であれば、これ
を当てた上で一部を関心領域に含めて歪テンソル場の計
測を行う(S12)。この場合、参照物のずり弾性率値は
計測対象のそれよりも大きい値であり、この参照物を力
源8と関心領域の間に挟むことが望ましい。対象物は、
厳密には3次元空間において変形するため、3次元再構
成を行うことが望ましい。しかし、対象物の浅部におけ
るずり弾性率を評価する場合は、高精度に計測できる深
部方向の歪データを積極的に用いる1次元再構成法(式
3)は有用である。これに対し、対象物の深部における
ずり弾性率を評価する場合には、やはり、多次元再構成
(式1、2、2’)が有用であり、力源および参照領域の
設定に関して自由度を高くすることができる。特に、2
次元再構成に関しては関心領域の面に対してz方向に両
側よりかかる力によりz方向の歪がゼロに近い場合は式
2を、関心領域の面に対してz方向にかかる力がゼロに
近い場合は式2’を用いる。独立した歪テンソル場を計
測する場合は、力源8のみの位置を変えて行う。これ
は、歪の計測精度がその大きさにより決まるため、関心
領域全体にわたって一様なずり弾性率の計測精度を実現
するためには、様々な位置に力源8を設定して計測する
必要がある。当然のことながら、計測時間およびコスト
がかかるため、計測回数は計測精度とトレード・オフの
関係にある。逆に、対象物が力源8’や8”により自然
に変形する場合には、力源8は必要なく、自然に生じる
歪テンソル場のみを計測すればよいことは既に述べた。Next, the procedure for measuring the shear elastic modulus distribution will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. First, the reference region for the shear elastic modulus is set appropriately (S11).
At least one reference point is set in the region of interest 7 as a reference region for the shear modulus. Here, the point at which the reference point offset elastic modulus is known, or the point assumed to have a value of unit size. In order to improve the measurement accuracy of the shear elastic modulus, it is desirable to set the reference region within the region of interest so as to widely intersect the deformation direction. The reference region is a region having a known shear elastic modulus or a region which can be assumed to have a distribution having a shear elastic modulus a priori. In order to measure the absolute shear modulus distribution, a true value needs to be given as a reference value. If there is no reference point or reference region with a known shear modulus value in the region of interest, apply the reference object directly to the region of interest if possible, and then partly The strain tensor field is measured in the region of interest (S12). In this case, the shear elastic modulus value of the reference object is larger than that of the measurement target, and it is desirable to sandwich the reference object between the force source 8 and the region of interest. The object is
Strictly speaking, it deforms in a three-dimensional space, so it is desirable to perform a three-dimensional reconstruction. However, the one-dimensional reconstruction method (Equation 3), which positively uses strain data in the deep direction that can be measured with high accuracy, is useful for evaluating the shear modulus in the shallow portion of the object. On the other hand, when evaluating the shear modulus in the deep part of the object, the multidimensional reconstruction
(Equations 1, 2, 2 ') is useful and allows a high degree of freedom in setting the force source and the reference region. Especially 2
For dimensional reconstruction, if the strain in the z direction is close to zero due to the force applied to the surface of the region of interest from both sides in the z direction, use Equation 2; In this case, Equation 2'is used. When measuring an independent strain tensor field, the position of only the force source 8 is changed. This is because the measurement accuracy of the strain is determined by the size thereof, and therefore it is necessary to set and measure the force source 8 at various positions in order to realize the uniform measurement accuracy of the shear elastic modulus over the entire region of interest. is there. As a matter of course, since the measurement time and cost are required, the number of measurements has a trade-off relationship with the measurement accuracy. On the contrary, when the object is naturally deformed by the force sources 8 ′ and 8 ″, the force source 8 is not necessary and only the naturally occurring strain tensor field needs to be measured.
【0051】ずり弾性率の計測は、計測制御手段3によ
って、計測対象6および検出センサー5の位置を調整
し、位置情報と検出信号をデータ記録手段2に入力す
る。データ処理手段1において、歪計測データに対して
ノイズ除去のためのフィルタリングを行い(S13)、空
間的に平滑化し、係数E、eを求める(S14)。次いで、
式(10)の行列およびベクトルを求め、関心領域のず
り弾性率分布sを求める(S15)。なお、計測結果の歪
テンソル成分分布、歪テンソル成分勾配分布、ずり弾性
率分布、ずり弾性率勾配分布を記録すべく、データ処理
手段1の計測結果がデータ記録手段2に入力される。ま
た、これらの計測結果をCRT(カラー・グレイ)などの
表示装置にリアルタイム表示すべく、データ処理手段1
の出力は表示装置に入力することができる。For the measurement of the shear elastic modulus, the measurement control means 3 adjusts the positions of the measurement object 6 and the detection sensor 5 and inputs the position information and the detection signal to the data recording means 2. In the data processing means 1, distortion measurement data is filtered for noise removal (S13) and spatially smoothed to obtain coefficients E and e (S14). Then
The matrix and vector of equation (10) are obtained to obtain the shear elastic modulus distribution s of the region of interest (S15). The measurement result of the data processing unit 1 is input to the data recording unit 2 in order to record the strain tensor component distribution, strain tensor component gradient distribution, shear elastic modulus distribution, and shear elastic modulus gradient distribution of the measurement result. Further, in order to display these measurement results on a display device such as a CRT (color / grey) in real time, the data processing means 1
Output can be input to a display device.
【0052】また、超音波診断装置と併用して、体積弾
性率および密度の空間的変化の計測および画像化も同時
に行うことができる。これにより、関心領域に関する組
織について総合的な評価がなされる。この場合は、図1
のデータ処理手段1、データ記録手段2、計測制御手段
3、変位または歪検出センサー5、駆動・出力調整手段
5’などを併用することになる。また、磁気共鳴イメー
ジング装置と併用して、原子密度分布の計測及び画像化
が同時に行なわれることがある。Further, in combination with the ultrasonic diagnostic apparatus, it is possible to simultaneously measure and image the spatial change in bulk modulus and density. As a result, a comprehensive evaluation is made on the organization related to the region of interest. In this case,
The data processing means 1, the data recording means 2, the measurement control means 3, the displacement or strain detection sensor 5, the drive / output adjusting means 5 ', etc. are used together. Further, in combination with the magnetic resonance imaging apparatus, the measurement and imaging of the atomic density distribution may be performed at the same time.
