JP4226882B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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JP4226882B2
JP4226882B2 JP2002348930A JP2002348930A JP4226882B2 JP 4226882 B2 JP4226882 B2 JP 4226882B2 JP 2002348930 A JP2002348930 A JP 2002348930A JP 2002348930 A JP2002348930 A JP 2002348930A JP 4226882 B2 JP4226882 B2 JP 4226882B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、造影剤を使用したコントラストエコー法による診断が可能な超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波診断装置は、超音波パルス反射法により体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得ることができ、X線診断装置、X線CT装置、MRI診断装置、核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、小型で安価、リアルタイム表示が可能、X線などの被爆がなく安全性が高い、血流イメージングが可能等の特長を有している。この様な利便性から、現在では心臓、腹部、泌尿器、および産婦人科などで広く利用されている。
【0003】
この超音波画像診断装置においては、種々の撮影法が存在する。その代表的なものの一つに、コントラストエコー法と称される撮影手法がある。このコントラストエコー法は、被検体の血管内に微小気泡(マイクロバブル)等からなる超音波造影剤を投与することで、超音波散乱エコーの増強を図るものである。
【0004】
また、近年、経静脈的投与が可能な超音波造影剤が開発され、この造影剤に適した撮影方法が開発されている。例えば、フィルタ法(一の走査線につき送信された1回のパルスに基づいて映像化する方法:例えば、特許文献1参照。)、ドプラ法(一の走査線につき送信された2回以上の同位相パルスに基づいて映像化する方法)、フェーズインバージョン法(一の走査線につき送信された位相反転した2つのパルスに基づいて映像化する方法:例えば、特許文献2参照。)、フェーズインバージョンドプラ法(一の走査線につき送信された位相の異なる3つ以上ののパルスに基づいて映像化する方法:例えば、特許文献3参照。)等である。
【0005】
上記各方法にてコントラストエコー法を行う場合、従来ではMI値を0.5以上とした中音圧或いは高音圧の超音波を送信している。これは、造影剤(バブル)をある程度崩壊させ、染影に寄与させるためである。例えば、一般的に広く利用されているSchering社の造影剤Levovistにおいては、MI値を0.8以上とした高音圧の超音波を送信しないと、適切に染影されない場合がある。
【0006】
このような、高音圧による超音波送信、及びそれによって発生するバブルの崩壊は、映像化に多くの影響を及ぼす。例えば、高音圧の超音波が組織を伝播する場合、ハーモニック成分が発生する。ところが、上述したフィルタ法、フェーズインバージョン法は、この組織からのハーモニック成分(以下、THI成分)と、バブルからのハーモニック成分とを分離することができない。従って、フィルタ法、或いはフェーズインバージョン法にてバブルに基づく表示を行う場合には、コントラストが付きにくく、染影画像の中から血流と実質染影とを区別して表示することは困難である。
【0007】
また、バブルの崩壊は、例えば一の走査線に対し二回以上の超音波を送信した場合、広帯域のエコー信号を発生させる。この広帯域のエコー信号は、疑似ドプラ信号と呼ばれ、基本波の組織及びTHI成分を抑制することで、映像化に利用することができる。
【0008】
しかしながら、疑似ドプラ信号に基づくカラードプラ画像は、無数の折り返し点で構成された細い血管や実質内染影像となってしまい、正しい血流速度を表示した画像にはならない。これは、疑似ドプラ信号は、通常の血流からのドプラ信号とは異なり正しい血流方向を示していないことに起因する。従って、コントラストエコー法では、血流速度を表現するのに良好であるカラードプラ表示を使用することはなく、パワードプラ表示を使用する場合が殆どである。
【0009】
これらの問題を解決するために、本出願人は、特願2001−304013において、MI値が0.1以下でも染影される超音波造影剤を用いて、好適なカラードプラ表示を実現可能なシステムを提案している。このシステムでは、MI値が低くTHI成分の発生が抑えられた状態において、造影剤からのハーモニック信号を抽出して、造影剤からのパワー信号、速度信号を計算する。このパワー信号、速度信号に基本波のBモード情報を加えた3つの信号から、造影前はBモード情報のみがグレースケール表示され、造影剤によって血管内の血流が染影されると方向によって赤あるいは青で表示され、組織内血流が染影されると緑で表示される。
【0010】
しかしながら、この方式では、MI値が0.1以下という非常に弱い超音波を使用している点と、二次高調波信号を利用しているために周波数依存減衰の影響を大きく受ける点から、S/Nが不足しペネトレーションが悪い場合がある。
【0011】
ところで、フェーズインバージョン法、フェーズインバージョンドプラ法で得られる信号は、原理的に偶数次数の高調波となる。そのため、フィルタ法およびフェーズインバージョン法、フェーズインバージョンドプラ法を用いてバブルの崩壊を伴わない条件下で利用できる非線形信号は、実用的には二次高調波信号である。二次高調波信号以外に利用できる高調波を考えた場合、フィルタ法では原理的には三次高調波も得られる。しかし、非常に広帯域のプローブが必要な点と、周波数依存減衰を大きく受けるという問題があり、ペネトレーションの改善という目的には合致しない。
【0012】
しかし、一般に二次高調波を利用する方法では感度が低下してしまう。その解決策として、例えば基本波領域の非線形信号を利用する方法が提案されている。基本波領域の非線形信号を利用する方法としては、振幅を変えて送信パルスを2回送り受信信号をゲイン補正して差を取るという方法がある(例えば、特許文献4参照)。更に振幅と位相の双方を変える方法も提案されている(例えば、特許文献5参照)。また、チャープ信号を利用したパルス圧縮技術を利用して、二次高調波を感度良く得る方法が提案されている(例えば、特許文献6参照)。
【0013】
しかしながら、これらの解決策においては、Bモードのような振幅情報を映像化するに留まっている。従って、コントラストエコー法において、基本波領域の非線形信号から血液等の速度情報を正確に取り出すことはできない。
【0014】
【特許文献1】
米国特許第5,678,553号
【0015】
【特許文献2】
米国特許第5,632,277号
【0016】
【特許文献3】
米国特許第6,095,980号
【0017】
【特許文献4】
米国特許第5,577,505号
【0018】
【特許文献5】
米国特許第6,063,033号
【0019】
【特許文献6】
米国特許第6,213,947号
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、コントラストエコー法において、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができ、また、ペネトレーションの良い超音波診断装置を提供することを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【0022】
本発明の第1の視点は、造影剤が投与された被検体の所定部位を、超音波プローブを使用して超音波で走査し、超音波画像を取得する超音波診断装置において、各走査線に対して、第1の超音波パルスと当該第1の超音波パルスを所定の比率にて振幅変調させた少なくとも一種類の変調超音波とを、繰り返し送信する送信手段と、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づくエコー信号を受信する受信手段と、前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波に対応する周波数帯域から非線形反射成分を抽出する抽出手段と、前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関する速度信号値を求める計算手段と、前記速度信号値に基づいて、前記超音波画像を生成する画像生成手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【0023】
本発明の第2の視点は、造影剤が投与された被検体の所定部位を、超音波プローブを使用して超音波で走査し、超音波画像を取得する超音波診断装置において、各走査線に対して、第1の超音波パルスと、当該第1の超音波パルスを位相変調及び所定の比率にて振幅変調させた少なくとも一種類の変調超音波とを、繰り返し送信する送信手段と、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づくエコー信号を受信する受信手段と、前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波に対応する周波数帯域から非線形反射成分を抽出する抽出手段と、前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関する速度信号値を求める計算手段と、前記速度信号値に基づいて、前記超音波画像を生成する画像生成手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置である。
【0024】
このような構成によれば、コントラストエコー法において、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができ、また、ペネトレーションの良い超音波診断装置を実現することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態〜第5実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【0026】
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る超音波診断装置10のブロック構成図を示している。まず、本超音波診断装置10のブロック構成を、図1を参照しながら説明する。
【0027】
本超音波診断装置10は、超音波プローブ13、送信回路15、受信回路17、Bモード処理系19、カラードプラ処理系21、Bモード処理系座標変換メモリ23、カラードプラ処理系座標変換メモリ25、画像合成回路27、制御回路31、表示モニタ33、操作部35を具備している。
【0028】
超音波プローブ13は、圧電セラミック等の音響/電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。並列され、プローブ13の先端に装備される複数の圧電振動子は、送信回路15から印加された電圧パルスに基づいて超音波を発生する。
【0029】
送信回路15は、パルス発生器、送信遅延回路、パルサを有し、プローブ13に接続される。送信回路15のパルス発生器は、例えば5kHzのレート周波数fr Hz(周期;1/fr秒)でレートパルスを、後述するように振幅変調(AM:Amplitude Modulation)、又はAM及び位相変調(PM:Phase Modulation)させて繰り返し発生する。このレートパルスはチャンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路は、超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。なお、送信遅延回路には、図示していないトリガ信号発生器からのトリガがタイミング信号として供給される。パルサは、送信遅延回路からレートパルスを受けたタイミングでプローブ13にチャンネル毎に電圧パルスを印加する。これにより、AM、AM及びPMされた超音波ビームが被検体に送信される。
【0030】
受信回路17は、プリアンプ、A/D変換器、受信遅延回路、加算器を有する。プリアンプは、プローブ13を介して受信回路17に取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。増幅されたエコー信号は、受信遅延回路により受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与えられ、そして加算器で加算される。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調されたエコー信号(RF信号)が生成される。この受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性(すなわち、「走査線」)が決定される。
【0031】
Bモード処理系19は、エコーフィルタ19a、検波回路19b、LOG圧縮回路19cを有している。エコーフィルタ19aは、帯域通過フィルタ(バンドパスフィルタ)であり、位相検波を行い、所望の周波数帯域の信号を抽出する。検波回路19bは、エコーフィルタ19aから出力されたエコー信号の包絡線を検波し、基本波成分を映像化するBモード像を構成する走査線毎のBモード信号を、後述する内容にて求める。LOG圧縮回路19cは、Bモード検波データに対して対数変換による圧縮処理を施す。
【0032】
カラードプラ処理系21は、CTB(Corner Turning Buffer:)21a、ウォールフィルタ21b、速度・分散・パワー推定回路21cを有している。CTB21aは、入力したカラードプラによるデータ列を一時的に記憶する装置である。CTB21aに記憶されたデータ列は、所定の順番にてウォールフィルタ21bに出力される。ウォールフィルタ21bは、本実施形態においては、基本波成分を高調波成分を分離する目的で使用し、ローパスフィルタの特性を持たせる。詳細は後述する。速度・分散・パワー推定回路21cは、位相の異なる複数のエコー信号に基づいて各信号間の相関を演算し、平均周波数を算出する回路である。この速度・分散・パワー推定回路21cによって、カラードプラにおける血流速度・分散・パワー推定等が算出される。速度・分散・パワー推定回路21cは、抽出された高調波成分に基づいて、パワー像を構成する走査線毎のパワー信号、速度像を構成する走査線毎の速度信号を後述する内容にて推定する。
【0033】
Bモード処理系座標変換メモリ23、カラードプラ処理系座標変換メモリ25は、Bモード処理系19、或いはカラードプラ処理系21から入力した超音波スキャンの走査線信号列を、空間情報に基づいた直交座標系のデータに変換する。
【0034】
画像合成回路27は、座標変換メモリ23、25から入力したそれぞれ画素毎のBモード信号値B、パワー信号値P、速度信号値Vのうち、何れの信号値を表示画像の画素値として採用するかを決定し、決定した信号値の大きさに応じて所定の色及び輝度を割り当てる。この画像合成回路27の構成については、後で詳しく説明する。
【0035】
制御回路31は、システム全体の制御中枢として、本超音波診断装置の動作に関する制御を行う。
【0036】
表示モニタ33は、CRT等からなるモニタであり、入力したビデオ信号に基づいて被検体組織形状を表す断層像を表示する。この表示モニタ33には、画像合成回路27によって生成された、Bモード信号、パワー信号、速度信号からなる合成画像が表示される。
【0037】
操作部35は、装置10に接続され、オペレータからの各種指示・命令・情報を装置本体22にとりこむための、関心領域(ROI)の設定などを行うための入力装置(マウスやトラックボール、モード切替スイッチ、キーボード等)が設けられる。
【0038】
(画像合成回路)
次に、画像合成回路27の構成について詳説する。
【0039】
図2は、画像合成回路27のブロック構成図を示している。図2に示すように、画像合成回路27は、TFDメモリ(Tissue/Flow Decision memory:組織/血流決定メモリ)271、マルチプレクサ272、カラーマップメモリ273を有している。
【0040】
TFDメモリ271は、各画素のBモード信号値B、パワー信号値P、速度信号値Vを入力し、所定の関数テーブルに基づいて、B、Pの何れを表示画像の画素値として使用するのかを決定する。決定された画素毎の使用信号値情報は、使用信号値情報として、TFDメモリ271からマルチプレクサ272へと出力される。
【0041】
マルチプレクサ272は、TFDメモリ271によって決定された、画素毎の使用信号値情報に基づいて、画素毎にBモード信号値B、パワー信号値P、速度信号値Vの何れかを選択的に後段の装置に対して出力するスイッチである。
