EP0789536A2 - Ultraschallverfahren und schaltungen zur durchführung dieser verfahren - Google Patents

Ultraschallverfahren und schaltungen zur durchführung dieser verfahren

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Publication number
EP0789536A2
EP0789536A2 EP95936497A EP95936497A EP0789536A2 EP 0789536 A2 EP0789536 A2 EP 0789536A2 EP 95936497 A EP95936497 A EP 95936497A EP 95936497 A EP95936497 A EP 95936497A EP 0789536 A2 EP0789536 A2 EP 0789536A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasound
ultrasonic
microbubbles
examination area
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP95936497A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volkmar Dr. Uhlendorf
Christian Dr. Hoffmann
Thomas Dr. Fritzsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer Pharma AG
Original Assignee
Schering AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schering AG filed Critical Schering AG
Publication of EP0789536A2 publication Critical patent/EP0789536A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/48—Diagnostic techniques
    • A61B8/481—Diagnostic techniques involving the use of contrast agent, e.g. microbubbles introduced into the bloodstream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
    • G01S7/52038—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation involving non-linear properties of the propagation medium or of the reflective target

Definitions

  • the invention relates to ultrasound methods for imaging and optionally for evaluating a Doppler spectrum of objects with limited resistance to sound intensity, and to circuits for carrying out these methods.
  • ultrasound waves are radiated into an examination area for the selective imaging and / or evaluation of the Doppler spectrum.
  • Combined transmitter / receiver transducers are typically used in methods and devices for material testing and biological tissue testing. With the help of the crystals of the oscillators and the device electronics, a sound frequency (f 0 ) is determined, which is the same for sending and for receiving.
  • the reflected and / or backscattered signal is received in the same frequency range.
  • Such devices and methods are also used in the examination of biological tissues using ultrasound contrast agents.
  • EP-A2-0 147 955 describes an ultrasound method in which the object to be examined is exposed to a measurement pulse of high frequency and a pump pulse of low frequency but with a high sound pressure.
  • the pressure dependence on the speed of sound is used.
  • the pressure in the object to be examined is changed by the pump pulse.
  • the measuring pulse which is superimposed on the pump pulse, undergoes a phase change, which is ultimately used for the evaluation.
  • the important factor in this known method is therefore the phase relationship.
  • a method is known from EP-A3-0 072 330 in which the pressure in the object to be examined is measured.
  • bubbles are generated in the examined object only by exposing it to ultrasonic waves.
  • An ultrasound source of low frequency in the range from below about 100 MHz to typically about 20 MHz down generates vapor bubbles in gas-free liquids in the object to be examined in the low-pressure phase or, if dissolved gases are present, gas bubbles.
  • the ultrasound power is increased until cavitation bubbles form in the body to be examined.
  • Such bubbles can be very large (easily recognizable by the naked eye ⁇ bar) to remain in the sound field capture and create an embolism risk. If they are produced in the tissue, there are accompanying reactions such as those with pressure reduction complaints go along with expected. Because of the inevitable low frequency ultrasound scattering waves, there is a risk, particularly for lung damage.
  • EP-A2-0 068 399 describes a method for determining the ultrasound damping or absorption coefficient in the tissue. For this purpose, the change in the mean frequency of the backscattered spectrum over time or the spatial change therein is determined in the direction of progression. Because of the approximately frequency-proportional attenuation, the middle frequency shifts slowly towards lower frequencies as the distance of the ultrasonic energy pulse increases. The shift from f ⁇ to f c and f R is relatively small.
  • the blood pressure and the flow rate are measured.
  • individual bubbles of a controlled size are injected within a range of 10 to 100 ⁇ m in diameter and their resonance frequency is determined before and after the injection. This is done either with a damped transducer and a frequency sweep, or with shock excitation from a weakly damped transducer.
  • frequencies in the range from 60 to 600 kHz, i.e. with wavelengths from 2.5 to 25 mm must be used.
  • the bubbles used are large so that they cannot pass through the capillaries.
  • the speed of the bubbles is measured using the Doppler effect or determined from the time it takes to pass between two points.
  • the present method solves the problem.
  • These scattering and / or transmission signals are especially for the harmonics (2 f o , 3 f 7), the subharmonics (1/2 f o , 1/3 f o , 3/4 f Q ) and the superharmonics (2nd / 3 f Q , 5/4 f Q ...) of the excitation frequency intense.
  • low frequencies can be irradiated, so that a greater depth of penetration is achieved, and received signals of higher frequency can be evaluated.
  • the selective evaluation of the signal components influenced by the materials or media that have been introduced and the selective representation of these areas filled with these means are advantageously possible without - as was previously required - to find the difference between two or more conditions that were registered before and after the introduction of the materials or media.
  • the Doppler effect that has been generated can be evaluated free of artifacts.
  • nonlinear scattering bodies are introduced into the examination area, but nonlinear ultrasound contrast media in the form of a solution or suspension and especially microbubbles or agents that produce microbubbles can also be introduced into the examination area.
  • Suitable nonlinear ultrasound contrast agents are, for example, the agents described in EP 0 365 457, which are incorporated by reference into the disclosure and which are based on galactose particles which contain fatty acid.
  • contrast agents as are described in DE 38 03 972, WO 93/25242 and WO 94/07539 and which are introduced here by reference can also be used.
  • These agents contain microparticles that consist of a gas core and a polymer shell and show an ambivalent behavior. At low sound pressure they show a behavior with linear scatter, at higher ones
  • microbubble suspension having a concentration of 10 ⁇ 3 wt% to 30 wt% dry matter in the suspension medium gives good results.
  • the method according to the invention and the circuit according to the invention surprisingly reach the low lower limit of 10 "3 % by weight.
  • Sensitivity possible show a disproportionate increase in the level of the temporary backscatter signals with an increase in the amplitude of the emitted signal above a certain threshold.
  • This disproportionate level increase can occur not only at the frequency of the emitted signal (f 0 ), but especially at 1/2 f Q , 3/2 f Q , 2 f 0 , 5/2 f o , 3 f 0 , 7/2 f o and 4 f 0 can be observed. Since the backscatter signal at 2 f almost reaches the intensity of f 0 when the excitation is above the threshold value, that signal is preferably detected. Detection of individual particles or gas bubbles is possible due to excitation in the diagnostic range that is above the threshold value.