【0053】計測結果としては、各時刻の歪テンソル成
分分布、歪テンソル成分勾配分布、ずり弾性率分布、ず
り弾性率勾配分布の他に、ずり弾性率分布の基準時刻に
対する経時的相対変化(比の値)、あるいは絶対変化(差
分)をデータ処理手段1にて評価する。そして、それら
の評価結果をデータ記録手段2に記録すると共に、表示
装置に出力表示することができる。As the measurement results, in addition to the strain tensor component distribution, strain tensor component gradient distribution, shear elastic modulus distribution, and shear elastic modulus gradient distribution at each time, relative changes (ratio Value) or the absolute change (difference) is evaluated by the data processing means 1. Then, the evaluation results can be recorded in the data recording means 2 and can be output and displayed on the display device.
【0054】また、これら計測結果について、空間的に
絶対的なずり弾性率分布または空間的に相対的なずり弾
性率分布に関して空間フィルタ処理を施した後、データ
記録手段2に記録すると共に、表示装置に出力表示する
ことができる。また、ずり弾性率分布の経時的変化(差
分値)そのもの、およびその相対変化(比の値)に関し
て時間フィルタ処理または時空間フィルタ処理を施した
後、データ記録手段2に記録すると共に、表示装置に出
力表示することができる。空間フィルタ処理、時間フィ
ルタ処理、または時空間フィルタ処理は、周波数を指標
にして表示または定量化する際の成分を選択又は強調す
るためであり、高域強調型、中域強調型、低域強調型、
高域通過型、中域通過型、低域通過型などを、適宜採用
することができる。このフィルタ処理はデータ処理手段
1にて行われる。Further, these measurement results are subjected to spatial filter processing on a spatially absolute shear elastic modulus distribution or a spatially relative shear elastic modulus distribution, and then recorded and displayed on the data recording means 2. Output can be displayed on the device. Further, after temporal change processing (temporal filter processing) or temporal change processing of the relative change (ratio value) of the time-dependent change (difference value) of the shear elastic modulus distribution, the data is recorded in the data recording means 2 and the display device. The output can be displayed. The spatial filtering process, the temporal filtering process, or the spatiotemporal filtering process is for selecting or emphasizing a component when displaying or quantifying using a frequency as an index, and a high-frequency emphasis type, a middle-frequency emphasis type, and a low-frequency emphasis type. Mold,
A high-pass type, a mid-pass type, a low-pass type, etc. can be appropriately adopted. This filtering process is performed by the data processing means 1.
【0055】上述したように、図1の実施形態によれ
ば、変位または歪検出センサー5を用い、遠隔的に関心
領域内の歪テンソル場を計測し、その計測値によって記
述される一階の空間偏微分方程式を有限差分法または有
限要素法を用いて解くことによって、関心領域内におい
て与えられた参照ずり弾性率に対する相対的なずり弾性
率分布を演算により推定することできる。As described above, according to the embodiment of FIG. 1, the displacement or strain detection sensor 5 is used to remotely measure the strain tensor field in the region of interest, and the first-order floor described by the measured value is displayed. By solving the spatial partial differential equation using the finite difference method or the finite element method, the relative shear elastic modulus distribution with respect to the reference shear elastic modulus given in the region of interest can be estimated by calculation.
【0056】また、ずり弾性率の演算にあたって、正則
化された代数方程式を用いることにより、歪計測データ
に含まれるエラー(ノイズ)データや参照領域が狭くて
位置が悪い場合においても関心領域内の歪計測データの
みからずり弾性率分布の推定が可能となる。Further, by using a regularized algebraic equation in the calculation of the shear modulus, even if the error (noise) data included in the strain measurement data or the reference region is narrow and the position is bad, It is possible to estimate the shear elastic modulus distribution from only strain measurement data.
【0057】また、上述の実施形態によれば、各力源
8、8'、8"が関心領域の外部に存在するという条件の
下ではあるが、変位・歪検出センサー5を用いて取得さ
れる関心領域内の超音波散乱信号を信号処理して得られ
る歪テンソル場計測データのみから、その関心領域のず
り弾性率を推定することが可能である。すなわち、未知
対象物の関心領域のずり弾性率を関心領域内にて計測さ
れた歪テンソル場データから求めることができる。特
に、対象物が自然に変形する場合にはその場を乱すこと
なく容易に関心空間・領域のずり弾性率分布を推定する
ことが可能となる。また、測定精度に勝るだけの大きな
変形を生じさせることが困難であると考えられる対象物
の深部に関心領域が存在する場合に有用である。According to the above-described embodiment, the force sources 8, 8 ′ and 8 ″ are acquired using the displacement / strain detection sensor 5 under the condition that they are outside the region of interest. It is possible to estimate the shear modulus of the region of interest only from the strain tensor field measurement data obtained by processing the ultrasonic scattering signal in the region of interest. The elastic modulus can be calculated from the strain tensor field data measured in the region of interest.Especially when the object deforms naturally, the shear elastic modulus distribution of the region of interest / region can be easily maintained without disturbing the field. It is also useful when there is a region of interest in the deep part of the object where it is considered difficult to generate a large deformation that exceeds the measurement accuracy.
【0058】特に、本実施形態に係るずり弾性率計測装
置は、放射線照射による物質の変性および温度変化がず
り弾性率の変化をともなうため、放射線照射等の治療効
果をモニタリングするものとして極めて有用である。In particular, the shear elastic modulus measuring apparatus according to this embodiment is extremely useful for monitoring the therapeutic effect such as radiation irradiation because the denaturation of the substance and the temperature change caused by the irradiation of radiation accompany changes in the shear elastic modulus. is there.