【0042】
カラーマップメモリ273は、信号値毎に割り振られたカラーマップを記憶するメモリである。カラーマップメモリ273は、マルチプレクサ272から入力した画素毎の信号値に応じて所定の色及び輝度を割り当てることで、Bモード信号、パワー信号、速度信号から構成される合成画像を生成し、表示モニタへと出力する。
【0043】
(超音波画像収集・合成・表示処理)
次に、本超音波診断装置10によって実現される超音波画像収集・合成・表示に渡る一連の処理について、図3乃至図5を参照しながら説明する。この一連の処理によって、造影剤を使用して、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができ、また、血流、実質染影、染影されない組織とを明確に区別することができる超音波画像を表示することができる
<超音波画像収集:ステップS1〜S5>
超音波画像収集のための超音波走査においては、MI(Mechanical Index:機械的指標)が0.1程度の低音圧の超音波送信し、その反射波(反射エコー)に含まれる非線形信号が比較的大きな強度で得られる造影剤、言い換えれば、被検体を診断するのに十分な非線形信号を受信可能な造影剤を使用する。具体的には、Bracco社の造影剤SonoVue 等を使用することができる。
【0044】
本発明者は、この様な造影剤を、例えばMIが0.1程度の低音圧で使用した場合、次のような利点があることを見出した。第1に、バブルの崩壊が少ないため、高いMI値で送信した場合と比較した場合、血流方向を正しく示さない疑似ドプラ信号の発生を少なくすることができる。一の走査線に対し二回以上の超音波を送信する場合のバブルの崩壊は、疑似ドプラ信号の原因となるからである。第2に、MIが0.1程度の低音圧であれば、組織からのハーモニック成分(THI成分)をごく僅かに抑えることができる。これは、THI成分は、伝播における超音波の波形の歪みに基づく非線形性によって発生するが、低音圧であれば、伝播における超音波の波形の歪みが少ないためある。第3に、送信の振幅、又は振幅及び位相を変えて複数回の送信を行い、受信時にゲイン補正を行うことで、基本波成分を抑圧して、基本波領域の非線形信号を抽出することで、ほとんどバブルからだけの信号を抽出することができる。これは、THI成分は、二次高調波領域において最も多く発生し、基本波領域ではあまり発生しないからである。
【0045】
上記利点に鑑み、本実施形態では、送信の振幅を変えて複数回の送信を行い、その反射波の基本波領域の非線形信号から、造影剤が血流に乗って移動する方向を正しく反映するバブルからのドプラ信号を取得し、これによって正しい血流画像を得る。なお、基本波領域の非線形信号とは、超音波の送信周波数帯域に存在する受信反射エコーの非線形信号を指す。具体的には、二次高調波の一部や三次歪み成分が含まれる。
【0046】
図3は、本超音波診断装置10によって実現される超音波画像収集・合成・表示に渡る一連の処理を説明するためのフローチャートである。図4は、振幅変調によるドプラ法を説明するための図である。
【0047】
図3において、まず、超音波造影剤を被検体に注入する(ステップS1)。この造影剤が低MIの低音圧の超音波送信しても、その反射波(反射エコー)に含まれる非線形信号が比較的大きな強度で得られる造影剤であることは、上述した通りである。
【0048】
続いて、所定のパルスシーケンスに従って、振幅変調された複数の超音波を被検体に対し照射する(ステップS2)。すなわち、送信回路15は、図4の上段に示すように、一の走査線に対し所定の時間間隔(すなわち、PRF:Pulse Repetition frequency:パルス繰り返し周波数)で、1回目は比率が0.5の電圧(例えばMI=0.05となる電圧)、2回目は比率が1の電圧(例えばMI=0.1となる電圧)で駆動し、3回目以降は5回目までこれを繰り返す。この図4の例での送信パルスシーケンスは、「比率が[0.5,1,0.5,1,0.5]と表記する。一連のパルスは駆動電圧のみが異なり、それ以外の条件は同一である。なお、送信周波数は、生体での周波数依存減衰を考慮したプローブ帯域内の最も感度の取れる周波数にする。
【0049】
なお、上記送信においては電圧制御によって送信超音波の振幅を変調した。これに対し、各超音波送信において印加する電圧は一定とし、超音波プローブ13の使用するチャンネル数を制御することで、送信する超音波の振幅を制御する構成であってもよい。例えば、振動素子が一次元状に配列された超音波プローブで上記[0.5,1,0.5,1,0.5]の送信を行う場合、0.5の送信で使用するチャンネル数の比を1の送信で使用するチャンネル数の半分にする。また、図16に示すように、一回目の送信は一つ飛びの振動素子(チャンネル)を使用し、二回目の送信は全振動素子を使用し、三回目の送信は一回目の送信で使用しなかった振動素子を使用し、4回目の送信は全振動素子を使用し、以下これを繰り返すといった構成であってもよい。電圧制御では、印加電圧とその出力としての送信超音波との間に、電子回路の非線形性のために線形性が保てない場合があるが、この様にチャンネル数制御によれば、高い線形性による制御を実現することができる。
【0050】
続いて、プローブ13から被検体からのエコー信号を受信し、受信回路17において整相加算処理を行ってRF信号を生成し、当該RF信号をベースバンドのI信号及びQ信号に変換する(ステップS3)。このI信号およびQ信号への変換は、RF信号の所望の周波数を中心周波数として実行される。
【0051】
なお、二次高調波信号を得るためには、この受信における周波数を送信周波数の約2倍の周波数にする。しかしながら、本実施形態では、基本波領域の非線形信号を映像化するので、送信周波数と概略同じ周波数に設定する。もちろん、深さに応じてこの周波数を可変にして、深くなるに従って低い周波数にすることが推奨される。このI信号及びQ信号は、それぞれBモード処理系19及びカラードプラ処理系21に出力される。
【0052】
次に、カラードプラ処理系21において、パワー信号値と速度信号値とを生成(パワー像と速度像とを生成)する(ステップS4)。すなわち、まず、I信号及びQ信号は、CTB21aに一旦格納され、同方向のビームとして取り出され、ウォールフィルタ21bに出力される。ウォールフィルタ21bでは、図4中段に示すように、[1,−1,1]という受信フィルタを受信データ列a、a、aおよびa、a、aに対してかける。この場合の受信フィルタは、[1,−1,1,0,0]及び[0,0,1−1,1]のとして表記することができる。
【0053】
なお、送信パルスシーケンス、受信フィルタの方法には、上記以外のさまざまな方式が考えられる。例えば、もっと簡単な方式としては、送信[0.5,1,0.5]、受信[2,−1,0]および[0,−1,2]といった変形例が挙げられる。本実施形態に係る例では5回のパルスシーケンスが必要であったのに対して、この変形例に係る方式では、3回のパルスシーケンスで済む。従って、フレームレートを上げることができる。しかし、本実施形態に係る例に比べると、組織からの線形信号の動きの影響を受けやすくなり、モーションアーティファクトが増大する。両者のうちのいずれを選択するかは、例えばフレームレートとモーションアーティファクトの兼ね合い等を基準に決定することができる。
【0054】
次に、速度・分散・パワー推定回路21cは、抽出された高調波成分に基づいて、パワー像を構成する走査線毎のパワー信号値、速度像を構成する走査線毎の速度信号値を以下の様にして推定する(図4下段参照)。
【0055】
P={|b+|b}/2 (1)
V=tan−1c (2)
ただし、
=a−a+a
=a2−a3+a4
c=b (b はbの複素共役)
また、Bモード処理系19では、基本波成分を映像化するBモード像を構成する走査線毎のBモード信号値を求める(ステップS5)。Bモード信号を求めるには、1回の受信信号で十分であるので、例えば図4に示すようにaの信号を使用して、当該所定深さでのBモード信号値Bは次のようにして求められる。
【0056】
B=|a0| (3)
こうして得られたBモード信号値B、パワー信号値P、速度信号値Vは、対数圧縮され、後段の装置に出力されることが好ましい。速度信号に対する対数圧縮処理は一般的ではない。しかしながら、この対数圧縮は、折り返し速度が高いため、或いは低流速は低速の血流バブルと組織内とを識別するために重要だからである。具体的には、式(1)乃至式(3)にて計算された各信号値B、Pに対して、対数圧縮を取った後8ビット長にした値を使用する。また、(2)式で得られた速度信号値Vが符号付きNビット長、対数圧縮後の速度信号を符号付きMビットとすると、次の計算にて対数圧縮を行う。
【0057】
V´=sign(V)*(2M−1/N−1)*log(|V|) (4)
ここで、V=sign(V)は、Vの正負により、1又は−1を出力する符号関数である。次以降の説明ではM=8として、V´は符号付きの8ビット長とする。
【0058】
以上ステップS1乃至ステップS5までの処理で、具体的な数値の一例を挙げると次の様である。例えば、送信周波数=2.5MHz、受信中心周波数2.5MHz、PRF=5kHzとすると、基本波中心周波数での折り返し速度は76.8cm/sとなる。この流速であれば、腹部の血流では、まず折り返しは生じないと考えられる。また、折り返し速度を76cm/sとすると式(4)に従えばV´=127の時の流速が76だから、V=1では0.6cm/sとなり、これが検出最低流速となる。
【0059】
図6(b)は、本実施形態における送信および受信(すなわち、AMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。一方、図6(a)は、従来のPM手法により、送信[1,−1,1]、受信[1,2,1]として得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。ここでいう一次、二次、三次とは、多項式でモデル化した場合の各次数の係数で、一次は線形、二次は二次高調波、三次は三次高調波に相当する。なお、正確には三次高調波ではなく、三次の非線形項から基本波帯域に発生する非線形信号である。しかしながら、ここでは、簡潔に三次高調波として記述する。図6(a)からわかるように、PM手法では、静止したバブルからは二次高調波しか発生していない。これに対し、図6(b)からわかるように、本実施形態に係る手法によれば、静止したバブルから二次高調波及び三次高調波を取得することができる。
【0060】
なお、本超音波診断装置10では、図6(b)(又は後述する図6(c))に示すように、二次およびそれ以上の高次応答に対して静止している信号を抑圧する処理を行っていない。従って、通常のカラードプラ像がウォールフィルタのHPF特性により低流速がカットされてしまうのに対して、本システムでは二次およびそれ以上の高次応答に対して低流速まで精度良く計算することが可能である。
【0061】
また、図7は、実際の生体でMI=0.1とした場合の組織からのエコー信号特性を、一回のパルス、PM、AMの各手法別に示した図である。図8は、実際の生体でMI=0.1とした場合の造影剤SonoVueからのエコー信号特性を、一回のパルス、PM、AMの各手法別に示した図である。
【0062】
図7からわかるように、PMによって得られる組織からのエコー信号は、二次高調波(2f)の周波数成分は大きいが、基本波(f)の周波数成分は小さい。一方、AMによって得られる組織からのエコー信号では、二次高調波(2f)及び基本波(f)の周波数成分はともに小さい。これは、THIの発生を示している。
【0063】
また、図8からわかるように、PMによって得られる造影剤からのエコー信号は、基本波(f)の周波数成分は小さい。一方、AMによって得られる組織からのエコー信号では、基本波(f)の周波数成分は大きい。この様にAMによって造影剤から得られる基本波(f)の周波数成分は大きいのは、非線形信号が増加したためと考えられる。図7に示すように組織(ほぼ線形信号と考えられる)からの信号は抑圧されているからである。
【0064】
なお、本実施形態では、基本波領域の非線形信号を利用するので、組織の動きが問題となる可能性があるように見える。しかし、腹部の場合は組織の動きは通常5mm/s以下であるので、前記条件下であれば、組織の動きは問題にはならない。また、送受信でフィルタ長が長くかかるパルスシーケンスを選択することで、ウォールフィルタでの組織の抑圧性能を上げることができる。また、図6(b)に示すように、二次、三次の項は、バブルが静止していたとしても、映像化することができる。一次の項は、図6(b)に示すように、組織が静止していれば、完全に抑圧することができる。
【0065】
<画像合成処理:ステップS6、S7>
次に、画像合成処理について説明する。
【0066】
まず、画素毎のBモード信号値Bとパワー信号値Pとに基づいて、画素値にBモード信号値Bを使用するか、或いはパワー信号値P及び速度信号値Vを使用するかの決定を行う(ステップS6)。この決定は、例えば図5に示す関数テーブルに従って、次のように定性的に実行される。
【0067】
すなわち、図5に示す関数テーブルにおいて、所定の画素のPがかなり小さい(パワー信号値P<第1の閾値Th1)場合には、Bモード信号値Bを当該画素の画素値として使用することする。この様にBモード信号値Bを優先的に表示するのは、パワー信号値P<Th1の場合、パワー信号値Pはノイズであることが多いからである。一方、パワー信号値P≧第1の閾値Th1の場合には、パワー信号値Pは血流情報を反映しているから、パワー信号値P及びこれに対応する速度信号値Vを優先的に表示する。
【0068】
なお、関数テーブルに設定する閾値は、Bモード信号値Bとパワー信号値Pとの値を比較していずれかを選択可能であれば、必ずしも固定値である必要はない。例えば、図5に示した関数テーブルは、3つの一次関数によって定義されている。
【0069】
こうして決定された画素毎の使用信号値情報は、マルチプレクサ272に出力される(図2参照)。マルチプレクサ272は、入力した情報に従って、画素毎に信号値B、或いは信号値P及び信号値Vを選択的にカラーマップメモリ273に出力する。
【0070】
次に、カラーマップメモリ273にて、画素毎の色付けを行う(ステップS7)。画素毎の色付けは、例えば次のようにして実行される。すなわち、信号値Bを使用する画素については、Red=Green=Blue=Bの値(0〜255)というグレースケールの色づけを行う。一方、信号値P及び信号値Vを使用する画素については、図9に示すように、P及びVの値によって4つの領域に分けて、当該画素の信号値V及びPの大きさによって変化させた色付けを行う。以下、P=0〜255、V=−128〜127の範囲を取るものとして色付けの一例を示す。
【0071】
領域A
(P>320−2*|V|かつV≧0の場合) 赤系の色付け
Red=min(1.12*P, 255)
Green=Blue=0.98*P
領域B
(P>320−2*|V|かつV<0の場合) 青系の色付け
Blue=min(1.12*P, 255)
Red=Blue=0.98*P
領域C
(P<320−2*|V|かつV≧0の場合) 赤系〜緑系の色付け
R1=min(1.12*P, 255)
G1=B1=0.98*P
R2=B2=0.9*P
G2=min(P*1.25, 255)
a=|V|/(160−P/2)
Red=a*R1+(1−a)*R2
Green=a*G1+(1−a)*G2
Blue=a*B1+(1−a)*B2
領域D
(P<320−2*|V|かつV<0の場合) 青系〜緑系の色付け
B1=min(1.12*P, 255)
R1=G1=0.98*P
R2=B2=0.9*P
G2=min(P*1.25, 255)
a=|V|/(160−P/2)
Red=a*R1+(1−a)*R2
Green=a*G1+(1−a)*G2
Blue=a*B1+(1−a)*B2
この様な色付けを行うことにより、被検体の各生体情報は、次のような色及び輝度が割り当てられ、図10に示す形態にて表示される。すなわち、(1)動脈のように流速が速い血液を流れるバブルは、方向により赤系又は青系の色付けとなる。(2)静脈系の遅い血流を流れるバブルは、緑系の色付けとなる。(3)組織内のバブルは、流速が遅くかつパワーが小さいので、暗い緑色の色付けになる。(4)染影されない組織は、グレースケール(灰色)の色付けである。
【0072】
これらの4種の色付け(すなわち、赤、青、緑、灰)は連続して変化しているので、境界は滑らかであり、最終的には観察者が血管の染影時相や連続性を考慮して決定できる。
【0073】
また、基本波のクラッタが消え残った場合には、ナイキスト流速付近の速い速度になる。LPFでかなり抑圧されているので、パワーは小さい。このように、ナイキスト流速付近の小さいパワー値の場合には、グレースケールに近い階調で表示することで、パワー表示でありながら、観察者にBモードによる組織像表示として観測することができる。