  • the dose required for space-filling contrasting can be reduced in the area examined to a particle concentration (gas bubble concentration) of 10 ppb. If the relative density of 1 ppb is taken into account, this concentration corresponds to about 1000 particles, preferably 100 to 1000 particles, per cm 3 of the examined body area. Concentrations of 1000 to 100,000 particles per cm 3 can also be used.
  • the reduction in the contrast agent concentration results in a reduction in the acoustic damping which is caused by the contrast medium, as a result of which the penetration depth of the irradiated ultrasound signal into the tissue is increased. Sonographic examination of the lower parts of the body is also possible.
  • the irradiation of ultrasound with an energy above the threshold value causes the particles to be destroyed (or the gas bubbles to burst), so that the concentration of the particles (bubbles) in the tissue is constant over the course of the examination decreases.
  • the particles (bubbles) that are closest to the sound source are destroyed first.
  • the ultrasound signal also penetrates to the layers below it, which enables uniform contrast formation through all tissue layers (organ layers). Because these processes, especially in the areas of the smallest contrast medium concentration, take place in very short periods of time run, the recording of the received signals by modern data acquisition storage techniques is particularly preferred.
  • the energy required to destroy the particles (bubbles) changes as a function of the contrast medium selected.
  • the energy must be above a threshold value of 0.03 MPa, in the case of the contrast agents described in WO 93/25242 and WO 94/07539 above a threshold value of 0.1 MPa.
  • the energy required for other contrast agents can be easily determined by a person skilled in the art and is generally in the range from 0.01 to 1 MPa, and the threshold increases with increasing stability of the bubbles.
  • the reduction of the contrast agent concentration possible by the method according to the invention further enables the imaging of areas of the body which do not have enough particles, for example those which do not belong to the RES.
  • the tissue flow is represented by the detection of the contrast agent in very fine blood vessels, which due to their small cross-section can only absorb very small amounts of contrast agent (e.g. in the heart muscle, in the liver, in the kidney, in the muscles, in the skin , in the base of the eye, in lymphatic vessels, in lymph nodes, in the urinary tract, in tubes and in small and large body cavities).
  • the advantages of the method according to the invention are particularly clear if location-, structure- or tissue-specific contrast agents can be determined. Such specific contrast agents are described, for example, in WO 94/07539.
  • Sound pressure amplitudes are in the range from 0.01 to 5 MPa, preferably from 0.03 to 0.2 MPa.
  • the HF sound impulses have 1 to 50 pulses, preferably 2 to 8 pulses.
  • the sound transducer is advantageously excited with the aid of a function generator, by means of which RF sound impulses with an adjustable amplitude and an adjustable mean frequency (f ⁇ ) in the range from 0.3 MHz to 22 MHz, preferably from 1 MHz to 11 MHz, and with 0.5 to 20 periods, preferably with 1 to 5 periods. It has been found to be particularly advantageous to evaluate frequencies that are lower than the average frequency f ⁇ of the sound transducer (transmitter).
  • harmonic signal components or signals in the upper sideband receive improved penetration depth and / or spatial resolution, which is particularly advantageous in the representation and in Doppler measurements.
  • the circuit according to the invention for performing the method described above comprises a function generator, the output of which is connected via a T / R switch (transmitter / receiver, transmitter / receiver) which is synchronized by the function generator and, seen in the message flow direction, behind which a signal processing device is connected to the oscillator of an acoustically highly damped, electrically adapted, broadband transducer element.
  • a function generator the output of which is connected via a T / R switch (transmitter / receiver, transmitter / receiver) which is synchronized by the function generator and, seen in the message flow direction, behind which a signal processing device is connected to the oscillator of an acoustically highly damped, electrically adapted, broadband transducer element.
  • the function generator is connected to the input of a converter, the output of which is connected to a signal processing system.
  • the T / R switch when the T / R switch is set to "transmit”, the surge excitation generated by the function generator is applied to the oscillator of the converter, and when the T / R switch is set to "receive” that by the Transducer received signal passed on to the evaluation system.
  • the input and the output of the converter are separated, so that a T / R switch is not necessary.
  • the transducer element is constructed so that the sound intensity emitted by it, as a function of frequency, is in the frequency range below the
  • Excitation or center frequency f ⁇ has a positive first derivative according to the frequency, this derivative being approximately constant, particularly in the working area, or that the sound intensity itself has a constant value in the working area. Because of this approximately linear
  • Frequency response in the work area can have a similar frequency response, especially an attenuation, in the
  • Scope to be balanced. As a result of this circuit and the transmission used, it is possible for the Change the frequency used without changing the transducer. In addition, the optimal ratio of spatial resolution and frequency resolution can be selected when evaluating spectra for material characterization, especially for tissue characterization.
  • the method according to the invention can advantageously be carried out with the aid of a circuit which carries out a multi-element converter with converter elements which receive signals in a phase-delayed manner in order to carry out a phase series or a dynamically focused process.
  • this circuit the output of a function generator using an n-way signal divider, n computer-controlled time delay circuits and n T / R switches, which are controlled by the function generator or by a computer, with the inputs of n acoustically highly damped, electrically adapted, broadband transducer elements connected, the outputs of which are each connected to an m-way signal divider via the n T / R switches.
  • m-way signal dividers are each connected via m time delay circuits and m fixed or variable frequency band selection circuits and also via a circuit for phase correct summation and, if appropriate, for signal division to a system for the selective further processing of m frequency bands.
  • a material is introduced into the examination area to be exposed to the ultrasonic waves, by means of which non-linear vibrations are generated in this area by the interspersed ultrasonic waves;
  • the irradiation of two separate signals produces a stronger received signal, the frequency of which is a combination of the frequencies of the irradiated signals, in particular their sum frequency or difference frequency.
  • the sum frequency is of particular interest in view of the higher spatial resolution that can be achieved.
  • the one transducer element can be excited by means of two RF excitation pulses, but it is also possible to excite two separate transducer elements each with a single RF excitation pulse, the mean frequencies of these RF excitation pulses being different and lower than half the upper limit frequency of the working range.
  • Frequency f + f is used. This phenomenon enables a greater depth of penetration at high observation frequencies.
  • the same materials and means used in the method for evaluating the harmonic frequencies of the excitation frequency can be used as materials or means which produce the nonlinearity. It is possible to use essentially the same circuit elements, but with the addition of a second RF generator.
  • the second signal is always emitted in the direction of the first signal and begins for the purpose of reducing the average power radiated into the examination area approximately 1 to 2 periods earlier and continues until the end of the first excitation pulse signal.
  • the second signal from the second generator is influenced by suitable delay circuits in such a way that after passing through the T / R switch it runs to the same transducer elements in the transducer and is emitted in the same direction as the first transmission signal.