【0059】なお、図1の実施形態においては、超音波
探触子を用いた変位・歪検出センサー5により関心領域
内の歪テンソルを計測する例を説明したが、本発明はこ
れに限らず、核磁気共鳴信号の信号処理により評価され
る関心領域7内の歪テンソル場のみから、その関心領域
のずり弾性率を演算により求めることができる。In the embodiment of FIG. 1, an example of measuring the strain tensor in the region of interest by the displacement / strain detection sensor 5 using the ultrasonic probe has been described, but the present invention is not limited to this. The shear elastic modulus of the region of interest can be calculated only from the strain tensor field in the region of interest 7 evaluated by signal processing of the nuclear magnetic resonance signal.
【0060】(第2実施形態)本発明のずり弾性率計測技
術を、超音波治療に適用した実施形態の全体構成ブロッ
ク図を図3に示す。医療分野においては、強力超音波照
射、レーザ照射、電磁RF波照射や電磁マイクロ波照射の
照射により、病変部を治療することが行なわれている。
これらの非侵襲治療の場合、治療により病変部の物質変
性や組成成分重量分率の変化、温度変化が生ずる。例え
ば、生体を対象とした場合、組織蛋白質の変性により組
織凝固を生じる。これらの物質変性や温度変化は、ずり
弾性率の変化をともなう。そこで、病変部位のずり弾性
率を計測し、その変化を観察することにより、非侵襲に
よる治療効果を非侵襲でモニタリングすることができ
る。そして、モニタリング結果に基づいて、治療実施間
隔、照射パワー強度、照射時間、照射間隔、照射位置
(焦点)、照射形状(アポダイゼ−ション)をダイナミッ
クにディジタル電子制御や機械制御するための指標とし
て利用することができる。(Second Embodiment) FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment in which the shear elastic modulus measurement technique of the present invention is applied to ultrasonic treatment. In the medical field, treatment of a lesion site is performed by irradiation with intense ultrasonic waves, laser irradiation, electromagnetic RF wave irradiation, or electromagnetic microwave irradiation.
In the case of these non-invasive treatments, the treatment causes denaturation of the lesion site, changes in the composition component weight fraction, and changes in temperature. For example, when the target is a living body, denaturation of tissue protein causes tissue coagulation. Such material modification and temperature change are accompanied by changes in the shear elastic modulus. Therefore, by measuring the shear modulus of the lesion site and observing the change, the therapeutic effect due to non-invasiveness can be monitored non-invasively. Based on the monitoring results, the treatment interval, irradiation power intensity, irradiation time, irradiation interval, irradiation position (focus), irradiation shape (apodization) are used as indicators for dynamic digital electronic control and machine control. can do.
【0061】図3に示す治療装置は、強力な超音波を病
変部に照射して治療する治療装置であり、超音波診断装
置とずり弾性率計測装置を備えて構成されている。図3
に示すように、治療プローブ11は、超音波探触子12
と、治療用振動子13と、プローブ支持部14とを有し
て形成されている。超音波探触子12は、周知の超音波
診断装置に用いられるものと同様、例えばコンベックス
型のように、複数の振動子を一列に配列して形成され、
プローブ支持部14に取り付けられている。治療用振動
子13は、複数の振動子を超音波探触子12の両側に分
けて対称的に配列して、プローブ支持部14に取り付け
られている。図中には、治療用振動子13の複数の振動
子の超音波射出面が、凹状の曲面を形成するように配列
されているものを示す。プローブ支持部14は手で把持
したり、図1の位置調整手段4に把持されるようになっ
ている。これにより、治療プローブ11の位置を調整で
きるようになっている。The treatment apparatus shown in FIG. 3 is a treatment apparatus for irradiating and treating a lesion with strong ultrasonic waves, and comprises an ultrasonic diagnostic apparatus and a shear elastic modulus measuring apparatus. Figure 3
As shown in FIG.
And a therapeutic oscillator 13 and a probe support portion 14. The ultrasonic probe 12 is formed by arranging a plurality of transducers in a line like a convex type, like the one used in a known ultrasonic diagnostic apparatus.
It is attached to the probe support portion 14. The therapeutic transducer 13 is attached to the probe support 14 by dividing a plurality of transducers on both sides of the ultrasonic probe 12 and symmetrically arranging them. In the figure, the ultrasonic wave emitting surfaces of the plurality of oscillators of the therapeutic oscillator 13 are arranged so as to form a concave curved surface. The probe supporting portion 14 is designed to be gripped by hand or the position adjusting means 4 of FIG. Thereby, the position of the treatment probe 11 can be adjusted.
【0062】治療プローブ11の治療用振動子13に
は、治療パルス発生回路21で発生された超音波パルス
が、治療波遅延回路22と増幅器23を介して供給され
るようになっている。つまり、治療波遅延回路22にお
いて各振動子用に遅延制御され、増幅器23によって高
エネルギの駆動パルスに変換されて各振動子に供給さ
れ、 これによって、治療用振動子13の複数の振動子
から射出される超音波のビームの焦点位置を治療部位に
制御可能に形成されている。The ultrasonic wave pulse generated by the therapeutic pulse generating circuit 21 is supplied to the therapeutic oscillator 13 of the therapeutic probe 11 via the therapeutic wave delay circuit 22 and the amplifier 23. In other words, the treatment wave delay circuit 22 performs delay control for each transducer, converts it into a high-energy drive pulse by the amplifier 23, and supplies the drive pulse to each transducer. The focal position of the emitted ultrasonic beam is formed so as to be controllable at the treatment site.