【0074】
(画像表示処理:ステップS8)
次に、画像合成回路27においてB、P、Vの各信号が合成された合成画像を、表示モニタ33に表示する(ステップS8)。こうして、観察者は当該合成画像を観察することができる。
【0075】
以上述べたステップS1からステップS8までの一連の処理は、診断時においてリアルタイムで逐次繰り替えされる。これにより、観察者は、表示モニタ33にて例えば次のような形態にて超音波画像をリアルタイムで観察することができる。
【0076】
図11(a)乃至11(e)は、観察者が表示モニタ33にて観察しうる合成画像(肝臓の例)を説明するための図である。まず、図11(a)に示すように、造影剤投与前は造影効果がないことから、信号値Pは非常に小さいので、各画素の画素値として信号値Bが使用され、Bモード像のみ表示される。
【0077】
図11(b)は、造影剤投与から例えば5乃至10秒経過し、主に大きな血管が赤又は青の色付けで染影された超音波画像を示している。(同図中右上がり及び右下がり斜線領域は、染影された血流を表す。上記色の割り当てに従えば、同図中右上がり斜線領域は赤色に色付けされ、右下がり斜線領域は青色に色付けされる。以下同様。)
図11(c)は、造影剤投与から例えば10乃至30秒経過し、毛細血管にまで造影剤が流入し、組織(実質)全体が染影された超音波画像を示している(同図中ドット領域が染影された実質を表す。上記色の割り当てに従えば、当該領域は緑色に色付けされる。以下同様。)。なお、横隔膜等の造影剤流入がない部分は、Bモード像にて表示される。
【0078】
図11(d)は、造影剤投与から例えば30乃至300秒程度経過し、次第に血流の染影が消えていく超音波画像を示している。
【0079】
図11(e)は、造影剤投与から例えば5分以上経過し、脾臓や肝臓等の造影剤が残留しやすい実質が染影された超音波画像を示している。
【0080】
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
【0081】
本実施形態に係る超音波診断装置によれば、非線形信号を用いて流速値が正しく推定することができる。すなわち、本超音波診断装置では、Bracco社の超音波造影剤SonoVueのように、低MIでも染影される造影剤を用いて、MI値が0.05と0.1となる2種類の超音波パルスを照射し、その反射波を受信する。このとき、上記のように振幅を変化(あるいは、第2の実施形態で述べるように振幅と位相の両方を変化)させ、得られる基本波に含まれた非線形信号を抽出し、これを利用して速度推定を行う。発明者の実験では、本実施形態に従って抽出される非線形信号からは、造影剤がない場合にMI値が1.0の場合に得られる線形信号からの速度の推定値にかなり近い値が得られる。その結果、コントラストエコー法において、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができる。
【0082】
なお、例えばSchering社の超音波造影剤Levovistを用いた場合には、高MIでパルスを崩壊させないと染影されない。このため、同様の手法又は異なる手法によっても、流速値を正しく求めることはできない。
【0083】
また、本実施形態によれば、ペネトレーションの良い超音波診断装置を提供することができる。すなわち、本超音波診断装置では、送信超音波の振幅(第2の実施形態では、振幅及び位相)を変化させて基本波領域の非線形信号を取得し、これからドプラ信号を得る。従って、周波数が低い分周波数依存減衰が小さくなり、ペネトレーションを良くすることができる。また、基本波領域のTHIの発生は、二次高調波領域でのTHIの発生よりも小さい。従って、同程度のTHIを含むとすれば、二次高調波を使用する場合よりも基本波領域を使用する場合には、MI値を上げることができ、ペネトレーションを良くすることができる。一方、フェイズ・インバージョン・ドプラ法等の二次高調波信号からドプラ信号を抽出する従来の手法では、どうしても深部のペネトレーションが不足してしまう。
【0084】
発明者の実験によれば、本実施形態の如く基本波領域の非線形信号を使用する場合は、従来の二次高調波を使用する場合に比べて、腹部用途において、例えば4cm程度ペネトレーションを改善することができる。
【0085】
また、本実施形態に係る超音波診断装置によれば、コントラストエコー法において、経時的なバブルの変化をBモード信号、パワー信号、速度信号の合成画像で映像化できる。従って、血流、実質染影、染影されない組織とを明確に区別可能な超音波画像を表示することができる。
【0086】
本超音波診断装置10では、コントラストエコー法において、血流情報が有効な部位においては、選択的にパワー信号、血流信号に基づいて超音波画像を生成する。従って、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができる。また、実質(組織)についても、信号値の強度によって色の割り当てを行うから、血流、実質染影、染影されない組織とを明確に区別可能な超音波画像を表示することができる。
【0087】
(第2の実施形態)
第1の実施形態においては、送信で振幅変調したパルスシーケンスを使用した。これに対し、第2の実施形態では、振幅変調と位相変調を組み合わせたパルスシーケンスを使用する。
【0088】
例えば、本実施形態においては、図3に示すステップS2〜S5において[0.5,−1,0.5]として被検体に超音波を送信し、[1,1,1]として反射波を受信し、Bモード像、パワー像、速度像を生成する。
【0089】
すなわち、送信回路15は、図12上段に示すように、一の走査線に対し所定の時間間隔(すなわち、PRF:Pulse Repetition frequency:パルス繰り返し周波数)で、1回目は比率が0.5の電圧(例えばMI=0.05となる電圧)、2回目は極性を反転させ比率が1の電圧(例えばMI=0.1となる電圧)で駆動し、3回目以降は5回目までこれを繰り返す(ステップS2)。第1の実施形態と同様、一連のパルスは駆動電圧のみが異なり、それ以外の条件は同一である。また、送信周波数は、生体での周波数依存減衰を考慮したプローブ帯域内の最も感度の取れる周波数にする。
【0090】
続いて、プローブ13から被検体からのエコー信号を受信し、受信回路17において整相加算処理を行ってRF信号を生成し、当該RF信号をベースバンドのI信号及びQ信号に変換する(ステップS3)。
【0091】
次に、カラードプラ処理系21において、パワー信号値と速度信号値とを生成(パワー像と速度像とを生成)する(ステップS4)。すなわち、まず、I信号及びQ信号は、CTB21aに一旦格納され、同方向のビームとして取り出され、ウォールフィルタ21bに出力される。ウォールフィルタ21bでは、図12中段に示すように、[1,1,1]という受信フィルタを受信データ列a、a、aおよびa、a、aに対してかける。この場合の受信フィルタは、[1,1,1,0,0]及び[0,0,1,1,1]のとして表記することができる。
【0092】
次に、速度・分散・パワー推定回路21cは、抽出された高調波成分に基づいて、パワー像を構成する走査線毎のパワー信号値、速度像を構成する走査線毎の速度信号値を推定する(図12下段参照)。なお、B、P、Vの各値の計算方法、表示手法は、第1の実施形態を同様である。
【0093】
図6(c)は、本実施形態における送信および受信(すなわち、送信[0.5,−1,0.5]とし、受信[1,1,1]とするAM+PMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。図6(c)と図6(b)とを比較すると、ドプラ周波数0(すなわち、中心周波数)の地点では、本実施形態に係る手法の方が二次成分の方が三次成分よりも大きい。そのために、受信の中心周波数を、第1の実施形態では送信周波数と概略同じとしたのに対して、本実施形態では送信周波数よりも高めに設定することが好ましい。ただし、本発明の目的がペネトレーションの改善にあるので、ペネトレーションが最大となる周波数(例えば送信周波数の1.5倍)を選択すればよい。
【0094】
なお、送信パルスシーケンス、受信フィルタの方法には、上記以外のさまざまな方式が考えられる。上記以外の振幅と位相とを変化させる方法としては、例えば送信[0.5,−1,−1,0.5]というパルスシーケンス、受信[2,1,0]及び[0,2,1]というフィルタならば、4回の送受信で信号が得られるのでフレームレートが向上する利点がある。ただし、モーションアーティファクトが増えるという欠点がある。
【0095】
以上述べた本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0096】
(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態では、それぞれ図6(b)、図(c)に示すよう、に基本波領域の非線形信号としては、二次と三次の項が混ざった信号を利用した。各実施形態の様に、MI値が0.1程度では組織からの非線形信号は少ないので二次に含まれるTHIはあまり問題にならない。しかしながら、感度を向上させるためにMI値をもっと大きくした場合にはTHIの影響が問題となる。
【0097】
そこで、第3の実施形態では、一次および二次の項を抑圧して三次の項だけを利用する方法について説明する。
【0098】
例えば、本実施形態においては、図3に示すステップS2〜S5において[0.5,−1,1,−0.5]として被検体に超音波を送信し、[−2,−1,1,2]として反射波を受信し、Bモード像、パワー像、速度像を生成する。なお、位相変調及び振幅変調による超音波送受信以外の処理は、第1及び第2の実施形態と同様である。
【0099】
図13は、本実施形態における送信および受信(すなわち、送信[0.5,−1,1,−0.5]とし、受信[−2,−1,1,2]とするAM+PMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。図13に示すように、ドプラ中心周波数においては一次(基本波)、二次の項が抑圧されて、三次の項のみが存在することが分かる。三次の項は一次の帯域にも折り返って存在するから、基本波帯域のこの信号を利用することができる。
【0100】
この様に、送信[0.5,−1,1,−0.5]とし、受信[−2,−1,1,2]とするAM+PMによる送受信を行い、後は第1又は第2の実施形態と同様な処理を行うことで、基本波帯域の三次の項によるパワー、速度の映像化を行うことができる。また、本実施形態に係る手法では、二次の項を抑圧することができるので、MI値を上げた場合でもTHIの発生を少なくすることができる。
【0101】
(第4の実施形態)
第1乃至第3の実施形態においては、超音波パルスとして通常のパルスを用いてきた。第4の実施形態では、更にパルス圧縮技術を使用する方法について説明する。この手法によれば、感度をより向上させることができる。
【0102】
図14にチャープ波形の例を示す。この波形を有する信号は、時間によって周波数が変化する信号に、ガウスのアポダイゼーションをかけることで得られる。また、この信号は、マッチドフィルタや逆フィルタ、ウィーナーフィルタ等によるフィルタリング、位相を補正する方法等で、図15のような短いパルスに変換(パルス圧縮)することができる。なお、このフィルタリングは、図4の受信回路17において、RF信号で行っても、IQ信号で行っても良い。
【0103】
本実施形態においては、図3に示すステップS2〜S5において上記チャープ波形を用いて、送信毎に振幅、或いは振幅及び位相を変えた送信し、受信した反射波に基づいてBモード像、パワー像、速度像を生成する。
【0104】
すなわち、例えば、振幅のみを変化させた例として、第1の実施形態の様に[0.5,1,0.5,1,0.5]という5回の送信を行い、被検体からの反射波を受信する。
【0105】
受信した反射波から基本波領域の非線形信号を抽出する場合には、まず通常の基本波をパルス圧縮するのと同じフィルタでパルス圧縮を行う。この圧縮後の信号列に対して、[1,−1,1,0,0]及び[0,0,1,−1,1]という受信フィルタをかけることで図15に示すパルス圧縮が実行される。後は、第1の実施形態と同様な方法で映像化を行う。
【0106】
なお、二次高調波を利用する場合には、通常の基本波をパルス圧縮する場合に比べて位相が21/2倍速く変化する圧縮フィルタを用いてパルス圧縮を行う。この信号列に対して、[1,−1,1,0,0]及び[0,0,1,−1,−1]という受信フィルタをかけることで、図15に示すパルス圧縮を適切に実行することができる。
【0107】
また、基本波の略1.5倍の周波数を利用する場合には、通常の基本波をパルス圧縮する場合に比べて位相が約1.2倍速く変化する圧縮フィルタを用いてパルス圧縮を行う。この信号列に対して、[1,−1,1,0,0]及び[0,0,1,−1,−1]という受信フィルタをかけることで、図15に示すパルス圧縮を適切に実行することができる。
【0108】
この様に、チャープ信号を使用することで同じエネルギーを投入しながらピーク音圧を小さくすることができる。従って、組織からの非線形信号の発生をより小さくすることができると同時に、超音波造影剤のバブルの崩壊をより少なくすることができる。その結果、S/N比を向上させることができ、感度の高い超音波診断装置を提供することができる。
【0109】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変形例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば以下に示す(1)〜(4)のように、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【0110】
(1)各実施形態においては、組織を見るためのBモード像と、血流を見るためにパワー像、速度像とを合成して表示した。しかし、組織を映像化するためには、Bモードの使用は必須ではない。なぜなら、THI成分がわずかながら存在するために、ハーモニック成分で組織が見えたり、送信パルスの正負のわずかな非対称性のために、基本波成分で組織を見ることができるからである。
【0111】
なお、これらの振幅は小さいので、画像としては暗く表示される場合がある。しかし、実質染影を観察する場合には、逆に好都合であることが多い。このBモードの表示/非表示は、所定のスイッチによりマニュアル操作できることが好ましい。
【0112】
(2)上記各実施形態では、図3ステップS6において、例えば図3に示す信号値Bと信号値Pとによって定義される関数テーブルに従って、画素値として信号値Bを使用するか信号値Pを使用するかの決定を画素毎に行った。これに対し、信号値Bと信号値Vとによって定義される関数テーブル、或いは信号値Bと信号値P及び信号値Vとから定義される関数テーブルにより、画素値として使用する信号値の決定を行ってもよい。
【0113】
(3)第2の実施形態において、送信で振幅変調と位相変調を行う方法を説明した。ここで、位相変調だけを行っても、基本波領域の非線形信号を抽出することができる。
【0114】
例えば、図6(a)に示すように、[1,−1,1]という位相変調による送信では、ドプラ周波数の中心付近では二次および三次の項による信号を得ることはできない。しかしながら、例えば[j,−1,j]という送信、及び[−j,2,−j]という受信を行えば、図13に示すように、ドプラ周波数の中心付近で二次および三次の項による信号を得ることができ、上記各実施形態と同様の映像を得ることができる。なお、jとは位相を90°変化させる記号である。
【0115】
また、上記各実施形態で示した以外にも、送信パルスの振幅又は位相の少なくとも一方を変化させるパルスシーケンスで、かつパワー情報と速度情報が得られるシーケンスであれば、上記実施形態で示す映像法が可能である。
【0116】
(4)上記各実施形態においては、各走査線に対して、振幅変調(又は、振幅変調及び位相変調)の関係にある第1の超音波パルスと第2の超音波とを、例えば[0.5,1,0.5,1,0.5]といった具合に送信し、これによるエコー信号の基本波帯域から非線形成分を抽出した。しかしながら、振幅変調(又は、振幅変調及び位相変調)して送信する超音波は、二種類に限定する趣旨ではない。例えば、[1,0.5,0.25]といった具合に、三種類の振幅変調(又は、振幅変調及び位相変調)超音波を使用する構成であってもよい。すなわち、二種類以上の振幅変調(又は、振幅変調及び位相変調)超音波を送信し、これによるエコー信号の基本波帯域から非線形成分を抽出す留構成であってもよい。
【0117】