  • the circuit matrix then receives signals at the sum frequency.
  • the T / R switch is controlled by the second transmit signal, which takes longer.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a sample vessel
  • Fig. 3 shows a curve of the sound power as
  • the central computer 15 controls both the course of the measurement and its evaluation.
  • the output 2 of the generator 1 leads to a transmitter / receiver switch referred to as a T / R switch 3, which, as shown schematically, is synchronized by the generator 1.
  • the T / R switch 3 can also be controlled directly by the computer 15.
  • the output of the T / R switch 3 is connected to a broadband, adapted and focused converter element 4.
  • the special properties of the converter element 4 are shown schematically in FIG. 3.
  • the transducer can also have spatially and electrically separate transmitter and receiver transducer elements. In this case, the T / R switch 3 is unnecessary. Another converter element for emitting a second, independent high-frequency signal is advantageously present.
  • the signal received by the converter element 4 is sent via the switched T / R switch to a broadband preamplifier 16, behind which an anti-alias filter 17 is connected in the case of digital frequency analysis.
  • the broadband preamplifier 16 has a bandwidth> f o max.
  • the filter 17 has a cut-off frequency of 10 MHz, for example.
  • a fast A / D converter 18 follows the filter, in which the signal is digitized, for example with a Nyquist frequency of 12.5 MHz.
  • the further processing of the signal is carried out in a digital storage oscilloscope and in the central computer.
  • a plotter 19 is connected behind the A / D converter 18.
  • Fig. 1 shows that the A / D converter from the function generator 1 is triggered.
  • the digitized signal is stored and processed in a manner known per se. It is specifically for required
  • Fig. 2 shows schematically the geometry of a vessel with which the measurement results given below were obtained.
  • the transducer 4 is arranged in a sample container 20. It is a 17 MHz transducer that is broadband, matched and focused.
  • the sample vessel 20 contains water.
  • Two films 21 delimit a sample area in which 10 mg of ultrasound contrast medium are dissolved in 3 ml of H 2 O.
  • the signals reflected or backscattered in the measuring area between the films 21 contain certain components which are obtained by mutual action of the transmission pulse (with f 0 ) and the non-linear contrast medium introduced into the measurement object.
  • Fig. 3 shows schematically the frequency band of the transducer element in the transducer. It can be seen that the frequency response of the oscillator in the transducer is quasi-linear in the working area.
  • the frequency response in the work area can be used to compensate for an identical frequency response in the tested sample, but the frequency response in the tested sample can also be subsequently corrected by weighting.
  • a time span of interest in the time range is selected for the measurement with the aid of a computer-controlled gate circuit (not shown). You can also choose different time periods.
  • the assigned spectrum is calculated using an FFT circuit (Fast Fourier Transformation), and examples of such spectra are shown in FIGS. 4 to 9.
  • FFT circuit Fast Fourier Transformation
  • Figures 4 to 8 each show the spectrum over the time window. To the spectral components in these figures To show clearly, a long time window, and thus a poor spatial resolution, was chosen.
  • the signal shown in the upper part of FIG. 4 is a medium power spectrum which was obtained behind the low-pass filter with a Nyquist frequency of 50 MHz.
  • FIG. 5 shows the backscatter signal from the sample chamber without ultrasound contrast medium.
  • FIG. 6 shows the backscatter signal 7 minutes after the addition of 10 mg of contrast medium in 3 ml of H 2 0. A clear peak can be seen at 2 ⁇ f o .
  • FIG. 7 shows a measurement after 21 minutes under the conditions given in FIG. 5.
  • a frequency f 0 3 MHz was used.
  • the recorded spectrum clearly shows the first and second harmonics at 6.0 MHz and 9.0 MHz.
  • Fig. 8 shows the backscatter signal 15 minutes after the addition of an ultrasound contrast agent in a small concentration.
  • the spectrum shown in the upper part of FIG. 8 shows the subharmonic at 1/2 f o , the superharmonic at 3/2 f o and the first harmonic at 2 f Q with a relatively high frequency resolution.
  • the spectrum shows backscattering only at the excitation frequency.
  • the transmission signal from the function generator 1 (frequency f) is given by the output 2 to an n-way signal divider 5.
  • the signal is divided into one branch per converter element.
  • the converter elements 4.1 ... 4.n receive the signal via delay circuits 7.1 ... 7.n and via the T / R switches 3.1 ... 3.n, which are controlled by the generator or the computer.
  • the computer sets the time delay for each transducer element so that the desired directional characteristic is generated on the transducer at the selected transmission frequency.
  • the same directional characteristic is set by the computer in the receiver part through corresponding time delays.
  • the signal received at the transducers 4.1 ... 4.n is sent via the T / R switches 3.1 ... 3.n to broadband preamplifiers 6.1 ...
  • each of which sends a signal to an m-path Signal divider 10 supplies, to the message current below suitably controlled or adjusted delay circuits 11 are connected, feed the circuits 12 for frequency band selection. Behind them are circuits for the phase correct summation of the frequency bands and, if appropriate, for the signal division. This is followed by the selective further processing of the individual frequency bands with the aid of methods known per se.
  • frequencies that are not identical frequencies to f 0 for example 1/2 f 0 and 2 f 0 , is carried out.
  • the delay circuits can be variable or fixed.
  • the distribution of the received signals on the m-way signal divider generates the desired number of frequency bands, the position and width of which are adjusted with the aid of band filters.
  • the division can take place in such a way that the received signal is mixed with an auxiliary signal which is derived from the original signal and deviates depending on the frequency band in such a way that the individual bands can work with uniform components in the subsequent stages.
  • the frequency band around f Q gives the usual results, while the other bands largely frequency-shifted and non-linear signal components from the interaction of the
  • the further processing steps and signal analyzes can be carried out in any desired frequency channel or in different parallel frequency channels in accordance with known procedures.
  • a second generator 1 shown on the right in FIG. 10, which is connected to the T / R switches 3.1 ... 3.n via signal dividers and delay lines.
  • the second generator 1 makes it possible to expose the ultrasonic waves to at least that spatial area of the examined object which is determined by the directional characteristic at that time and the receiver gate.
  • the construction can be such that, in addition to the broadband transducer elements described, the transducer contains at least one further, likewise broadband transmit transducer, which is preferably electrically separated from the others and is fed by the second, independent transmit generator 1.
  • the two transmission signals can also be electrically superimposed on one another in such a way that the same transducer element is used.