【0063】一方、超音波探触子12には、超音波パル
ス発生回路31から発生された超音波パルスが送波遅延
回路32においてフォーカス処理され、増幅器33にお
いて増幅された後、送受分離器34を介して超音波探触
子12を構成する振動子に供給されるようになってい
る。超音波探触子12により生体内から受信された超音
波のエコー信号は、送受分離器34を介して増幅器35
に道びかれて増幅された後、受波整相回路36において
エコー信号の位相が整相されるようになっている。受波
整相回路36から出力されるエコー信号に基づいて、信
号処理部37において画像再構成が行なわれ、DSC
(ディジタルスキャンコンバータ)38にて診断像に変
換されてモニタ39に表示される。これらの診断装置に
係る部分は、周知の超音波診断装置を適用できる。On the other hand, in the ultrasonic probe 12, the ultrasonic pulse generated from the ultrasonic pulse generation circuit 31 is subjected to focus processing in the transmission delay circuit 32, amplified in the amplifier 33, and then the transmission / reception separator 34. It is adapted to be supplied to a transducer forming the ultrasonic probe 12 via the. The echo signal of the ultrasonic wave received from the living body by the ultrasonic probe 12 is transmitted to the amplifier 35 via the transmission / reception separator 34.
After being amplified and amplified, the phase of the echo signal is phased in the wave receiving and phase adjusting circuit 36. Image reconstruction is performed in the signal processing unit 37 based on the echo signal output from the wave receiving and phasing circuit 36.
It is converted into a diagnostic image by (digital scan converter) 38 and displayed on the monitor 39. A well-known ultrasonic diagnostic apparatus can be applied to the portion related to these diagnostic apparatuses.
【0064】本実施形態の特徴に係るずり弾性率計測部
40は、受波整相回路36から出力されるエコー信号に
基づいて、前述の手順により、ずり弾性率を演算により
求めるようになっている。なお、計測データおよび演算
結果は、ずり弾性率計測部40に備えられているデータ
記録手段に格納されるようになっている。The shear elastic modulus measuring section 40 according to the feature of this embodiment is adapted to calculate the shear elastic modulus by the above-mentioned procedure based on the echo signal output from the wave rectifying circuit 36. There is. The measurement data and the calculation result are stored in the data recording means provided in the shear elastic modulus measuring unit 40.
【0065】また、上述の治療パルス発生回路21、治
療波遅延回路22、超音波パルス発生回路31、送波遅
延回路32、受波整相回路36、信号処理部37、DS
C38、およびずり弾性率計測手段40は、制御部41
の指令によって制御されるようになっている。また、操
作者は、操作部42から制御部41に指令を入力するに
よって、各種の操作条件や治療条件を設定できるように
なっている。なお、信号処理部37、ずり弾性率計測手
段40、操作部42および制御部41は、コンピュータ
により構成されている。Further, the above-mentioned treatment pulse generation circuit 21, treatment wave delay circuit 22, ultrasonic pulse generation circuit 31, transmission delay circuit 32, reception wave phasing circuit 36, signal processing section 37, DS
The C38 and the shear elastic modulus measuring means 40 include a control unit 41.
Is controlled by the command of. Further, the operator can set various operation conditions and treatment conditions by inputting a command from the operation unit 42 to the control unit 41. The signal processing unit 37, the shear elastic modulus measuring unit 40, the operation unit 42, and the control unit 41 are configured by a computer.
【0066】このように構成される超音波治療装置を用
いて、超音波治療を行なう場合の動作の概要を説明す
る。まず、治療プローブ11を生体の体表面に接触させ
て所望の治療部位を含む生体内の関心領域に向けて支持
する。まず、治療に先立って治療部位を撮像するため、
操作部42から撮像開始の指令を入力すると、これに応
答して制御部41は超音波パルス発生回路31と送波遅
延回路32に指令を出力する。これにより、超音波探触
子12から計測対象の生体内に超音波ビームが照射され
る。この超音波ビームは、超音波探触子12の振動子の
配列方向に沿って走査され、生体の扇形の断層面に沿っ
た領域に超音波ビームが照射される。超音波が照射され
た領域から反射される超音波エコーは、超音波探触子1
2の振動子により受信され、そのエコー信号は、受波整
相回路36において超音波ビームごとに整相処理され、
信号処理部37及びDSC38からなる画像処理部によ
り断層面の2次元画像が生成され、モニタ39に表示さ
れる。このようにして断層像を観察しながら生体内を診
断すると共に、断層像を観察しながら断層像上に治療部
位が現れた場合は治療を実行する。An outline of the operation when ultrasonic treatment is performed using the ultrasonic treatment apparatus configured as described above will be described. First, the treatment probe 11 is brought into contact with the body surface of a living body and supported toward a region of interest in the living body including a desired treatment site. First, to image the treatment site prior to treatment,
When a command to start imaging is input from the operation unit 42, in response to this, the control unit 41 outputs a command to the ultrasonic pulse generation circuit 31 and the transmission delay circuit 32. As a result, an ultrasonic beam is emitted from the ultrasonic probe 12 into the living body to be measured. This ultrasonic beam is scanned along the array direction of the transducers of the ultrasonic probe 12, and the ultrasonic beam is applied to the region along the fan-shaped tomographic plane of the living body. The ultrasonic echo reflected from the area irradiated with ultrasonic waves is the ultrasonic probe 1
The echo signal received by the transducer 2 is subjected to phasing processing for each ultrasonic beam in the wave phasing circuit 36,
A two-dimensional image of the tomographic plane is generated by the image processing unit including the signal processing unit 37 and the DSC 38 and displayed on the monitor 39. In this way, the inside of the living body is diagnosed while observing the tomographic image, and the treatment is performed when the treatment site appears on the tomographic image while observing the tomographic image.