さらに、超音波の送信順序についても、特に限定する趣旨ではない。例えば、第1の超音波を複数の走査線に対して送信した後、当該第1の超音波と振幅変調(又は、振幅変調及び位相変調)の関係にある第2の超音波を前記複数の走査線に対して送信する構成であってもよい。すなわち、二つの走査線を例とした場合、第1の超音波(走査線1)、第1の超音波(走査線2)、第2の超音波(走査線1)、第2の超音波(走査線2)といった具合に、第1の超音波と第2の超音波とを複数回単位で交互に送信する構成であってもよい。
【0118】
また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0119】
【発明の効果】
以上本発明によれば、コントラストエコー法において、正しく血流の方向を表す血流画像を表示することができ、また、ペネトレーションの良い超音波診断装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本実施形態に係る超音波診断装置10のブロック構成図を示している。
【図2】図2は、画像合成回路27のブロック構成図を示している。
【図3】図3は、本超音波診断装置10によって実現される超音波画像収集・合成・表示に渡る一連の処理を説明するためのフローチャートである。
【図4】図4は、振幅変調によるドプラ法を説明するための図である。
【図5】図5は、画像合成処理に使用される関数テーブルの一例を示している。
【図6】図6(a)は、従来のPM手法により、送受信として得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。図6(b)は、本実施形態における送信および受信(すなわち、AMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。図6(c)は、本実施形態における送受信(すなわち、AM+PMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。
【図7】図7は、実際の生体でMI=0.1とした場合の組織からのエコー信号特性を、一回のパルス、PM、AMの各手法別に示した図である。
【図8】図8は、実際の生体でMI=0.1とした場合の造影剤SonoVueからのエコー信号特性を、一回のパルス、PM、AMの各手法別に示した図である。
【図9】図9は、画像合成処理に使用されるカラーマップの一例を示した図である。
【図10】図10は、画像合成処理に使用されるカラーマップの一例を示した図である。
【図11】図11(a)乃至11(e)は、観察者が表示モニタ33にて観察しうる合成画像(肝臓の例)を説明するための図である。
【図12】図12は、第2の実施形態のAM+PM(振幅変調及び位相変調)によるドプラ法を説明するための図である。
【図13】図13は、第2の実施形態における送信および受信(AM+PMによる送受信)によって得られた一次、二次、三次のドプラ周波数特性を示した図である。
【図14】図14は、第5の実施形態において送信される超音波のチャープ波形例を示している。
【図15】図15は、図14に示したチャープ波形にパルス圧縮を施した後の波形を示した図である。
【図16】図16は、超音波送信形態の変形例を示した図である。
【符号の説明】
10…超音波診断装置
13…超音波プローブ
15…送信回路
17…受信回路
19…Bモード処理系
19a…エコーフィルタ
19b…検波回路
19c…LOG圧縮回路
21…カラードプラ処理系
21a…CTB
21b…ウォールフィルタ
21c…速度・分散・パワー推定回路
23…Bモード処理系座標変換メモリ
25…カラードプラ処理系座標変換メモリ
27…画像合成回路
31…制御回路
33…表示モニタ
35…操作部
271…TFDメモリ
272…マルチプレクサ
273…カラーマップメモリ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus capable of diagnosis by a contrast echo method using a contrast agent.
[0002]
[Prior art]
An ultrasonic diagnostic apparatus can obtain a tomographic image of a soft tissue in a living body non-invasively from the body surface by an ultrasonic pulse reflection method, such as an X-ray diagnostic apparatus, an X-ray CT apparatus, an MRI diagnostic apparatus, a nuclear medicine diagnostic apparatus, etc. Compared to other diagnostic apparatuses, it has features such as small size, low cost, real-time display, high safety without exposure to X-rays, and blood flow imaging. Because of this convenience, it is now widely used in the heart, abdomen, urology, and gynecology.
[0003]
In this ultrasonic image diagnostic apparatus, there are various imaging methods. One typical example is an imaging technique called a contrast echo method. In this contrast echo method, an ultrasonic contrast agent composed of microbubbles or the like is administered into a blood vessel of a subject to enhance the ultrasonic scattering echo.
[0004]
In recent years, an ultrasound contrast agent capable of intravenous administration has been developed, and an imaging method suitable for this contrast agent has been developed. For example, a filtering method (a method of imaging based on a single pulse transmitted per scanning line: see, for example, Patent Document 1), a Doppler method (two or more same transmissions per scanning line). A method of imaging based on a phase pulse), a phase inversion method (a method of imaging based on two pulses whose phase is inverted per one scanning line: see, for example, Patent Document 2), phase inversion. Doppler method (a method of imaging based on three or more pulses having different phases transmitted per scanning line: see, for example, Patent Document 3).
[0005]
When the contrast echo method is performed by each of the above methods, conventionally, ultrasonic waves with medium sound pressure or high sound pressure with an MI value of 0.5 or more are transmitted. This is to cause the contrast agent (bubble) to collapse to some extent and contribute to the shadowing. For example, the contrast agent Levovist of Schering, which is widely used in general, may not be properly imaged unless an ultrasonic wave with a high sound pressure with an MI value of 0.8 or higher is transmitted.
[0006]
Such ultrasonic transmission due to high sound pressure and the burst of bubbles generated thereby have many effects on imaging. For example, when a high sound pressure ultrasonic wave propagates through a tissue, a harmonic component is generated. However, the filtering method and the phase inversion method described above cannot separate the harmonic component from the tissue (hereinafter referred to as THI component) and the harmonic component from the bubble. Therefore, when performing display based on bubbles by the filter method or the phase inversion method, it is difficult to provide contrast, and it is difficult to distinguish and display blood flow and substantial staining from the stained image. .
[0007]
In addition, bubble collapse generates a broadband echo signal when, for example, an ultrasonic wave is transmitted twice or more to one scanning line. This broadband echo signal is called a pseudo Doppler signal, and can be used for imaging by suppressing the tissue and THI component of the fundamental wave.
[0008]
However, the color Doppler image based on the pseudo Doppler signal becomes a thin blood vessel or an intra-substantial dye image composed of innumerable folding points, and does not become an image displaying a correct blood flow velocity. This is because the pseudo Doppler signal does not indicate the correct blood flow direction unlike the Doppler signal from the normal blood flow. Therefore, the contrast echo method does not use a color Doppler display that is good for expressing the blood flow velocity, and mostly uses a power Doppler display.
[0009]
In order to solve these problems, the present applicant can realize a suitable color Doppler display in Japanese Patent Application No. 2001-304013 using an ultrasonic contrast agent that is stained even if the MI value is 0.1 or less. A system is proposed. In this system, in a state where the MI value is low and the generation of the THI component is suppressed, the harmonic signal from the contrast agent is extracted, and the power signal and velocity signal from the contrast agent are calculated. From the three signals obtained by adding the B-mode information of the fundamental wave to the power signal and velocity signal, only the B-mode information is displayed in gray scale before contrast, and the blood flow in the blood vessel is stained by the contrast agent. It is displayed in red or blue, and in green when the blood flow in the tissue is stained.
[0010]
However, in this method, since a very weak ultrasonic wave having an MI value of 0.1 or less is used, and because a second harmonic signal is used, it is greatly affected by frequency-dependent attenuation. There are cases where the S / N is insufficient and the penetration is poor.
[0011]
By the way, signals obtained by the phase inversion method and the phase inversion Doppler method are in principle higher harmonics. Therefore, a nonlinear signal that can be used under conditions that do not involve bubble collapse using the filter method, the phase inversion method, and the phase inversion Doppler method is practically a second harmonic signal. In consideration of harmonics that can be used in addition to the second harmonic signal, the third harmonic can be obtained in principle by the filter method. However, there is a problem that a very wide band probe is required and a problem that it is subject to a large amount of frequency-dependent attenuation, which does not meet the purpose of improving the penetration.