  • Fig. 11 shows (in the upper half of the figure) in
  • Time range the backscatter signal which is caused by a contrast medium, as described in WO 93/55242, with weak excitation with a 5 MHz burst with an amplitude of 0.1 MPa.
  • Fig. 12 shows the backscatter signal at an excitation with an A mplitude of 0.34 MPa under otherwise identical test conditions as for Fig. 11.
  • the larger backscattering portion of the contrast agent in the time domain can be clearly recognized.
  • the signals can be clearly determined at 2 f Q and 3 f o .
  • 13 shows the backscatter signal with an excitation with an amplitude of 1 MPa.
  • the backscattering portion of the contrast medium is evidently higher in the time domain (upper half of the figure) than the reflections of the transmission pulses, and it should be noted that 1 scale marking in the ordinate corresponds to 5 mV.
  • the signals can be clearly recognized at 1/2 f 0 , f o , 3/2 f 0 , 2 f 0 , 5/2 f 0 3 f 0, '7 /' 2 fo and 4 fo
  • the signal at 2 f 0 has an intensity approximately equal to the echo de emitted frequency (f 0 ).

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Abstract

Es wird ein Verfahren für die selektive grafische Wiedergabe und/oder für die Auswertung des Dopplerspektrums von Objekten, die Schallintensitäten einen begrenzten Widerstand entgegensetzen, z.B. von biologischen Organen und Gewebe, mit Hilfe eines Ultraschallverfahrens durchgeführt, bei dem ein Material in den Untersuchungsbereich, der akustisch zu bestrahlen ist, eingeführt wird, worauf in diesem Untersuchungsbereich nichtlineare Schwingungen durch eingestrahlte Ultraschallwellen erzeugt werden, und das Signal durch einen Ultraschallwandler ausgewertet wird. Es wird auch eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben.

Description

Ultraschallverfahren und Schaltungen zur Durchführung dieser Verfahren
Zusammengefaßte Darstellung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Ultraschallverfahren zum Abbilden und optional zum Auswerten eines Dopplerspektrums von Objekten mit begrenztem Widerstand gegenüber Schallintensität, und auf Schaltungen zur Durchführung dieser Verfahren.
Bei der Ultraschalltechnik werden Ultraschallwellen in einen Untersuchungsbereich zum selektiven Abbilden und/oder Auswerten des Dopplerspektrums gestrahlt. Bei Verfahren und Vorrichtungen zur Materialprüfung und zur Prüfung biologischen Gewebes werden normalerweise kombinierte Sender/Empfänger- Schallköpfe verwendet. Mit Hilfe der Kristalle der Oszillato¬ ren und der Geräteelektronik wird eine Schallfrequenz (f0) festgelegt, die zum Senden und für den Empfang gleich ist. Ein typischer 5-MHz Schallkopf hat einen Frequenzbereich von annähernd 3 MHz bis 7 MHz mit einem Maximum bei f0 = 5 MHz. Im Fall der Impulsechotechnik wird das reflektierte und/oder zurückgestreute Signal im selben Frequenzbereich empfangen. Derartige Geräte und Verfahren werden auch bei der Untersu¬ chung biologischer Gewebe unter Verwendung von Ultraschall- Kontrastmitteln angewandt. Signalkomponenten außerhalb des gegebenen Frequenzbereichs wie beispielsweise Vibrationen, die sich in harmonischer Beziehung zur Sendefrequenz befinden, werden bei Darstellung des Objekts bei der Untersuchung und bei anderen Analysen, wie z.B. Doppler-Messungen, nicht ver- wendet. Außerdem verwenden zur Abdeckung eines größeren Fre¬ quenzbereichs die bisher bekannten Verfahren und Gerätesysteme verschiedene Schallköpfe, die während der Untersuchung ge¬ tauscht werden. Die EP-A2-0 147 955 beschreibt ein Ultra- schallverfahren, bei dem das zu untersuchende Objekt einem Meßimpuls hoher Frequenz sowie einem Pumpimpuls niedriger Frequenz, jedoch von hohem Schalldurck, ausgesetzt wird.
Bei der Auswertung wird von der Druckabhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit Gebrauch gemacht. Der Druck im zu unter¬ suchenden Objekt wird durch den Pumpimpuls verändert. Der Meßimpuls, der dem Pumpimpuls überlagert wird, macht eine Phasenänderung durch, die schließlich für die Auswertung herangezogen wird. Der wichtige Faktor bei diesem bekannten Verfahren ist deshalb die Phasenbeziehung. Es gibt keine Auswertung der harmonischen, unterharmonischen oder überharmo- nischen Frequenzen.
Zusätzlich ist es beim bekannten Verfahren erforderlich, ein Referenzsignal ohne einen Pumpimpuls auszuwerten, um die Phasenverschiebung messen zu können.
Aus der EP-A3-0 072 330 ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Druck im zu untersuchenden Objekt gemessen wird. Für diesen Zweck werden im untersuchten Objekt Blasen ausschlie߬ lich dadurch erzeugt, daß man es Ultraschallwellen aussetzt. Eine Ultraschallquelle niedriger Frequenz im Bereich unterhalb etwa 100 MHz bis typisch etwa 20 MHz herunter erzeugt im zu untersuchenden Objekt in der Niederdruckphase Dampfblasen in gasfreien Flüssigkeiten oder, wenn aufgelöste Gase vorhanden sind, Gasblasen.
Die Ultraschall-Leistung wird so lange erhöht, bis sich im zu untersuchenden Körper Kavitationsblasen bilden. Solche Blasen können sehr groß sein (leicht mit bloßem Auge erkenn¬ bar), bleiben im Schallfeld gefangen und schaffen ein Embolie- Risiko. Werden sie im Gewebe erzeugt, so sind begleitende Reaktionen wie solche, die mit Druckverminderungs-Beschwerden einhergehen, zu erwarten. Aufgrund der unvermeidlichen Ul¬ traschall-Streuwellen niedriger Frequenz ergibt sich ein Risiko insbesondere für eine Lungenschädigung.
Die EP-A2-0 068 399 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen des Ultraschalldämpfungs- oder Absorptionskoeffizienten im Gewebe. Zu diesem Zweck wird die Änderung der mittleren Fre¬ quenz des zurückgestreuten Spektrums über der Zeit oder die räumliche Veränderung darin in der Fortschreitungsrichtung bestimmt. Wegen der angenähert frequenzproportionalen Dämpfung verschiebt sich die mittlere Frequenz langsam in Richtung zu niedrigeren Frequenzen, wenn sich der Zurücklegungsabstand des Ultraschallenergieimpulses erhöht. Die Verschiebung von fτ nach fc und fR ist relativ klein.