【0067】すなわち、治療部位が断像上に現れたら、
治療プローブ11の位置を現在位置に保持する。そし
て、制御部41は、DSC38に記憶されている断層像
に基づいて、治療用振動子13の各振動子に供給する駆
動パルスの遅延時間を求めて治療波遅延回路22に出力
し、これにより、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。また、超音波
ビームの照射強度が調整されることがある。これによ
り、治療部位が加熱、焼灼されて病変部位が変性され
る。この治療操作は、必要に応じて間隔をおいて繰返し
行なわれる。また、3次元超音波画像を観察しながら治
療を行なうことがある。なお、治療用の超音波ビームの
制御は、ビーム焦点位置(照射位置)の制御に限らず,
治療実施間隔、超音波ビームパワー、照射時間、ビーム
形状(アポタイゼーション)などの制御を適宜組合わせ
て行なわれる。That is, when the treatment site appears on the image,
The position of the treatment probe 11 is held at the current position. Then, the control unit 41 obtains the delay time of the drive pulse supplied to each transducer of the therapeutic transducer 13 on the basis of the tomographic image stored in the DSC 38, and outputs the delay time to the therapeutic wave delay circuit 22. The beam focus position of the ultrasonic waves emitted from the therapeutic transducer is adjusted to the treatment site. Further, the irradiation intensity of the ultrasonic beam may be adjusted. As a result, the treatment site is heated and cauterized to degenerate the lesion site. This treatment operation is repeated at intervals as necessary. In addition, treatment may be performed while observing a three-dimensional ultrasonic image. The control of the ultrasonic beam for treatment is not limited to the control of the beam focus position (irradiation position),
The treatment interval, ultrasonic beam power, irradiation time, beam shape (apotization), and other controls are combined as appropriate.
【0068】次に、治療の効果をモニタリングするため
のずり弾性率計測と治療操作の手順を図4のフローチャ
ートを参照しながら説明する。まず、治療開始前の関心
領域内のずり弾性率分布μ(x,y,z)を計測する(S2
1)。この計測は、操作部42から制御部41に指令を
送り、超音波探触子12を力源として超音波を生体内の
関心領域に照射し、これによって関心領域内の生体を変
形させる。次いで、制御部41は、ずり弾性率計測部4
0に指令を送って、超音波探触子12から受信されるエ
コー信号を受波整相回路36から取り込ませ、前述した
手順で歪テンソル場を計測する。この計測された歪テン
ソル場に基づいて、ずり弾性率分布μ(x,y,z)を演算
する。Next, the procedure of shear elastic modulus measurement and treatment operation for monitoring the effect of treatment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the shear elastic modulus distribution μ (x, y, z) in the region of interest before the start of treatment is measured (S2
1). For this measurement, a command is sent from the operation unit 42 to the control unit 41, and the ultrasonic probe 12 is used as a force source to irradiate the region of interest in the living body with ultrasonic waves, thereby deforming the living body in the region of interest. Next, the control unit 41 controls the shear elastic modulus measuring unit 4
A command is sent to 0, the echo signal received from the ultrasonic probe 12 is taken in from the wave rectifying circuit 36, and the strain tensor field is measured by the procedure described above. The shear modulus distribution μ (x, y, z) is calculated based on the measured strain tensor field.
【0069】次に、関心領域内の治療部位を確認し、照
射回数カウンタIを初期化(I=0)する(S22)。
そして、治療開始位置および治療用超音波の初期強度を
設定して(S23)、治療を開始する(S24)。その
治療の都度、関心領域内の絶対的ずり弾性率分布μ(x,
y,z)を計測する(S25)。このとき、計測する弾性
率は絶対的なもののほか、空間的、時間的に相対的なも
のでよい。そして、予め設定された治療効果確認のため
のずり弾性率μの判定値TH1(軟化する場合)または
TH2(硬化する場合)と比較して所望の治療効果が得
られているか否かを確認する(S26)。TH1およびTH
2は、照射回数Iおよび位置(x,y,z)の関数である閾値で
あり、絶対的または相対的なずり弾性率値の単位を持っ
ている。所望の効果が得られていない場合は、超音波強
度を高く調整して(S27)、再度治療を実行させる
(S24)。所望の治療効果が得られた場合は、所定の
治療部位に設定した全ての点についての治療が終了した
か否か判断する(S28)。全ての治療点についての治
療が終了していなければ、治療位置を変更して(S2
9)、再度治療を実行させる(S24)。Next, the treatment site in the region of interest is confirmed, and the irradiation number counter I is initialized (I = 0) (S22).
Then, the treatment start position and the initial intensity of the treatment ultrasonic waves are set (S23), and the treatment is started (S24). With each treatment, the absolute shear modulus distribution μ (x,
y, z) is measured (S25). At this time, the elastic modulus to be measured may be not only absolute but also spatial and temporal relative. Then, it is confirmed whether or not a desired therapeutic effect is obtained by comparing with a preset threshold value TH1 (for softening) or TH2 (for hardening) for confirming a preset therapeutic effect. (S26). TH1 and TH
2 is a threshold value which is a function of the irradiation number I and the position (x, y, z), and has a unit of absolute or relative shear elastic modulus value. If the desired effect is not obtained, the ultrasonic intensity is adjusted to be high (S27), and the treatment is performed again (S24). When the desired therapeutic effect is obtained, it is determined whether or not the treatment has been completed for all the points set in the predetermined treatment site (S28). If the treatment has not been completed for all treatment points, the treatment position is changed (S2
9) Then, the treatment is executed again (S24).