[0012]
However, in general, sensitivity is lowered by a method using the second harmonic. As a solution, for example, a method using a nonlinear signal in the fundamental wave region has been proposed. As a method of using a nonlinear signal in the fundamental wave region, there is a method in which the amplitude is changed, a transmission pulse is transmitted twice, and the received signal is gain-corrected to obtain a difference (see, for example, Patent Document 4). Further, a method for changing both the amplitude and the phase has been proposed (see, for example, Patent Document 5). In addition, a method has been proposed in which a second harmonic is obtained with high sensitivity using a pulse compression technique using a chirp signal (see, for example, Patent Document 6).
[0013]
However, in these solutions, the amplitude information as in the B mode is only visualized. Therefore, in contrast echo method, velocity information such as blood cannot be accurately extracted from a nonlinear signal in the fundamental wave region.
[0014]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 5,678,553
[0015]
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,632,277
[0016]
[Patent Document 3]
US Pat. No. 6,095,980
[0017]
[Patent Document 4]
US Pat. No. 5,577,505
[0018]
[Patent Document 5]
US Pat. No. 6,063,033
[0019]
[Patent Document 6]
US Pat. No. 6,213,947
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an ultrasonic diagnostic apparatus that can display a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow in contrast echo method and that has good penetration. It is aimed.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
[0022]
According to a first aspect of the present invention, in an ultrasonic diagnostic apparatus that scans a predetermined portion of a subject to which a contrast medium is administered with an ultrasonic probe using an ultrasonic probe to acquire an ultrasonic image, each scanning line In contrast, the first ultrasonic pulse and at least one type of modulated ultrasonic wave obtained by amplitude-modulating the first ultrasonic pulse at a predetermined ratio, and the first ultrasonic pulse are repeatedly transmitted. Receiving means for receiving an echo signal based on a sound wave pulse and the at least one type of modulated ultrasound; and corresponding to a fundamental wave of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasound of the echo signal. Extraction means for extracting a non-linear reflection component from the frequency band; calculation means for obtaining a speed signal value relating to the moving object present in the subject based on the non-linear reflection component; and based on the speed signal value An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising an image generating device which generates an ultrasonic image.
[0023]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus that scans a predetermined portion of a subject to which a contrast medium has been administered with an ultrasonic probe using an ultrasonic probe to acquire an ultrasonic image. In contrast, the first ultrasonic pulse and at least one type of modulated ultrasonic wave obtained by phase modulation and amplitude modulation of the first ultrasonic pulse at a predetermined ratio, the transmission means, Receiving means for receiving an echo signal based on the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave; and the basic of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave among the echo signals. Extraction means for extracting a nonlinear reflection component from a frequency band corresponding to a wave; calculation means for obtaining a velocity signal value relating to a moving object existing in the subject based on the nonlinear reflection component; and the velocity signal value Based on the an ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising an image generating device which generates an ultrasonic image.
[0024]
According to such a configuration, in the contrast echo method, a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow can be displayed, and an ultrasonic diagnostic apparatus with good penetration can be realized.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
[0026]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 10 according to this embodiment. First, the block configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 10 will be described with reference to FIG.
[0027]
The ultrasonic diagnostic apparatus 10 includes an ultrasonic probe 13, a transmission circuit 15, a reception circuit 17, a B-mode processing system 19, a color Doppler processing system 21, a B-mode processing system coordinate conversion memory 23, and a color Doppler processing system coordinate conversion memory 25. An image composition circuit 27, a control circuit 31, a display monitor 33, and an operation unit 35.
[0028]
The ultrasonic probe 13 has a piezoelectric vibrator as an acoustic / electric reversible conversion element such as a piezoelectric ceramic. A plurality of piezoelectric vibrators arranged in parallel and provided at the tip of the probe 13 generate ultrasonic waves based on the voltage pulse applied from the transmission circuit 15.
[0029]
The transmission circuit 15 includes a pulse generator, a transmission delay circuit, and a pulser, and is connected to the probe 13. The pulse generator of the transmission circuit 15, for example, converts a rate pulse at a rate frequency fr Hz (period: 1 / fr sec) of 5 kHz, as described later, amplitude modulation (AM), or AM and phase modulation (PM: Repeatedly with Phase Modulation. This rate pulse is distributed to the number of channels and sent to the transmission delay circuit. The transmission delay circuit provides each rate pulse with a delay time necessary for focusing the ultrasonic wave into a beam and determining transmission directivity. The transmission delay circuit is supplied with a trigger from a trigger signal generator (not shown) as a timing signal. The pulser applies a voltage pulse to the probe 13 for each channel at the timing of receiving the rate pulse from the transmission delay circuit. Thereby, AM, AM and PM ultrasonic beams are transmitted to the subject.
[0030]
The reception circuit 17 includes a preamplifier, an A / D converter, a reception delay circuit, and an adder. The preamplifier amplifies the echo signal captured by the receiving circuit 17 via the probe 13 for each channel. The amplified echo signal is given a delay time necessary for determining the reception directivity by the reception delay circuit, and is added by the adder. By this addition, an echo signal (RF signal) in which the reflection component from the direction corresponding to the reception directivity of the echo signal is emphasized is generated. The overall directivity of ultrasonic transmission / reception (ie, “scan line”) is determined by the reception directivity and the transmission directivity.
[0031]
The B mode processing system 19 includes an echo filter 19a, a detection circuit 19b, and a LOG compression circuit 19c. The echo filter 19a is a bandpass filter (bandpass filter), performs phase detection, and extracts a signal in a desired frequency band. The detection circuit 19b detects the envelope of the echo signal output from the echo filter 19a, and obtains a B-mode signal for each scanning line constituting a B-mode image that visualizes the fundamental wave component with the contents described later. The LOG compression circuit 19c performs compression processing by logarithmic conversion on the B-mode detection data.
[0032]
The color Doppler processing system 21 includes a CTB (Corner Turning Buffer :) 21a, a wall filter 21b, and a speed / dispersion / power estimation circuit 21c. The CTB 21a is a device that temporarily stores an input data string based on color Doppler. The data string stored in the CTB 21a is output to the wall filter 21b in a predetermined order. In the present embodiment, the wall filter 21b uses the fundamental wave component for the purpose of separating the harmonic component, and has the characteristics of a low-pass filter. Details will be described later. The velocity / dispersion / power estimation circuit 21c is a circuit that calculates an average frequency by calculating a correlation between signals based on a plurality of echo signals having different phases. The velocity / dispersion / power estimation circuit 21c calculates blood flow velocity / dispersion / power estimation in color Doppler. Based on the extracted harmonic component, the speed / dispersion / power estimation circuit 21c estimates the power signal for each scanning line constituting the power image and the speed signal for each scanning line constituting the speed image with the content described later. To do.
[0033]
The B-mode processing system coordinate conversion memory 23 and the color Doppler processing system coordinate conversion memory 25 orthogonalize the scanning line signal sequence of the ultrasonic scan input from the B-mode processing system 19 or the color Doppler processing system 21 based on spatial information. Convert to coordinate system data.
[0034]
The image composition circuit 27 employs any one of the B-mode signal value B, the power signal value P, and the speed signal value V input from the coordinate conversion memories 23 and 25 as the pixel value of the display image. And a predetermined color and luminance are assigned in accordance with the determined signal value. The configuration of the image composition circuit 27 will be described in detail later.
[0035]
The control circuit 31 controls the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus as a control center of the entire system.
[0036]
The display monitor 33 is a monitor made of a CRT or the like, and displays a tomographic image representing a subject tissue shape based on an input video signal. The display monitor 33 displays a composite image generated by the image composition circuit 27 and composed of a B mode signal, a power signal, and a speed signal.
[0037]
The operation unit 35 is connected to the device 10 and is an input device (mouse, trackball, mode, etc.) for setting a region of interest (ROI) for incorporating various instructions, commands, and information from the operator into the device body 22. Changeover switch, keyboard, etc.) are provided.
[0038]
(Image composition circuit)
Next, the configuration of the image composition circuit 27 will be described in detail.
[0039]
FIG. 2 shows a block configuration diagram of the image composition circuit 27. As shown in FIG. 2, the image composition circuit 27 includes a TFD memory (Tissue / Flow Decision memory) 271, a multiplexer 272, and a color map memory 273.
[0040]
The TFD memory 271 receives the B-mode signal value B, the power signal value P, and the speed signal value V of each pixel, and uses either B or P as the pixel value of the display image based on a predetermined function table. To decide. The determined use signal value information for each pixel is output from the TFD memory 271 to the multiplexer 272 as use signal value information.
[0041]
The multiplexer 272 selectively selects one of the B mode signal value B, the power signal value P, and the speed signal value V for each pixel based on the use signal value information for each pixel determined by the TFD memory 271. This switch outputs to the device.
[0042]
The color map memory 273 is a memory that stores a color map assigned to each signal value. The color map memory 273 generates a composite image composed of a B-mode signal, a power signal, and a speed signal by assigning a predetermined color and luminance according to the signal value for each pixel input from the multiplexer 272, and displays the display monitor. To output.
[0043]
(Ultrasonic image collection / composition / display processing)
Next, a series of processes over ultrasonic image collection, synthesis, and display realized by the ultrasonic diagnostic apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 3 to 5. Through this series of processing, a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow can be displayed using a contrast medium, and blood flow, substantial staining, and unstained tissue can be clearly distinguished. Can display ultrasound images
<Ultrasonic image collection: Steps S1 to S5>
In ultrasonic scanning for ultrasonic image acquisition, low sound pressure ultrasonic waves with an MI (Mechanical Index) of about 0.1 are transmitted, and nonlinear signals contained in the reflected waves (reflected echoes) are compared. A contrast agent that can be obtained with a sufficiently large intensity, in other words, a contrast agent that can receive a nonlinear signal sufficient for diagnosing a subject is used. Specifically, Bracco's contrast agent SonoVue or the like can be used.
[0044]
The present inventor has found that when such a contrast agent is used at a low sound pressure with an MI of about 0.1, for example, there are the following advantages. First, since bubble collapse is small, it is possible to reduce the generation of pseudo Doppler signals that do not correctly indicate the direction of blood flow when compared with the case of transmission with a high MI value. This is because bubble collapse when transmitting ultrasonic waves twice or more to one scanning line causes a pseudo Doppler signal. Secondly, if the MI is a low sound pressure of about 0.1, the harmonic component (THI component) from the tissue can be suppressed very slightly. This is because the THI component is generated by non-linearity based on the distortion of the ultrasonic waveform in propagation. However, if the sound pressure is low, the distortion of the ultrasonic waveform in propagation is small. Third, the transmission amplitude or amplitude and phase are changed multiple times, the gain is corrected during reception, the fundamental component is suppressed, and the nonlinear signal in the fundamental region is extracted. The signal can be extracted almost from the bubble. This is because the THI component occurs most frequently in the second harmonic region and does not occur much in the fundamental wave region.
[0045]
In view of the above-described advantages, in the present embodiment, transmission is performed a plurality of times by changing the transmission amplitude, and the direction in which the contrast agent moves on the bloodstream is correctly reflected from the nonlinear signal in the fundamental wave region of the reflected wave. The Doppler signal from the bubble is acquired, thereby obtaining a correct blood flow image. The nonlinear signal in the fundamental wave region refers to a nonlinear signal of a reception reflected echo existing in the ultrasonic transmission frequency band. Specifically, a part of the second harmonic and a third-order distortion component are included.
[0046]
FIG. 3 is a flowchart for explaining a series of processing over ultrasonic image collection / synthesis / display realized by the ultrasonic diagnostic apparatus 10. FIG. 4 is a diagram for explaining the Doppler method based on amplitude modulation.
[0047]
In FIG. 3, first, an ultrasound contrast agent is injected into the subject (step S1). As described above, even when this contrast medium transmits ultrasonic waves with low MI and low sound pressure, the non-linear signal contained in the reflected wave (reflected echo) is obtained with a relatively large intensity.
[0048]
Subsequently, the subject is irradiated with a plurality of amplitude-modulated ultrasonic waves according to a predetermined pulse sequence (step S2). That is, as shown in the upper part of FIG. 4, the transmission circuit 15 has a predetermined time interval (that is, PRF: Pulse Repetition frequency) with respect to one scanning line, and the ratio is 0.5 at the first time. The voltage (for example, a voltage for MI = 0.05) is driven with a voltage having a ratio of 1 (for example, a voltage for MI = 0.1) for the second time, and this is repeated until the fifth time after the third time. The transmission pulse sequence in the example of FIG. 4 is expressed as “the ratio is [0.5, 1, 0.5, 1, 0.5]. The series of pulses differ only in the driving voltage, and other conditions. Note that the transmission frequency is set to the most sensitive frequency within the probe band considering the frequency-dependent attenuation in the living body.