Beim Verfahren gemäß der US-A-3 640 271 werden der Blut- druck und die Fließgeschwindigkeit gemessen. Für diesen Zweck werden einzelne Blasen einer gesteuerten Größe innerhalb eines Bereichs von 10 bis 100 μm Durchmesser injiziert und ihre Resonanzfrequenz wird vor und nach der Injektion bestimmt. Dies wird entweder mit einem gedämpften Wandler und einer Frequenzüberstreichung, oder mit einer Schockerregung von einem schwach gedämpften Wandler bewirkt. Entsprechend der Größe der Blasen müssen Frequenzen im Bereich von 60 bis 600 kHz, also mit Wellenlängen von 2,5 bis 25 mm verwendet werden. Die verwendeten Blasen sind groß, so daß sie nicht durch die Kapillargefäße hindurchtreten können. Die Geschwindigkeit der Blasen wird mit Hilfe des Dopplereffekts gemessen oder aus der Zeit bestimmt, die sie benötigen, um zwischen zwei Punkten hindurchzulaufen.
Aus der herangezogenen Literatur L. Germain, J.O.N. Chee- ke, J. Acoust. Soc. Am. 83 (1988) 942 ist es bekannt, die Bildqualität in einem Ultraschallmikroskop zu verbessern, indem man harmonische Vielfache der Erregungsfrequenz verwen¬ det. Für diesen Zweck müssen jedoch Ultraschallwellen von sehr großer Amplitude eingestrahlt werden, um nicht-lineare Schwin- gungen am Weg in den Untersuchungsbereich zu erzeugen, wobei die Energie aus den Schwingungen die Grundfrequenz hat, die als Ergebnis dieser Nicht-Linearität in höhere harmonische Schwingungen umgewandelt wird. Diese Literatur-Referenz bezieht sich ebenso wie die Literatur-Referenz Journal of the Acoustical Society of Ameri¬ ca, Band 69, Nr. 4, April 1981, Seiten 1212, W.K. Law u. a. auf die nichtlineare Fortschreitung von Ultraschall, die in Wasser und Gewebe nur bei hohen Intensitäten auftritt.
Im Falle der nicht-linearen Fortschreitung treten keine subharmonischen Schwingungen auf und harmonische Schwingungen ergeben sich nur nach einer Minimum-Laufstrecke von mehreren cm im Medium. Diese Prozesse können jedoch nicht bei der Ultraschall¬ untersuchung, die Frequenzen von beispielsweise in der Größen¬ ordnung von 1 bis 10 MHz verwendet, von Objekten, die hohen Schallintensitäten keinen Widerstand entgegensetzen, wie speziell biologisches Gewebe, verwendet werden. Das Problem, auf dem die Erfindung beruht, besteht darin, das Anwendungsfeld der Ultraschallverfahren auf Objekte mit beschränktem Widerstand gegen Schallintensität, speziell auf biologisches Gewebe, zum selektiven Abbilden und Auswerten des Doppler-Spektrums auszudehnen und Schaltungen zur Durchführung dieser Verfahren zu schaffen.
Das Problem wird durch das vorliegende Verfahren gelöst. Durch die Einführung von Materialien oder Medien, die eine Nichtlinearität erzeugen, in den Untersuchungsbereich, der niedrigen Schallintensitäten ausgesetzt werden soll, die nicht schädlich sind, erhält man - zusätzlich zur Erregungsfrequenz, fo - intensive und erheblich frequenzverschobene Streu- und/oder Übertragungssignale. Diese Streu- und/oder Übertragungssignale sind speziell bei den Harmonischen (2 fo, 3 f ...), den Subharmonischen (1/2 fo, 1/3 fo, 3/4 fQ) und den Überharmonischen (2/3 fQ, 5/4 fQ ...) der Erregungsfrequenz intensiv. Mit diesem Verfahren können niedrige Frequenzen eingestrahlt werden, so daß eine größere Eindringtiefe erreicht wird, und können empfangene Signale höherer Frequenz ausgewertet werden. in vorteilhafter Weise sind die selektive Auswertung der von den Materialien oder Medien, die eingeführt wurden, beeinflußten Signalkomponenten und die selektive Darstellung dieser mit diesen Mitteln gefüllten Bereiche möglich, ohne - wie es bisher erforderlich war - den Unterschied zwischen zwei oder mehr Zuständen zu finden, die vor und nach Einbringung der Materialien oder Medien registriert wurden. Speziell kann der Dopplereffekt, der erzeugt worden ist, frei von Artifakten ausgewertet werden.
Vorteilhafterweise werden in den Untersuchungsbereich nichtlineare Streukörper eingeführt, es können jedoch auch nichtlineare Ultraschall-Kontrastmittel in der Form einer Lösung oder Suspension und speziell Mikrobläschen oder Mittel, die Mikrobläschen erzeugen, in den Untersuchungsbereich eingeführt werden.
Geeignete nichtlineare Ultraschall-Kontrastmittel sind beispielsweise die in EP 0 365 457 beschriebenen Mittel, die durch Bezugnahme hier in die Offenbarung eingeführt werden und die auf Galactose-Partikeln beruhen, die Fettsäure enthalten.
Jedoch sind unter bestimmten Bedingungen - die später genauer beschrieben werden - auch solche Kontrastmittel, wie sie in DE 38 03 972, WO 93/25242 und WO 94/07539 beschrieben sind und die hier durch Bezugnahme eingeführt werden, ebenfalls verwendbar. Diese Mittel enthalten Mikropartikel, die aus einem Gaskern und einer polymeren Schale bestehen und ein ambivalentes Verhalten zeigen. Bei niedrigem Schalldruck zeigen sie ein Verhalten mit linearer Streuung, bei höheren
Schalldrücken (deren Stärke immer noch im diagnostischen Bereich liegt) zeigen sie ein nichtlineares
Rückstreuverhalten. Gemäß der Erfindung können sie deshalb im nichtlinearen Bereich verwendet werden.
Die Einführung einer Mikrobläschen-Suspension mit einer Konzentration von 10~3 Gewichts-% bis 30 Gewichts-% Trockensubstanz im Suspensionsmedium ergibt gute Ergebnisse. Das Verfahren nach der Erfindung und die Schaltung nach der Erfindung erreichen überraschenderweise die niedrige untere Grenze von 10"3 Gewichts-%.
Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere wenn die in DE 38 03 972, WO 93/25242 oder WO 94/07539 beschriebenen Mittel verwendet werden, ist eine weitere Erhöhung der
Empfindlichkeit möglich. Diese Mittel zeigen überraschenderweise eine überproportionale Pegelerhöhung der vorübergehenden Rückstreusignale mit einer Erhöhung der Amplitude des ausgestrahlten Signals über einem bestimmten Schwellenwert. Diese überproportinale Pegelerhöhung kann nicht nur bei der Frequenz des ausgestrahlten Signals (f0), sondern speziell auch bei 1/2 fQ, 3/2 fQ, 2 f0, 5/2 fo, 3 f0, 7/2 fo und 4 f0 beobachtet werden. Da das Rückstreusignal bei 2 f bei über dem Schwellenwert liegender Erregung beinahe die Intensität von f0 erreicht, wird vorzugsweise jenes Signal erfaßt. Durch über dem Schwellenwert liegende Erregung im diagnostischen Bereich ist die Feststellung einzelnen Teilchen oder Gasblasen möglich. Die für ein raumfüllendes Kontrastieren notwendige Dosis kann im untersuchten Bereich bis zu einer Partikelkonzentration (Gasblasenkonzentration) von 10 ppb erniedrigt werden. Wird die relative Dichte von 1 ppb in Betracht gezogen, so entspricht diese Konzentration etwa 1000 Partikeln, vorzugsweise 100 bis 1000 Partikeln, pro cm3 des untersuchten Körperbereichs. Es können auch Konzentrationen von 1000 bis 100 000 Partikeln pro cm3 angewandt werden. Die Reduktion der Kontrastmittelkonzentration resultiert in einer Erniedrigung der akustischen Dämpfung, die vom Kontrastmedium bewirkt wird, wodurch die Eindringtiefe des eingestrahlten Ultraschallsignals in das Gewebe erhöht wird. Es ist also auch die sonografische Untersuchung der tieferliegenden Körperbereiche möglich.
Dieser Effekt wird zusätzlich dadurch verstärkt, daß durch die Einstrahlung von Ultraschall mit einer Energie über dem erwähnten Schwellenwert eine Zerstörung der Partikel (oder ein Platzen der Gasblasen) bewirkt wird, so daß die Konzentration der Partikel (Blasen) im Gewebe im Verlauf der Untersuchung ständig abnimmt. In diesem Fall werden zuerst diejenigen Partikel (Blasen) zerstört, die am nächsten bei der Schallquelle liegen. Mit zunehmender Untersuchungszeit dringt das Ultraschallsignal auch zu darunter angrenzenden Schichten durch, wodurch eine gleichförmige Kontrastbildung durch alle Gewebeschichten (Organschichten) möglich ist. Da diese Vorgänge speziell in den Bereichen der kleinsten Kontrastmittelkonzentration in sehr kurzen Zeitspannen ablaufen, wird die Aufzeichnung der empfangenen Signale durch moderne Datenerfassungs-Speichertechniken besonders bevorzugt. Die für die Zerstörung der Partikel (Blasen) erforderliche Energie ändert sich als Funktion des gewählten Kontrastmittels. Im Fall der in EP 0 365 467 beschriebenen Kontrastmittel muß die Energie über einem Schwellenwert von 0,03 MPa liegen, im Fall der in WO 93/25242 und WO 94/07539 beschriebenen Kontrastmittel über einem Schwellenwert von 0,1 MPa. Die für andere Kontrastmittel erforderliche Energie kann vom Fachmann leicht bestimmt werden und liegt allgemein im Bereich von 0,01 bis 1 MPa, und der Schwellenwert wächst mit zunehmender Stabilität der Blasen.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren mögliche Reduktion der Kontrastmittelkonzentration ermögicht weiterhin das Abbilden von Körperbereichen, die nicht genügend Partikel besitzen, beispielsweise solche, die nicht zum RES gehören. Somit kann u.a. die Gewebedurchströmung dargestellt werden durch die Erkennung des Kontrastmittels in sehr feinen Blutgefäßen, die aufgrund ihres kleinen Querschnitts nur sehr kleine Mengen von Kontrastmittel aufnehmen können (z. B. im Herzmuskel, in der Leber, in der Niere, in den Muskeln, in der Haut, im Augengrund, in Lymphgefäßen, in Lymphknoten, im Harntrakt, in Röhren sowie in kleinen und großen Körperhöhlen) . Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind besonders deutlich, wenn orts-, Struktur- oder gewebe¬ spezifische Kontrastmittel festzustellen sind. Solche spezifischen Kontrastmittel sind beispielsweise in WO 94/07539 beschrieben. Da bei spezifischen Kontrastmitteln im allgemeinen nur ein kleiner Teil der verabreichten Dosis am gewünschen Zielgewebe (Organ) haften bleibt, ist eine Feststellung durch übliche Ultraschallverfahren problematisch. Die Erkennung dieser kleinen Mengen von Kontrastmittel ist jedoch problemfrei möglich durch Anwendung des Verfahrens und der Schaltungen nach der Erfindung, insbesondere wenn das Kontrastmittel mit einer Energie über seinem Schwellenwert bestrahlt wird.
Aufgrund der erheblichen Erhöhung der Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit den genannten Kontrastmitteln ist somit das Abbilden aller Körperbereiche mit Ausnahme der Lunge, der Knorpelbereiche und der Knochen möglich. Zur Ausnützung der speziellen Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in Kombination mit einem der in den Patentanmeldungen EP 0 365 457, WO 93/25242, DE 38 03 972 oder WO 94/07539 beschriebenen Kontrastmittel werden Erregungsfrequenzen im Bereich von 1 bis 22 MHz, vorzugsweise von 2 bis 5 MHz angewandt. Die erforderlichen
Schalldruckamplituden liegen im Bereich von 0,01 bis 5 MPa, vorzugsweise von 0,03 bis 0,2 MPa. Die HF-Schallstöße haben in diesem Fall 1 bis 50 Impulse, vorzugsweise 2 bis 8 Impulse.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schallwandler vorteilhafterweise mit Hilfe eines Funktionsgenerators erregt, durch den HF-Schallstöße mit einer justierbaren Amplitude und einer justierbaren mittleren Frequenz (fτ) im Bereich von 0,3 MHz bis 22 MHz, vorzugsweise von 1 MHz bis 11 MHz, sowie mit 0,5 bis 20 Perioden, vorzugsweise mit 1 bis 5 Perioden, erzeugt werden. Es wurde als speziell vorteilhaft herausgefunden, Frequenzen auszuwerten, die niedriger sind als die mittlere Frequenz fτ des Schallwandlers (Senders).