【0070】全ての治療点についての治療が終了してい
れば、治療部位を冷却する(S30)。この冷却は、自
然冷却でも、強制的な冷却でもよい。その後、つまり治
療後の関心領域内のずり弾性率分布μ(x,y,z)を計測
する(S31)。そして、所定の治療部位に設定した全
ての点について、所望の治療効果が得られたか否かを判
断する(S32)。治療効果が得られていない場合は、
治療効果が得られるまで、さらに冷却を行なってずり弾
性率分布μ(x,y,z)を計測する(S30〜S32)。
所定の治療部位に設定した全ての点について所望の治療
効果が得られた場合は、治療を終了するか否か判断する
(S33)。治療を終了しない場合は、照射回数カウン
タIをインクリメントして、所定の照射回数が治療が終
了するまで、S23〜S33を繰返し、全ての病変部の
治療が終了した場合は、処理を終了する。なお、基本的
に照射位置は、関心領域内の深部から順に設定せず、照
射位値の治療効果を確認した上で、治療の照射位置を変
えていくこともある。If the treatment has been completed for all treatment points, the treatment site is cooled (S30). This cooling may be natural cooling or forced cooling. After that, that is, the shear elastic modulus distribution μ (x, y, z) in the region of interest after treatment is measured (S31). Then, it is determined whether or not desired treatment effects have been obtained for all the points set in the predetermined treatment site (S32). If the therapeutic effect is not obtained,
Further cooling is performed until the therapeutic effect is obtained, and the shear elastic modulus distribution μ (x, y, z) is measured (S30 to S32).
When the desired treatment effect is obtained for all the points set in the predetermined treatment site, it is determined whether or not the treatment is terminated (S33). When the treatment is not finished, the irradiation number counter I is incremented, and S23 to S33 are repeated until the treatment is finished for a predetermined number of times of irradiation. When the treatment of all the lesion parts is finished, the process is finished. In addition, basically, the irradiation position may not be sequentially set from the deep part in the region of interest, but the irradiation position of the treatment may be changed after confirming the therapeutic effect of the irradiation position value.
【0071】上述したように、図3の実施の形態の治療
装置によれば、超音波による治療を施しながら、その治
療効果をリアルタイムで観察することができ、的確な治
療を行なうことができる。また、治療効果を確認しなが
ら、超音波強度およびその照射回数等を調整することが
できる。As described above, according to the treatment apparatus of the embodiment shown in FIG. 3, the treatment effect can be observed in real time while performing the treatment by ultrasonic waves, and the proper treatment can be performed. In addition, the ultrasonic intensity and the number of times of irradiation can be adjusted while confirming the therapeutic effect.
【0072】なお、図3の治療装置は、超音波照射によ
る治療を例に説明したが、本発明はこれに限られるもの
ではなく、レーザ照射、電磁RF波照射、電磁マイクロ波
の照射による治療にも適用できる。この場合は、治療用
振動子11、治療パルス発生回路21、治療波遅延回路
22および増幅器23に代えて、レーザ照射手段等の非
侵襲治療手段を設ければ良い。また、超音波探触子12
としては、例えば、2次元アレイ型開口、1次元アレイ
型開口、または凹面開口アプリケータを使用することが
できる。そして、例えば、生物又は採取組織を対象とす
る場合は経皮、経口、経膣、経肛門、開体などの経物体
表面に、強力超音波照射、レーザ照射、電磁RF波照射、
電磁マイクロ波を照射した際の物質変性、組成成分重量
分率の変化、及び温度変化をモニタリングできる。その
際に、計測されたずり弾性率値を、その治療実施間隔、
照射パワー強度、照射時間、照射間隔、照射位置(焦
点)、照射形状(アポダイゼ−ション)をダイナミック制
御するための指標として用いることができる。特に、ア
プリケータがアレイ型開口を有する場合はこれらはディ
ジタル電子制御され、アプリケータが凹面開口を有する
場合は、照射形状は固定とすることが多い。その場合、
照射位置は機械制御されることになる。高い照射空間分
解能が必要であることは述べるまでもなく、その際の制
御プログラムは、例えば図3に示したフローチャートを
適用できる。つまり、照射前、照射間、照射後に計測さ
れた絶対的なずり弾性率分布や相対的なずり弾性率分布
そのもの、又はその経時的変化を、その照射パワー強
度、照射間隔、照射(焦点)位置をダイナミックに制御す
るための指標として使用できる。Although the treatment apparatus of FIG. 3 has been described by way of example of treatment by ultrasonic irradiation, the present invention is not limited to this, and treatment by laser irradiation, electromagnetic RF wave irradiation, or electromagnetic microwave irradiation. Can also be applied to. In this case, the treatment oscillator 11, the treatment pulse generation circuit 21, the treatment wave delay circuit 22, and the amplifier 23 may be replaced with a non-invasive treatment means such as a laser irradiation means. In addition, the ultrasonic probe 12
For example, a two-dimensional array type opening, a one-dimensional array type opening, or a concave opening applicator can be used. And, for example, in the case of targeting a living organism or a collected tissue, transdermal, oral, vaginal, transanal, trans-object surface such as open body, strong ultrasonic irradiation, laser irradiation, electromagnetic RF wave irradiation,
It is possible to monitor the material modification, the change of the composition component weight fraction, and the temperature change when the electromagnetic microwave is irradiated. At that time, the measured shear elastic modulus value, the treatment implementation interval,
It can be used as an index for dynamically controlling the irradiation power intensity, irradiation time, irradiation interval, irradiation position (focus), and irradiation shape (apodization). In particular, if the applicator has arrayed apertures, these are digitally electronically controlled, and if the applicator has a concave aperture, the illumination geometry is often fixed. In that case,
The irradiation position is mechanically controlled. It goes without saying that a high irradiation spatial resolution is required, and as the control program in that case, for example, the flowchart shown in FIG. 3 can be applied. That is, the absolute shear elastic modulus distribution or the relative shear elastic modulus distribution itself measured before irradiation, during irradiation, or after irradiation, or its change over time, the irradiation power intensity, irradiation interval, irradiation (focus) position Can be used as an index for dynamically controlling.
【0073】また、穿刺針やカテーテルなどの侵襲デバ
イスを使用して、強力超音波照射、レーザ照射、電磁RF
波照射、電磁マイクロ波照射をする治療の場合にも適用
できる。In addition, using an invasive device such as a puncture needle or a catheter, powerful ultrasonic irradiation, laser irradiation, electromagnetic RF
It can also be applied in the case of treatments with wave irradiation or electromagnetic microwave irradiation.