[0049]
In the transmission, the amplitude of the transmission ultrasonic wave was modulated by voltage control. On the other hand, the configuration may be such that the voltage applied in each ultrasonic transmission is constant and the amplitude of the ultrasonic wave to be transmitted is controlled by controlling the number of channels used by the ultrasonic probe 13. For example, when transmitting [0.5, 1, 0.5, 1, 0.5] with an ultrasonic probe in which vibration elements are arranged one-dimensionally, the number of channels used for transmission of 0.5 Is half the number of channels used in one transmission. In addition, as shown in FIG. 16, the first transmission uses one jumping vibration element (channel), the second transmission uses all vibration elements, and the third transmission is used for the first transmission. The configuration may be such that the vibration element that has not been used is used, all vibration elements are used for the fourth transmission, and this is repeated thereafter. In voltage control, linearity may not be maintained between the applied voltage and the transmitted ultrasonic wave as its output due to the non-linearity of the electronic circuit. Control by sex can be realized.
[0050]
Subsequently, the echo signal from the subject is received from the probe 13, and the receiving circuit 17 performs a phasing addition process to generate an RF signal, and converts the RF signal into a baseband I signal and a Q signal (step) S3). The conversion to the I signal and the Q signal is performed with the desired frequency of the RF signal as the center frequency.
[0051]
In order to obtain a second harmonic signal, the frequency at the reception is set to about twice the transmission frequency. However, in this embodiment, since the nonlinear signal in the fundamental wave region is visualized, the frequency is set to be approximately the same as the transmission frequency. Of course, it is recommended to make this frequency variable according to the depth, and to lower the frequency as the depth increases. The I signal and Q signal are output to the B mode processing system 19 and the color Doppler processing system 21, respectively.
[0052]
Next, in the color Doppler processing system 21, a power signal value and a velocity signal value are generated (a power image and a velocity image are generated) (step S4). That is, first, the I signal and the Q signal are temporarily stored in the CTB 21a, extracted as a beam in the same direction, and output to the wall filter 21b. In the wall filter 21b, as shown in the middle part of FIG. 4, the reception filter [1, -1, 1] is replaced with the reception data string a.0, A1, A2And a2, A3, A4Call against. The reception filters in this case can be expressed as [1, -1,1,0,0] and [0,0,1-1,1].
[0053]
Various methods other than those described above are conceivable for the transmission pulse sequence and the reception filter. For example, as a simpler method, there are modifications such as transmission [0.5, 1, 0.5], reception [2, -1, 0], and [0, -1, 2]. In the example according to the present embodiment, five pulse sequences are necessary, whereas in the method according to this modification, only three pulse sequences are required. Therefore, the frame rate can be increased. However, compared to the example according to the present embodiment, it becomes more susceptible to the movement of the linear signal from the tissue, and motion artifacts increase. Which one of the two is selected can be determined based on, for example, the balance between the frame rate and the motion artifact.
[0054]
Next, the speed / dispersion / power estimation circuit 21c calculates the power signal value for each scanning line constituting the power image and the speed signal value for each scanning line constituting the speed image based on the extracted harmonic components. (See the lower part of FIG. 4).
[0055]
P = {| b02+ | B12} / 2 (1)
V = tan-1c (2)
However,
b0= A0-A1+ A2
b1= A2-AThree+ AFour
c = b0 *b1          (B0 *Is b0Complex conjugate)
Further, the B-mode processing system 19 obtains a B-mode signal value for each scanning line constituting a B-mode image that visualizes the fundamental wave component (step S5). Since one reception signal is sufficient to obtain the B-mode signal, for example, as shown in FIG.0The B-mode signal value B at the predetermined depth is obtained as follows using the above signal.
[0056]
B = | a0| (3)
The B-mode signal value B, the power signal value P, and the speed signal value V thus obtained are preferably logarithmically compressed and output to a subsequent device. Logarithmic compression processing for speed signals is not common. However, this logarithmic compression is due to the high folding speed, or the low flow rate is important to distinguish between slow blood flow bubbles and tissue. Specifically, for each of the signal values B and P calculated by the equations (1) to (3), a value obtained by performing logarithmic compression and making it 8 bits long is used. Further, when the speed signal value V obtained by Expression (2) is a signed N-bit length and the speed signal after logarithmic compression is a signed M bit, logarithmic compression is performed by the following calculation.
[0057]
V ′ = sign (V) * (2M-1/ N-1) * log2(| V |) (4)
Where V = sign (V0) Is V0Is a sign function that outputs 1 or −1 depending on whether it is positive or negative. In the following description, M = 8 and V ′ is a signed 8-bit length.
[0058]
An example of specific numerical values in the processing from step S1 to step S5 is as follows. For example, when the transmission frequency is 2.5 MHz, the reception center frequency is 2.5 MHz, and the PRF is 5 kHz, the return speed at the fundamental wave center frequency is 76.8 cm / s. At this flow rate, it is considered that folding does not occur in the abdominal blood flow. Further, assuming that the folding speed is 76 cm / s, the flow rate when V ′ = 127 is 76 according to Equation (4), so that when V = 1, the flow rate is 0.6 cm / s, which is the minimum detected flow rate.
[0059]
FIG. 6B is a diagram illustrating primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained by transmission and reception (that is, transmission and reception by AM) in the present embodiment. On the other hand, FIG. 6A shows the primary, secondary, and third-order Doppler frequency characteristics obtained as transmission [1, -1, 1] and reception [1, 2, 1] by the conventional PM method. FIG. The first order, second order, and third order here are coefficients of respective orders when modeled by a polynomial, and the first order corresponds to linear, the second order corresponds to the second harmonic, and the third order corresponds to the third harmonic. To be precise, it is not a third-order harmonic but a nonlinear signal generated in the fundamental band from a third-order nonlinear term. However, here, it is described briefly as the third harmonic. As can be seen from FIG. 6A, in the PM method, only the second harmonic is generated from the stationary bubble. On the other hand, as can be seen from FIG. 6B, according to the method according to the present embodiment, the second harmonic and the third harmonic can be acquired from the stationary bubble.
[0060]
In this ultrasonic diagnostic apparatus 10, as shown in FIG. 6B (or FIG. 6C described later), a stationary signal is suppressed with respect to secondary and higher-order responses. No processing is performed. Therefore, while a normal color Doppler image has a low flow rate cut by the HPF characteristics of the wall filter, this system can accurately calculate the low flow rate for secondary and higher-order responses. Is possible.
[0061]
FIG. 7 is a diagram showing echo signal characteristics from the tissue when MI = 0.1 in an actual living body, for each method of one pulse, PM, and AM. FIG. 8 is a diagram showing echo signal characteristics from the contrast agent SonoVue for each technique of one pulse, PM, and AM when MI = 0.1 in an actual living body.
[0062]
As can be seen from FIG. 7, the echo signal from the tissue obtained by PM is the second harmonic (2fn) Has a large frequency component, but the fundamental wave (fn) Frequency component is small. On the other hand, in the echo signal from the tissue obtained by AM, the second harmonic (2fn) And fundamental wave (fn) Frequency components are both small. This indicates the occurrence of THI.
[0063]
Further, as can be seen from FIG. 8, the echo signal from the contrast agent obtained by PM is the fundamental wave (fn) Frequency component is small. On the other hand, in the echo signal from the tissue obtained by AM, the fundamental wave (fn) Has a large frequency component. In this way, the fundamental wave (fnThe frequency component of) is large because of an increase in non-linear signals. This is because the signal from the tissue (considered as a substantially linear signal) is suppressed as shown in FIG.
[0064]
In this embodiment, since a nonlinear signal in the fundamental wave region is used, it seems that there is a possibility that the movement of the tissue becomes a problem. However, in the case of the abdomen, the tissue movement is usually 5 mm / s or less, and therefore the tissue movement is not a problem under the above conditions. In addition, by selecting a pulse sequence that takes a long filter length for transmission and reception, the tissue suppression performance of the wall filter can be improved. Further, as shown in FIG. 6B, the secondary and tertiary terms can be visualized even if the bubble is stationary. The first order term can be completely suppressed if the tissue is stationary as shown in FIG. 6 (b).
[0065]
<Image composition processing: Steps S6 and S7>
Next, the image composition process will be described.
[0066]
First, based on the B-mode signal value B and the power signal value P for each pixel, it is determined whether the B-mode signal value B is used as the pixel value, or whether the power signal value P and the speed signal value V are used. It performs (step S6). This determination is performed qualitatively as follows, for example, according to the function table shown in FIG.
[0067]
That is, in the function table shown in FIG. 5, when P of a predetermined pixel is considerably small (power signal value P <first threshold Th1), the B-mode signal value B is used as the pixel value of the pixel. . The reason why the B-mode signal value B is preferentially displayed in this way is that when the power signal value P <Th1, the power signal value P is often noise. On the other hand, when the power signal value P ≧ the first threshold value Th1, the power signal value P reflects blood flow information, so the power signal value P and the velocity signal value V corresponding thereto are displayed with priority. To do.
[0068]
Note that the threshold value set in the function table does not necessarily have to be a fixed value as long as it can be selected by comparing the values of the B-mode signal value B and the power signal value P. For example, the function table shown in FIG. 5 is defined by three linear functions.
[0069]
The use signal value information for each pixel thus determined is output to the multiplexer 272 (see FIG. 2). The multiplexer 272 selectively outputs the signal value B or the signal value P and the signal value V for each pixel to the color map memory 273 according to the input information.
[0070]
Next, the color map memory 273 performs coloring for each pixel (step S7). The coloring for each pixel is executed as follows, for example. That is, for pixels using the signal value B, gray scale coloring is performed with a value of Red = Green = Blue = B (0 to 255). On the other hand, as shown in FIG. 9, the pixels using the signal value P and the signal value V are divided into four regions according to the values of P and V, and are changed according to the signal values V and P of the pixel. Color. Hereinafter, an example of coloring is shown assuming that P = 0 to 255 and V = −128 to 127.
[0071]
Region A
(P> 320-2 * | V | and V ≧ 0) Red coloring
Red = min (1.12 * P, 255)
Green = Blue = 0.98 * P
Region B
(P> 320-2 * | V | and V <0) Blue coloring
Blue = min (1.12 * P, 255)
Red = Blue = 0.98 * P
Region C
(When P <320-2 * | V | and V ≧ 0) Red to green coloring
R1 = min (1.12 * P, 255)
G1 = B1 = 0.98 * P
R2 = B2 = 0.9 * P
G2 = min (P * 1.25, 255)
a = | V | / (160−P / 2)
Red = a * R1 + (1-a) * R2
Green = a * G1 + (1-a) * G2
Blue = a * B1 + (1-a) * B2
Region D
(When P <320-2 * | V | and V <0) Coloring from blue to green
B1 = min (1.12 * P, 255)
R1 = G1 = 0.98 * P
R2 = B2 = 0.9 * P
G2 = min (P * 1.25, 255)
a = | V | / (160−P / 2)
Red = a * R1 + (1-a) * R2
Green = a * G1 + (1-a) * G2
Blue = a * B1 + (1-a) * B2
By performing such coloring, each biological information of the subject is assigned the following color and brightness, and is displayed in the form shown in FIG. That is, (1) Bubbles flowing through blood with a high flow velocity such as an artery are colored red or blue depending on the direction. (2) Bubbles flowing through a slow blood flow in the venous system are colored green. (3) Bubbles in the tissue have a dark green color because of their slow flow rate and low power. (4) The tissue that is not shaded is colored in gray scale (gray).
[0072]
These four colorings (ie, red, blue, green, and gray) change continuously, so the boundaries are smooth, and ultimately the observer can determine the time phase and continuity of the blood vessels. Can be determined in consideration.
[0073]
In addition, when the fundamental wave clutter remains undisturbed, the speed becomes high near the Nyquist flow velocity. The power is small because it is considerably suppressed by the LPF. Thus, in the case of a small power value in the vicinity of the Nyquist flow velocity, by displaying with a gradation close to a gray scale, it is possible to observe as a tissue image display in the B mode while displaying power.
[0074]
(Image display processing: Step S8)
Next, a composite image obtained by combining the B, P, and V signals in the image composition circuit 27 is displayed on the display monitor 33 (step S8). Thus, the observer can observe the composite image.
[0075]
The series of processing from step S1 to step S8 described above is sequentially repeated in real time at the time of diagnosis. Accordingly, the observer can observe the ultrasonic image in real time on the display monitor 33 in the following form, for example.
[0076]
FIGS. 11A to 11E are diagrams for explaining a composite image (an example of the liver) that can be observed by the observer on the display monitor 33. FIG. First, as shown in FIG. 11A, since there is no contrast effect before contrast medium administration, the signal value P is very small. Therefore, the signal value B is used as the pixel value of each pixel, and only the B mode image is displayed. Is displayed.
[0077]
FIG. 11B shows an ultrasonic image in which, for example, 5 to 10 seconds have elapsed from the administration of the contrast agent, and a large blood vessel is mainly shaded with red or blue coloring. (In the figure, the upward and downward slanting areas represent the blood flow that is dyed. According to the above color assignment, the upward and oblique sloping areas in the figure are colored red and the downward sloping area in blue. (The same applies hereinafter.)