Bei der Auswertung ist es vorteilhaft, wenigstens eine Zeitspanne mit Hilfe einer rechnergesteuerten Torschaltung auszuwählen und das zugeordnete Frequenzspektrum in analoger oder digitaler Weise zu bestimmen. Durch dieses Vorgehen justiert man die Länge des Zeitfensters und die Zahl der Perioden pro Schallstoß zwischen optimaler Frequenzauflösung und optimaler Raumauflösung. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in vorteilhafter Weise möglich, Dopplereffekte im Fall von Harmonischen der Erregungsfrequenz und im Fall der Mischprodukte wie etwa des oberen Seitenbands im Fall von 2- Frequenz-Erregungen auszuwerten. Dies erlaubt die Wiedergabe relativ langsamer Flüsse ohne Störung durch Gefäßwandbewegungen.
Darüberhinaus wird bei der Auswertung von harmonischen Signalkomponenten oder von Signalen im oberen Seitenband eine verbesserte Eindringtiefe und/oder räumliche Auflösung erhalten, was bei der Darstellung und bei Doppler-Messungen besonders vorteilhaft ist.
Die erfindungsgemäße Schaltung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens umfaßt einen Funktionsgenerator, dessen Ausgang über einen T/R-Schalter (transmitter/receiver, Sender/Empfän-ger) , der vom Funktionsgenerator synchronisiert ist und, in Nachrichtenstromrichtung gesehen, hinter dem eine Signalverarbeitungsvorrichtung angeschlossen ist, mit dem Oszillator eines akustisch hoch gedämpften, elektrisch angepaßten, breitbandigem Wandlerelements verbunden ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Schaltung ist der Funktionsgenerator mit dem Eingang eines Wandlers verbunden, dessen Ausgang mit einem Signalverarbeitungssystem verbunden ist.
Im ersteren Fall, wenn der T/R-Schalter zum "Senden" geschaltet ist, wird die vom Funktionsgenerator erzeugte Stoßerregung an den Oszillator des Wandlers angelegt, und wird, wenn der T/R-Schalter auf "Empfangen" gestellt ist, das vom Wandler empfangene Signal zum Auswertesystem weitergegeben. Im zweiten Fall sind der Eingang und der Ausgang des Wandlers getrennt, so daß ein T/R-Schalter nicht notwendig ist.
Es ist speziell vorteilhaft, ein Wandlerelement zu verwenden, dessen mittlere Frequenz fτ höher ist als der obere
Grenzwert des Arbeitsbereichs. Das Wandlerelement ist so aufgebaut, daß die von ihm, als Funktion der Frequenz, emittierte Schallintensität im Frequenzbereich unterhalb der
Erregungs- oder Mittenfrequenz fτ eine positive erste Ableitung nach der Frequenz aufweist, wobei diese Ableitung, insbesondere im Arbeitsbereich, annähernd konstant ist, oder daß die Schallintensität selbst im Arbeitsbereich einen konstanten Wert hat. Aufgrund dieser angenähert linearen
Frequenzantwort im Arbeitsbereich kann eine ähnliche Frequenzantwort, insbesondere eine Dämpfung, in dem
Ultraschallwellen ausgesetzten Untersuchungsbereich im großen
Umfang ausgeglichen werden. Als Ergebnis dieser Schaltung und der verwendeten Übertragung ist es möglich, die für die Untersuchung verwendete Frequenz zu ändern, ohne den Schallkopf auszuwechseln. Darüberhinaus kann bei der Auswertung von Spektren für die Materialcharakterisierung, besonders bei der Gewebecharakterisierung, das optimale Verhältnis von räumlicher Auflösung und Frequenzauflösung gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise mit Hilfe einer Schaltung durchgeführt werden, die einen Mehrelement-Wandler mit Wandlerelementen, die Signale in phasenverzögerter Weise empfangen, durchgeführt werden, um eine Phasen-Reihe oder einen dynamisch-fokussierten Prozeß durchzuführen. In dieser Schaltung ist der Ausgang eines Funktionsgenerator mit Hilfe eines n-Weg-Signalteilers, n rechnergesteuerten Zeitverzögerungsschaltungen und n T/R- Schaltern, die vom Funktionsgenerator oder von einem Rechner gesteuert werden, mit den Eingängen von n akustisch hoch gedämpften, elektrisch angepaßten, breitbandigen Wandlerelementen verbunden, deren Ausgänge über die n T/R- Schalter jeweils mit einem m-Weg-Signalteiler verbunden sind. Diese m-Weg-Signalteiler sind jeweils über m Zeitverzögerungsschaltungen und m feste oder variable Frequenzbandselektionsschaltungen und außerdem über eine Schaltung für eine phasenkorrekte Summierung und, falls zweckmäßig, zur Signalteilung mit einem System für die selektive weitere Verarbeitung von m Frequenzbändern verbunden.
Bei einer weiteren Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems wird in den den Ultraschallwellen auszusetzenden Untersuchungsbereich ein Material eingebracht, durch das nichtlineare Schwingungen in diesem Bereich durch die eingestreuten Ultraschallwellen erzeugt werden; ein breitbandiger, akustisch hoch gedämpfter, elektrisch angepaßter Ultraschallwandler mit einem oder mehreren Wandlerelementen, die einzeln oder in Gruppen steuerbar sind, wird mit Hilfe von zwei HF-Stoßerregungen, deren Erregungsfrequenzen verschieden und niedriger als die Hälfte der oberen Grenzfrequenz des Arbeitsbereichs sind, erregt; und es werden Signalkombinationen der beiden Erregungsfrequenzen, speziell ihre Summenfrequenz oder ihre Differenzfrequenz, aus dem vom Ultraschallwandler empfangenen Ultraschallsignal, das vom Untersuchungsbereich reflektriert oder von diesem Bereich rückgestreut worden ist, ausgewertet. Zur Erreichung des oben genannten Schwellenpegels wird bevorzugt, daß wenigstens eine der beiden Frequenzen über dem Schwellenpegel liegt.