【0074】また、力源が存在しない場合や積極的に力
源を使用せずとも、照射前、照射間、照射後に計測され
た歪(テンソル)分布およびずり弾性率分布より、物質
変性、組成成分重量分率の変化、及び温度変化のあった
位置を検出できる。また、歪テンソル成分分布を計測し
た時点において、この変化に伴う膨張、縮退などを直接
的に検出可能である。また、上述の治療を施す場合にお
いて、安全性を確保すべく、従来の温度モニタリング、
または計測精度を追求して熱電対などを用いて温度変化
分布を同時に計測するようにしてもよい。基本的には、
必要以上に温度が上昇しないように、温度に関する上限
値を設定し、照射パワー強度、照射時間、照射間隔、照
射位置、照射形状の制御を行うことが好ましい。その際
には、その温度の上限値をずり弾性率値μや歪値eに換
算した上で制御することも可能である。Further, even if there is no force source or if the force source is not actively used, the substance modification and composition can be determined from the strain (tensor) distribution and shear elastic modulus distribution measured before irradiation, during irradiation, and after irradiation. The position where the component weight fraction has changed and the temperature has changed can be detected. Further, at the time of measuring the strain tensor component distribution, it is possible to directly detect expansion, degeneration, and the like due to this change. In addition, when performing the above treatment, in order to ensure safety, conventional temperature monitoring,
Alternatively, the temperature change distribution may be simultaneously measured using a thermocouple or the like in pursuit of measurement accuracy. Basically,
It is preferable to set an upper limit value for the temperature and control the irradiation power intensity, irradiation time, irradiation interval, irradiation position, and irradiation shape so that the temperature does not rise more than necessary. In that case, it is also possible to control after converting the upper limit value of the temperature into the shear elastic modulus value μ and the strain value e.
【0075】また、本発明のずり弾性率計測装置は、薬
品の注入、塗布、投与による温度変化を伴うことがある
物質変性や組成成分重量分率の変化、生物又は採取組織
を対象とする場合は治療効果のモニタリングに使用する
ことができる。この場合、実施前、実施中、実施後に、
計測される絶対的なずり弾性率分布又は相対的なずり弾
性率分布、これらの経時的絶対変化又は経時的相対変化
を、その薬品の量、実施時間、実施間隔、実施位置を決
めるための指標として使用することができる。このよう
な薬品の例としては、抗癌剤がある。Further, the shear modulus measuring apparatus of the present invention is applied to the case where a substance is denatured or a composition component weight fraction is changed, which may be accompanied by a temperature change due to injection, application or administration of a drug, or an organism or a sampled tissue. Can be used to monitor therapeutic effects. In this case, before, during, and after
An index for determining the absolute shear elastic modulus distribution or relative shear elastic modulus distribution to be measured, and the absolute change over time or relative change over time of the amount of the drug, execution time, execution interval, and execution position. Can be used as Examples of such drugs are anti-cancer agents.
【0076】[0076]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、計
測対象物内に他の力源が存在したり、制御することがで
きない力源が存在する場合であっても、例えば、生体の
関心部位の診断や治療効果などのモニタリングに適用可
能なずり弾性率計測装置を提供できる。As described above, according to the present invention, even when another force source exists in the object to be measured or there is a force source that cannot be controlled, It is possible to provide a shear elastic modulus measuring device that can be applied to diagnosis of a region of interest and monitoring of therapeutic effects.
【0077】また、本発明によれば、ずり弾性率計測装
置を備えた非侵襲の治療装置を提供することができる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a non-invasive treatment device equipped with a shear elastic modulus measuring device.
【図1】本発明の一実施形態のずり弾性率測定装置の全
体ブロック構成図を示す。FIG. 1 is an overall block configuration diagram of a shear modulus measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】ずり弾性率計測手順の一実施形態のフローチャ
ートである。FIG. 2 is a flowchart of an embodiment of a shear elastic modulus measurement procedure.
【図3】本発明のずり弾性率測定装置を備えてなる超音
波治療装置の全体ブロック構成図を示す。FIG. 3 is an overall block configuration diagram of an ultrasonic therapeutic apparatus including the shear elastic modulus measuring device of the present invention.
【図4】図4の超音波治療装置の制御手順を示すフロー
チャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of the ultrasonic therapy apparatus of FIG.
1 データ処理手段 2 データ記録手段 3 計測制御手段 4、4’、4” 位置調整手段 5 変位・歪検出センサー 5’、5” 駆動・出力調整手段 6 計測対象物 7 関心領域 8、8’、8” 力源 9 液体槽 1 Data processing means 2 Data recording means 3 Measurement control means 4, 4 ', 4 "position adjusting means 5 Displacement / strain detection sensor 5 ', 5 "drive / output adjusting means 6 object to be measured Area of interest 8,8 ', 8 "power source 9 liquid tank
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 29/00 A61B 17/36 330 Fターム(参考) 2G047 AA05 AC13 AD08 BA03 BC14 BC20 CA01 DB02 EA08 EA10 GA03 GB02 GB17 GE03 GF17 GG19 GG34 4C060 EE19 JJ25 JJ27 MM24 4C301 AA02 BB23 DD11 DD30 EE19 EE20 FF26 GA11 GB03 GB09 GC12 HH02 HH24 HH25 HH37 HH38 HH45 JB29 JB35 JB50 KK30 LL04 LL20 4C601 BB05 BB06 BB07 DD30 EE16 EE30 FF11 FF16 GA11 GB01 GB03 GB04 GB06 GC09 GC10 HH04 HH05 HH15 HH30 HH31 HH35 JB01 JB28 JB34 JB45 JB55 JB60 JC37 KK31 LL01 LL02 LL40 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G01N 29/00 A61B 17/36 330 F term (reference) 2G047 AA05 AC13 AD08 BA03 BC14 BC20 CA01 DB02 EA08 EA10 GA03 GB02 GB17 GE03 GF17 GG19 GG34 4C060 EE19 JJ25 JJ27 MM24 4C301 AA02 BB23 DD11 DD30 EE19 EE20 FF26 GA11 GB03 GB09 GC12 HH02 HH24 HH25 HH37 HH38 HH45 JB29 JB35 GB05 GB16 FF16 BB16 BB16 BB16 BB16 BB30 BB30 BB30 BB30 BB30 HH30 HH31 HH35 JB01 JB28 JB34 JB45 JB55 JB60 JC37 KK31 LL01 LL02 LL40
Claims (7)
て計測された歪テンソルデータが格納される記憶手段
と、前記歪テンソルデータに基づいて前記関心領域内の
任意の点のずり弾性率を演算するずり弾性率演算手段と
を備え、該ずり弾性率演算手段は、前記歪テンソルと前
記ずり弾性率との関係を表す一階偏微分方程式に基づい
て前記ずり弾性率を数値解析により求めることを特徴と
するずり弾性率計測装置。1. A storage unit for storing strain tensor data measured for a region of interest set in a measurement object, and a shear elastic modulus of an arbitrary point in the region of interest is calculated based on the strain tensor data. Shear elastic modulus computing means, wherein the shear elastic modulus computing means obtains the shear elastic modulus by numerical analysis based on a first-order partial differential equation expressing the relationship between the strain tensor and the shear elastic modulus. Characteristic device for shear modulus measurement.