FIG. 11 (c) shows an ultrasonic image in which, for example, 10 to 30 seconds have elapsed from the administration of the contrast medium, the contrast medium flows into the capillaries, and the entire tissue (substantially) is shaded (in the figure). (The dot area represents the shaded area. According to the above color assignment, the area is colored green. The same applies hereinafter.) Note that a portion where no contrast medium flows, such as the diaphragm, is displayed as a B-mode image.
[0078]
FIG. 11D shows an ultrasound image in which, for example, about 30 to 300 seconds elapse from the administration of the contrast agent, and the blood flow shadow gradually disappears.
[0079]
FIG. 11 (e) shows an ultrasonic image in which, for example, 5 minutes or more have elapsed since the administration of the contrast agent, and the substance in which the contrast agent such as the spleen and the liver is likely to remain is stained.
[0080]
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
[0081]
According to the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment, the flow velocity value can be correctly estimated using a nonlinear signal. That is, in this ultrasonic diagnostic apparatus, a contrast agent that is stained even at a low MI, such as Bracco's ultrasonic contrast agent SonoVue, is used, and two types of super values with MI values of 0.05 and 0.1 are used. A sound wave pulse is irradiated and the reflected wave is received. At this time, the amplitude is changed as described above (or both the amplitude and the phase are changed as described in the second embodiment), and the nonlinear signal included in the obtained fundamental wave is extracted and used. Speed estimation. In the inventor's experiment, the nonlinear signal extracted according to the present embodiment provides a value that is quite close to the estimated value of the velocity from the linear signal obtained when the MI value is 1.0 in the absence of contrast agent. . As a result, a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow can be displayed in the contrast echo method.
[0082]
In addition, for example, when using the ultrasonic contrast agent Levovist of Schering, the image is not dyed unless the pulse is collapsed at a high MI. For this reason, the flow velocity value cannot be obtained correctly by the same method or different methods.
[0083]
Moreover, according to this embodiment, an ultrasonic diagnostic apparatus with good penetration can be provided. That is, in this ultrasonic diagnostic apparatus, the amplitude of the transmission ultrasonic wave (in the second embodiment, the amplitude and phase) is changed to acquire a nonlinear signal in the fundamental wave region, and a Doppler signal is obtained therefrom. Therefore, the frequency-dependent attenuation is reduced by the lower frequency, and the penetration can be improved. Moreover, THI generation in the fundamental wave region is smaller than THI generation in the second harmonic region. Therefore, if the same level of THI is included, the MI value can be increased and the penetration can be improved when the fundamental wave region is used rather than when the second harmonic is used. On the other hand, in the conventional method of extracting the Doppler signal from the second harmonic signal such as the phase, inversion, and Doppler method, the deep penetration is inevitably insufficient.
[0084]
According to the inventor's experiment, when a nonlinear signal in the fundamental wave region is used as in the present embodiment, the penetration is improved by, for example, about 4 cm in an abdominal application as compared with the case where a conventional second harmonic is used. be able to.
[0085]
Further, according to the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment, in the contrast echo method, a change in bubble over time can be visualized as a composite image of a B-mode signal, a power signal, and a speed signal. Accordingly, it is possible to display an ultrasonic image that can clearly distinguish blood flow, substantial staining, and unstained tissue.
[0086]
In the ultrasonic diagnostic apparatus 10, in the contrast echo method, an ultrasonic image is selectively generated based on a power signal and a blood flow signal in a region where blood flow information is effective. Therefore, a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow can be displayed. In addition, since the color is assigned to the substance (tissue) according to the intensity of the signal value, it is possible to display an ultrasonic image that can clearly distinguish blood flow, substantial staining, and non-stained tissue.
[0087]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a pulse sequence amplitude-modulated by transmission is used. On the other hand, in the second embodiment, a pulse sequence that combines amplitude modulation and phase modulation is used.
[0088]
For example, in the present embodiment, ultrasonic waves are transmitted to the subject as [0.5, -1, 0.5] in steps S2 to S5 shown in FIG. 3, and the reflected wave is transmitted as [1, 1, 1]. A B-mode image, a power image, and a velocity image are generated.
[0089]
That is, as shown in the upper part of FIG. 12, the transmission circuit 15 is a voltage having a ratio of 0.5 at a predetermined time interval (that is, PRF: Pulse Repetition frequency) with respect to one scanning line. (For example, the voltage at which MI = 0.05) The second time, the polarity is reversed and the ratio is driven with a voltage of 1 (for example, the voltage at which MI = 0.1), and the third and subsequent times are repeated up to the fifth time ( Step S2). As in the first embodiment, the series of pulses differ only in drive voltage, and other conditions are the same. In addition, the transmission frequency is set to the most sensitive frequency within the probe band considering the frequency dependent attenuation in the living body.
[0090]
Subsequently, the echo signal from the subject is received from the probe 13, and the receiving circuit 17 performs a phasing addition process to generate an RF signal, and converts the RF signal into a baseband I signal and a Q signal (step) S3).
[0091]
Next, in the color Doppler processing system 21, a power signal value and a velocity signal value are generated (a power image and a velocity image are generated) (step S4). That is, first, the I signal and the Q signal are temporarily stored in the CTB 21a, extracted as a beam in the same direction, and output to the wall filter 21b. In the wall filter 21b, as shown in the middle part of FIG. 12, a reception filter [1, 1, 1] is replaced with a reception data string a.0, A1, A2And a2, A3, A4Call against. The reception filter in this case can be expressed as [1, 1, 1, 0, 0] and [0, 0, 1, 1, 1].
[0092]
Next, the speed / dispersion / power estimation circuit 21c estimates the power signal value for each scanning line constituting the power image and the speed signal value for each scanning line constituting the speed image based on the extracted harmonic component. (See the lower part of FIG. 12). Note that the calculation method and display method for each value of B, P, and V are the same as those in the first embodiment.
[0093]
FIG. 6C is obtained by transmission and reception in this embodiment (that is, transmission and reception by AM + PM with transmission [0.5, -1, 0.5] and reception [1, 1, 1]). It is the figure which showed the primary, secondary, and third-order Doppler frequency characteristics. Comparing FIG. 6C and FIG. 6B, at the point where the Doppler frequency is 0 (that is, the center frequency), the method according to the present embodiment has a higher secondary component than a tertiary component. For this reason, the reception center frequency is set to be substantially the same as the transmission frequency in the first embodiment, whereas in the present embodiment, it is preferably set higher than the transmission frequency. However, since the object of the present invention is to improve the penetration, a frequency that maximizes the penetration (for example, 1.5 times the transmission frequency) may be selected.
[0094]
Various methods other than those described above are conceivable for the transmission pulse sequence and the reception filter. As a method for changing the amplitude and phase other than the above, for example, a pulse sequence of transmission [0.5, -1, -1, 0.5], reception [2, 1, 0] and [0, 2, 1] ] Has the advantage of improving the frame rate because a signal can be obtained by four transmissions and receptions. However, there is a drawback that motion artifacts increase.
[0095]
According to the present embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[0096]
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, as shown in FIGS. 6B and 6C, a non-linear signal in the fundamental wave region is a signal in which second-order and third-order terms are mixed. As in each embodiment, when the MI value is about 0.1, the non-linear signal from the tissue is small, so the THI included in the secondary is not a problem. However, when the MI value is increased to improve the sensitivity, the influence of THI becomes a problem.
[0097]
Therefore, in the third embodiment, a method of using only the third-order term by suppressing the first-order and second-order terms will be described.
[0098]
For example, in this embodiment, ultrasonic waves are transmitted to the subject as [0.5, -1, 1, -0.5] in steps S2 to S5 shown in FIG. , 2] to receive the reflected wave and generate a B-mode image, a power image, and a velocity image. Processing other than ultrasonic transmission / reception by phase modulation and amplitude modulation is the same as in the first and second embodiments.
[0099]
FIG. 13 shows transmission and reception in this embodiment (that is, transmission and reception by AM + PM with transmission [0.5, -1,1, −0.5] and reception [−2, −1,1,2]). FIG. 6 is a diagram illustrating primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained by the above-described method. As shown in FIG. 13, at the Doppler center frequency, it can be seen that the first order (fundamental wave) and second order terms are suppressed and only the third order terms exist. Since the third-order term exists in the primary band, this signal in the fundamental band can be used.
[0100]
In this way, transmission / reception by AM + PM is performed with transmission [0.5, -1, 1, -0.5] and reception [-2, -1, 1, 2], and then the first or second By performing the same processing as in the embodiment, it is possible to visualize power and speed according to the third-order term of the fundamental band. In the method according to the present embodiment, the second-order term can be suppressed, so that the occurrence of THI can be reduced even when the MI value is increased.
[0101]
(Fourth embodiment)
In the first to third embodiments, a normal pulse has been used as the ultrasonic pulse. In the fourth embodiment, a method using a pulse compression technique will be further described. According to this method, the sensitivity can be further improved.
[0102]
FIG. 14 shows an example of a chirp waveform. A signal having this waveform can be obtained by applying Gaussian apodization to a signal whose frequency changes with time. Further, this signal can be converted (pulse-compressed) into a short pulse as shown in FIG. 15 by filtering using a matched filter, an inverse filter, a Wiener filter, or the like, or a method for correcting the phase. This filtering may be performed with an RF signal or an IQ signal in the receiving circuit 17 of FIG.
[0103]
In the present embodiment, in steps S2 to S5 shown in FIG. 3, the chirp waveform is used to transmit the amplitude or the amplitude and the phase are changed for each transmission, and the B mode image and the power image based on the received reflected wave. Generate a velocity image.
[0104]
That is, for example, as an example in which only the amplitude is changed, five transmissions [0.5, 1, 0.5, 1, 0.5] are performed as in the first embodiment, and Receive reflected waves.
[0105]
When a nonlinear signal in the fundamental wave region is extracted from the received reflected wave, first, pulse compression is performed using the same filter as that for pulse compression of a normal fundamental wave. The pulse compression shown in FIG. 15 is executed by applying reception filters [1, -1, 1, 0, 0] and [0, 0, 1, -1, 1] to the signal sequence after compression. Is done. After that, imaging is performed by the same method as in the first embodiment.
[0106]
When using the second harmonic, the phase is 2 in comparison with the case where pulse compression is applied to the normal fundamental wave.1/2Pulse compression is performed using a compression filter that changes twice as fast. By applying reception filters [1, -1, 1, 0, 0] and [0, 0, 1, -1, -1] to this signal sequence, the pulse compression shown in FIG. Can be executed.
[0107]
When a frequency approximately 1.5 times that of the fundamental wave is used, pulse compression is performed using a compression filter whose phase changes approximately 1.2 times faster than in the case of pulse compression of an ordinary fundamental wave. . By applying reception filters [1, -1, 1, 0, 0] and [0, 0, 1, -1, -1] to this signal sequence, the pulse compression shown in FIG. Can be executed.
[0108]
In this way, the peak sound pressure can be reduced while using the same energy by using the chirp signal. Therefore, the generation of nonlinear signals from the tissue can be further reduced, and at the same time, the collapse of the bubbles of the ultrasonic contrast agent can be reduced. As a result, the S / N ratio can be improved and an ultrasonic diagnostic apparatus with high sensitivity can be provided.
[0109]
Although the present invention has been described based on the embodiments, those skilled in the art can come up with various changes and modifications within the scope of the idea of the present invention. It is understood that it belongs to the scope of the present invention. For example, as shown in the following (1) to (4), various modifications can be made without changing the gist thereof.
[0110]
(1) In each embodiment, the B mode image for viewing the tissue and the power image and the velocity image for viewing the blood flow are combined and displayed. However, in order to visualize an organization, the use of the B mode is not essential. This is because the tissue can be seen with the harmonic component because the THI component is slightly present, and the tissue can be seen with the fundamental wave component because of the slight asymmetry of the positive and negative of the transmission pulse.
[0111]
Since these amplitudes are small, the image may be displayed darkly. However, when observing substantial dyeing, it is often convenient. It is preferable that the display / non-display of the B mode can be manually operated by a predetermined switch.
[0112]
(2) In each of the above embodiments, in step S6 in FIG. 3, the signal value B is used as the pixel value according to the function table defined by the signal value B and the signal value P shown in FIG. Whether to use was determined for each pixel. On the other hand, the signal value used as the pixel value is determined by the function table defined by the signal value B and the signal value V or the function table defined by the signal value B, the signal value P, and the signal value V. You may go.
[0113]
(3) In the second embodiment, the method of performing amplitude modulation and phase modulation by transmission has been described. Here, a nonlinear signal in the fundamental wave region can be extracted even if only phase modulation is performed.
[0114]
For example, as shown in FIG. 6A, in the transmission by the phase modulation of [1, −1, 1], it is not possible to obtain signals by the second and third order terms near the center of the Doppler frequency. However, for example, if transmission [j, -1, j] and reception [-j, 2, -j] are performed, as shown in FIG. 13, it depends on the second and third order terms near the center of the Doppler frequency. A signal can be obtained, and an image similar to that in each of the above embodiments can be obtained. J is a symbol for changing the phase by 90 °.
[0115]
In addition to those shown in the above embodiments, any video method shown in the above embodiments may be used as long as it is a pulse sequence that changes at least one of the amplitude and phase of a transmission pulse and that can obtain power information and speed information. Is possible.
[0116]
(4) In each of the above-described embodiments, the first ultrasonic pulse and the second ultrasonic wave having the relationship of amplitude modulation (or amplitude modulation and phase modulation) are set to, for example, [0 .5, 1, 0.5, 1, 0.5], and nonlinear components were extracted from the fundamental wave band of the echo signal. However, the ultrasonic waves transmitted by amplitude modulation (or amplitude modulation and phase modulation) are not limited to two types. For example, a configuration using three types of amplitude modulation (or amplitude modulation and phase modulation) ultrasonic waves such as [1, 0.5, 0.25] may be used. That is, it may be a stationary configuration in which two or more types of amplitude modulation (or amplitude modulation and phase modulation) ultrasonic waves are transmitted and nonlinear components are extracted from the fundamental wave band of the echo signal.
[0117]
Further, the transmission order of ultrasonic waves is not particularly limited. For example, after transmitting a first ultrasonic wave to a plurality of scanning lines, a second ultrasonic wave having a relationship of amplitude modulation (or amplitude modulation and phase modulation) with the first ultrasonic wave is transmitted to the plurality of scanning lines. It may be configured to transmit to the scanning line. That is, when two scanning lines are taken as an example, the first ultrasonic wave (scanning line 1), the first ultrasonic wave (scanning line 2), the second ultrasonic wave (scanning line 1), and the second ultrasonic wave For example, the configuration may be such that the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave are alternately transmitted in units of multiple times, such as (scanning line 2).
[0118]
Further, the embodiments may be combined as appropriate as possible, and in that case, the combined effect can be obtained. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention If at least one of the following is obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the contrast echo method, a blood flow image that correctly represents the direction of blood flow can be displayed, and an ultrasonic diagnostic apparatus with good penetration can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus 10 according to the present embodiment.
FIG. 2 shows a block configuration diagram of an image composition circuit 27. FIG.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a series of processing over ultrasonic image collection / composition / display realized by the ultrasonic diagnostic apparatus 10;
FIG. 4 is a diagram for explaining a Doppler method based on amplitude modulation;
FIG. 5 shows an example of a function table used for image composition processing.
FIG. 6A is a diagram showing primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained as transmission and reception by a conventional PM method. FIG. 6B is a diagram illustrating primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained by transmission and reception (that is, transmission and reception by AM) in the present embodiment. FIG. 6C is a diagram showing primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained by transmission / reception (that is, transmission / reception by AM + PM) in the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing echo signal characteristics from a tissue when MI = 0.1 in an actual living body, for each method of one pulse, PM, and AM.
FIG. 8 is a diagram showing echo signal characteristics from the contrast agent SonoVue for each technique of one pulse, PM, and AM when MI = 0.1 in an actual living body.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a color map used for image composition processing.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a color map used for image composition processing.
FIGS. 11A to 11E are diagrams for explaining a composite image (an example of a liver) that an observer can observe on the display monitor 33. FIG.
FIG. 12 is a diagram for explaining a Doppler method using AM + PM (amplitude modulation and phase modulation) according to the second embodiment;
FIG. 13 is a diagram illustrating primary, secondary, and tertiary Doppler frequency characteristics obtained by transmission and reception (transmission / reception by AM + PM) in the second embodiment.
FIG. 14 shows an example of an ultrasonic chirp waveform transmitted in the fifth embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating a waveform after pulse compression is applied to the chirp waveform illustrated in FIG. 14;
FIG. 16 is a diagram showing a modification of the ultrasonic transmission mode;
[Explanation of symbols]
10. Ultrasonic diagnostic equipment
13 ... Ultrasonic probe
15 ... Transmission circuit
17 ... Receiving circuit
19 ... B-mode processing system
19a ... Echo filter
19b ... Detection circuit
19c ... LOG compression circuit
21 ... Color Doppler treatment system
21a ... CTB
21b ... Wall filter
21c: Speed / dispersion / power estimation circuit
23 ... B-mode processing system coordinate conversion memory
25 ... Color Doppler processing system coordinate conversion memory
27. Image composition circuit
31 ... Control circuit
33 ... Display monitor
35. Operation unit
271 ... TFD memory
272: Multiplexer
273 ... Color map memory

Claims (14)

造影剤が投与された被検体の所定部位を、超音波プローブを使用して超音波で走査し、超音波画像を取得する超音波診断装置において、
各走査線に対して、第1の超音波パルスと当該第1の超音波パルスを所定の比率にて振幅変調させた少なくとも一種類の変調超音波とを、繰り返し送信する送信手段と、
前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づくエコー信号を受信する受信手段と、
前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波に対応する周波数帯域から非線形反射成分を抽出する抽出手段と、
前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関する速度信号値を求める計算手段と、
前記速度信号値に基づいて、前記超音波画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
In an ultrasonic diagnostic apparatus that scans a predetermined part of a subject to which a contrast agent is administered with an ultrasonic probe using an ultrasonic probe to acquire an ultrasonic image,
Transmission means for repeatedly transmitting the first ultrasonic pulse and at least one type of modulated ultrasonic wave obtained by amplitude-modulating the first ultrasonic pulse at a predetermined ratio for each scanning line;
Receiving means for receiving an echo signal based on the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave;
An extraction means for extracting a non-linear reflection component from a frequency band corresponding to a fundamental wave of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave of the echo signal;
Calculation means for obtaining a velocity signal value relating to a moving object existing in the subject based on the nonlinear reflection component;
Image generating means for generating the ultrasonic image based on the velocity signal value;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記計算手段は、前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関するパワー信号値を求めることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit obtains a power signal value related to a moving object existing in the subject based on the nonlinear reflection component. 前記エコー信号の振幅強度に対応するBモード信号を生成するBモード信号生成手段と、
前記超音波画像の各画素について、前記Bモード信号値と、前記速度信号値又は前記パワー信号値とを比較して、前記Bモード信号値を使用するか否かを判別する判別手段と、をさらに具備し、
前記画像生成手段は、前記判別手段がBモード信号値を使用すると判別した画素については、当該Bモード信号値に基づく輝度にて第1の色を割り当て、前記判別手段がBモード信号値を使用しないと判別した画素については、流速信号値及びパワー信号値に基づく輝度にて第1の色と異なる第2の色を割り当てることで、前記超音波画像を生成すること、
を特徴とする請求項2記載の超音波診断装置。
B-mode signal generating means for generating a B-mode signal corresponding to the amplitude intensity of the echo signal;
For each pixel of the ultrasonic image, a determination unit that compares the B-mode signal value with the velocity signal value or the power signal value to determine whether to use the B-mode signal value; In addition,
The image generation unit assigns a first color with luminance based on the B mode signal value to the pixel determined by the determination unit to use the B mode signal value, and the determination unit uses the B mode signal value. For the pixel determined not to be generated, the ultrasonic image is generated by assigning a second color different from the first color in luminance based on the flow velocity signal value and the power signal value;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2.
前記抽出手段は、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づく前記エコー信号に対して、前記比率を相殺する重み付けによってフィルタ演算を行うことで前記エコー信号の線形反射成分を抑圧し、前記非線形反射成分を抽出することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。The extraction means performs a filter operation by weighting that cancels the ratio with respect to the echo signal based on the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave, thereby linearly reflecting a component of the echo signal The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the nonlinear reflection component is extracted. 前記送信手段は、超音波送信において使用する前記超音波プローブのチャンネル数を制御することで前記振幅変調を行うことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。5. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the transmission unit performs the amplitude modulation by controlling the number of channels of the ultrasonic probe used in ultrasonic transmission. 6. . 前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波はチャープ波形を有し、
前記抽出手段は、前記エコー信号をパルス圧縮した後に非線形反射成分を抽出すること、
を特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
The first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave have a chirp waveform,
The extraction means extracts a nonlinear reflection component after pulse-compressing the echo signal;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記抽出手段は、前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波周波数の略1.5倍に対応する周波数帯域から前記非線形反射成分を抽出することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。The extraction means extracts the nonlinear reflection component from a frequency band corresponding to approximately 1.5 times the fundamental frequency of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave in the echo signal. The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein: 造影剤が投与された被検体の所定部位を、超音波プローブを使用して超音波で走査し、超音波画像を取得する超音波診断装置において、
各走査線に対して、第1の超音波パルスと、当該第1の超音波パルスを位相変調及び所定の比率にて振幅変調させた少なくとも一種類の変調超音波とを、繰り返し送信する送信手段と、
前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づくエコー信号を受信する受信手段と、
前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波に対応する周波数帯域から非線形反射成分を抽出する抽出手段と、
前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関する速度信号値を求める計算手段と、
前記速度信号値に基づいて、前記超音波画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
In an ultrasonic diagnostic apparatus that scans a predetermined part of a subject to which a contrast agent is administered with an ultrasonic probe using an ultrasonic probe to acquire an ultrasonic image,
Transmission means for repeatedly transmitting a first ultrasonic pulse and at least one type of modulated ultrasonic wave obtained by phase-modulating the first ultrasonic pulse at a predetermined ratio and a predetermined ratio for each scanning line When,
Receiving means for receiving an echo signal based on the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave;
An extraction means for extracting a non-linear reflection component from a frequency band corresponding to a fundamental wave of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave of the echo signal;
Calculation means for obtaining a velocity signal value relating to a moving object existing in the subject based on the nonlinear reflection component;
Image generating means for generating the ultrasonic image based on the velocity signal value;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記計算手段は、前記非線形反射成分に基づいて、前記被検体内に存在する移動体に関するパワー信号値を求めることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit obtains a power signal value related to a moving object existing in the subject based on the nonlinear reflection component. 前記エコー信号の振幅強度に対応するBモード信号を生成するBモード信号生成手段と、
前記超音波画像の各画素について、前記Bモード信号値と、前記速度信号値又は前記パワー信号値とを比較して、前記Bモード信号値を使用するか否かを判別する判別手段と、をさらに具備し、
前記画像生成手段は、前記判別手段がBモード信号値を使用すると判別した画素については、当該Bモード信号値に基づく輝度にて第1の色を割り当て、前記判別手段がBモード信号値を使用しないと判別した画素については、流速信号値及びパワー信号値に基づく輝度にて第1の色と異なる第2の色を割り当てることで、前記超音波画像を生成すること、
を特徴とする請求項9記載の超音波診断装置。
B-mode signal generating means for generating a B-mode signal corresponding to the amplitude intensity of the echo signal;
For each pixel of the ultrasonic image, a determination unit that compares the B-mode signal value with the velocity signal value or the power signal value to determine whether to use the B-mode signal value; In addition,
The image generation unit assigns a first color with luminance based on the B mode signal value to the pixel determined by the determination unit to use the B mode signal value, and the determination unit uses the B mode signal value. For the pixel determined not to be generated, the ultrasonic image is generated by assigning a second color different from the first color in luminance based on the flow velocity signal value and the power signal value;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9.
前記抽出手段は、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波に基づく前記エコー信号に対して、前記比率を相殺する重み付けによってフィルタ演算を行うことで前記エコー信号の線形反射成分を抑圧し、前記非線形反射成分を抽出することを特徴とする請求項8乃至10のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。The extraction means performs a filter operation by weighting that cancels the ratio with respect to the echo signal based on the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave, thereby linearly reflecting a component of the echo signal The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8, wherein the nonlinear reflection component is extracted. 前記送信手段は、超音波送信において使用する前記超音波プローブのチャンネル数を制御することで前記振幅変調を行うことを特徴とする請求項8乃至11のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8, wherein the transmission unit performs the amplitude modulation by controlling the number of channels of the ultrasonic probe used in ultrasonic transmission. . 前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波はチャープ波形を有し、
前記抽出手段は、前記エコー信号をパルス圧縮した後に非線形反射成分を抽出すること、
を特徴とする請求項8乃至12のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
The first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave have a chirp waveform,
The extraction means extracts a nonlinear reflection component after pulse-compressing the echo signal;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 8, wherein:
前記抽出手段は、前記エコー信号のうち、前記第1の超音波パルス及び前記少なくとも一種類の変調超音波の基本波周波数の略1.5倍に対応する周波数帯域から前記非線形反射成分を抽出することを特徴とする請求項8乃至13のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。The extraction means extracts the nonlinear reflection component from a frequency band corresponding to approximately 1.5 times the fundamental frequency of the first ultrasonic pulse and the at least one type of modulated ultrasonic wave in the echo signal. The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein the apparatus is an ultrasonic diagnostic apparatus.
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