心領域について計測された歪テンソルデータが格納され
る記憶手段と、前記歪テンソルデータに基づいて前記関
心領域内の任意の点のずり弾性率を演算するずり弾性率
演算手段と、該演算されたずり弾性率に基づいて前記病
変部を含む部位の変性情報を出力する出力手段とを備
え、前記ずり弾性率演算手段は、前記歪テンソルと前記
ずり弾性率との関係を表す一階偏微分方程式に基づいて
前記ずり弾性率を数値解析により求めることを特徴とす
るずり弾性率計測装置。2. Storage means for storing strain tensor data measured for a region of interest set in a region including a lesion part of a living body, and displacement of an arbitrary point in the region of interest based on the strain tensor data. A shear elastic modulus calculating means for calculating an elastic modulus; and an output means for outputting degeneration information of a site including the lesion based on the calculated shear elastic modulus, the shear elastic modulus calculating means comprises: A shear elastic modulus measuring device, characterized in that the shear elastic modulus is obtained by numerical analysis based on a first-order partial differential equation representing a relationship between a tensor and the shear elastic modulus.
と設定値とを比較し、該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2に記載のずり弾
性率計測装置。3. The shear modulus of elasticity according to claim 2, wherein the output means compares the calculated shear modulus of elasticity with a set value and outputs the modification information corresponding to the comparison result. Measuring device.
域における対象物のポアソン比が前記一階偏微分方程式
に関係する場合、予め計測された値または予め設定され
た値のポアソン比を用いることを特徴とする請求項1乃
至3のいずれかに記載のずり弾性率計測装置。4. The shear modulus computing means uses a Poisson ratio of a pre-measured value or a preset value when the Poisson's ratio of the object in the region of interest is related to the first-order partial differential equation. The shear elastic modulus measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
方程式を解く際の初期条件として、予め計測または設定
された参照ずり弾性率を用いることを特徴とする請求項
1乃至4のいずれかに記載のずり弾性率計測装置。5. The shear shear modulus computing means uses a reference shear modulus which is measured or set in advance as an initial condition when solving the first-order partial differential equation. The shear elastic modulus measuring device described in Crab.
微分方程式を解く数値解析法として有限差分法または有
限要素法を用いるとともに、正則化された代数方程式を
用いることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記
載のずり弾性率計測装置。6. The shear elastic modulus computing means uses a finite difference method or a finite element method as a numerical analysis method for solving the first-order partial differential equation, and also uses a regularized algebraic equation. Item 10. The shear elastic modulus measuring device according to any one of items 1 to 5.
動子と、該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、該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、
該受波回路で整相されたエコー信号に基づいてずり弾性
率を演算するずり弾性率演算手段と、該演算されたずり
弾性率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、前記治療送波回路と前記送波回路と
前記受波回路とずり弾性率演算手段とを制御する制御部
と、該制御部に操作指令を入力する操作部とを備え、 前記制御部は、前記操作部から入力される操作指令に基
づいて、前記送波回路と前記受波回路とを制御して被検
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、 前記ずり弾性率演算手段は、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を演算
し、該歪テンソルデータに基づいて前記関心領域のずり
弾性率を演算することを特徴とする治療装置。7. A therapeutic oscillator in which a plurality of oscillators are arrayed, a therapeutic wave transmission circuit for outputting an ultrasonic wave drive signal to each oscillator of the therapeutic oscillator, and a plurality of oscillators are arrayed. The ultrasonic probe, a wave transmission circuit that outputs an ultrasonic drive signal to the ultrasonic probe, and a receiver that receives the echo signal output from the ultrasonic probe and performs phasing processing. Wave circuit,
Shear elastic modulus calculating means for calculating a shear elastic modulus based on the echo signal phased by the wave receiving circuit, and an output for outputting degeneration information of a site including the lesion based on the calculated shear elastic modulus Means, a therapeutic wave transmitting circuit, the wave transmitting circuit, the wave receiving circuit, and a shear elastic modulus calculation means, and a control section for inputting an operation command to the control section. Is a function of controlling the transmitting circuit and the receiving circuit based on an operation command input from the operation unit to deform the region of interest set in the living body of the subject, and the therapeutic transmitting circuit. And a function of controlling an ultrasonic beam emitted from the therapeutic oscillator by controlling the shear elastic modulus calculation means based on a command given from the control unit to transform the region of interest. By capturing such an echo signal, It calculates the distortion tensor data of frequency treatment apparatus characterized by calculating the shear modulus of the region of interest on the basis of the distortion tensor data.
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