Beim beschriebenen Verfahren erzeugt das Einstrahlen von zwei getrennten Signalen ein stärkeres empfangenes Signal, dessen Frequenz eine Kombination der Frequenzen der eingestrahlten Signale ist, insbesondere deren Summenfrequenz oder Differenzfrequenz. Die Summenfrequenz ist von speziellem Interesse im Hinblick auf die höhere räumliche Auflösung, die erzielbar ist. Bei diesem Verfahren kann das eine Wandlerelement mit Hilfe von zwei HF-Erregungsstößen erregt werden, es ist jedoch auch möglich, zwei getrennte Wandlerelemente jeweils mit einem einzigen HF-Erregungsstoß zu erregen, wobei die mittleren Frequenzen dieser HF- Erregungsstöße unterschiedlich und niedriger als die Hälfte der oberen Grenzfrequenz des Arbeitsbereichs sind. Aufgrund der Nichtlinearität, die gemäß der Erfindung erzeugt wird, führt die Verwendung von beispielsweise zwei Niederfrequenzsignalen, z.B. fo ~ f ~ 2 MHz, zu einem stärkeren empfangenen Signal bei fo + f , also bei etwa 4 MHz, im Vergleich zu einem Signal, das man erhält, wenn mit der gleichen Gesamtleistung I0, I nur ein einziges Sendesignal der
Frequenz f + f verwendet wird. Diese Erscheinung ermöglicht eine größere Eindringtiefe bei hohen Beobachtungsfrequenzen.
Als Materialien oder Mittel, die die Nichtlinearität erzeugen, können die gleichen Materialien und Mittel verwendet werden, die im Verfahren zum Auswerten der harmonischen Frequenzen der Erregungsfrequenz angewandt werden. Es ist mögich, im wesentlichen die gleichen Schaltungselemente zu verwenden, jedoch unter Hinzufügung eines zweiten HF- Generators. Im Fall, daß die Schaltung einen Mehr-Element-Wandler aufweist, wird zum Zweck der Reduzierung der mittleren in den Untersuchungsbereich gestrahlten Leistung das zweite Signal stets in der Richtung des ersten Signals emittiert und beginnt angenähert 1 bis 2 Perioden früher und dauert bis zum Ende des ersten Erregungsstoß-Signals an. Um dies zu erreichen, wir das zweite Signal vom zweiten Generator durch geeignete Verzögerungsschaltungen so beeinflußt, daß es nach dem Druchtritt durch den T/R-Schalter zu den selben Wandlerelementen im Schallkopf läuft und in der gleichen Richtung wie das erste Sendesignal emittiert wird. Die Schaltungsmatrix empfängt dann Signale bei der Summenfrequenz. Der T/R-Schalter wird durch das zweite Sendesignal gesteuert, das länger dauert.
Ausführungsformen der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen gezeigten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Blockschaltplan;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Probengefäßes; Fig. 3 die Wiedergabe einer Kurve der Schalleistung als
Funktion der Frequenz eines Senders; Fig.n 4-9 grafische Darstellungen von zurückgestreuten Signalen;
Fig. 10 einen weiteren Blockschaltplan; Fig.n 11
-13 grafische Darstellungen der zurückgestreuten
Signale (Zeitauflösung) und ihrer Spektren (Frequenzauflösung) bei verschiedenen
Schallintensitäten unter Verwendung eines
Kontrastmittels, wie es in WO 93/25242 beschrieben ist;
Fig. 14 eine grafische Darstellung der Streusignale bei 2 f als Funktion der Schallintensität bei
Verwendung eines Kontrastmittels, wie es in WO 93/25242 beschrieben ist.
Zur Erzeugung der in den Fig.n 4 bis 9 gezeigten Signale, die für die weitere Verarbeitung bereit sind, wird die
Schaltung gemäß Fig. 1 zusammen mit dem Probengefäß nach Fig.
2 verwendet, wobei der breitbandige Schallkopf die
Leistungscharakteristik nach Fig. 3 hat. Von einem Funktionsgenerator 1, der von einem Zentralrechner 15 gesteuert wird, werden periodisch wiederholte elektrische Sendeimpulse - HF-Stöße - variabler Frequenz fQ im Arbeitsbereich f0min bis f0max (f0min = 0,3 MHz < fo < fomax = 22 MHz) und von variabler Bandbreite, gegeben durch die Anzahl von Sinusperioden per Stoß: 0,5 < n < 20, mit justierbarer Amplitude erzeugt. Der Zentralrechner 15 steuert sowohl den Verlauf der Messung als auch deren Auswertung. Der Ausgang 2 des Generators 1 führt zu einem als T/R-Schalter 3 bezeichneten Sender/Empfänger Schalter, der, wie schematisch dargestellt ist, vom Generator 1 synchronisiert ist. Der T/R- Schalter 3 kann auch direkt vom Rechner 15 gesteuert sein. Der Ausgang des T/R-Schalters 3 ist mit einem breitbandigen, angepaßten und fokussierten Wandlerelement 4 verbunden. Die speziellen Eigenschaften des Wandlerelements 4 sind schematisch in Fig. 3 dargestellt. Der Wandler ist ein sehr breitbandiger Wandler ohne Störresonanzen im Arbeitsbereich; außerdem hat er eine gute elektrische und akustische Impedanzanpassung und eine mittlere Sendefrequenz fτ > fomax. Beim beschriebenen Beispiel ist fτ = 17 MHz. Der Wandler kann auch räumlich und elektrisch getrennte Sender- und Empfänger- Wandlerelemente aufweisen. In diesem Fall ist der T/R-Schalter 3 überflüssig. Vorteilhafterweise ist noch ein weiteres Wandlerelement zum Emittieren eines zweiten, unabhängigen Hochfrequenzsignals vorhanden.
Das vom Wandlerelement 4 empfangene Signal wird über den umgeschalteten T/R-Schalter an einen breitbandigen Vorverstärker 16 gegeben, hinter dem im Fall der digitalen Frequenzanalyse ein Anti-Alias-Filter 17 geschaltet ist. Der breitbandige Vorverstärker 16 hat eine Bandbreite > fomax. Das Filter 17 hat beispielsweise eine Grenzfrequenz von 10 MHz. Hinter dem Filter schließt sich ein schneller A/D Wandler 18 an, in dem das Signal digitalisiert wird, beispielsweise mit einer Nyquist-Frequenz von 12,5 MHz. Die weitere Verarbeitung des Signals wird in einem digitalen Speicheroszilloskop und im Zentralrechner durchgeführt. Hinter dem A/D Wandler 18 ist noch ein Plotter 19 angeschlossen.
Fig. 1 zeigt, daß der A/D Wandler vom Funktionsgenerator 1 getriggert wird.
Das digitalisierte Signal wird in an sich bekannter Weise gespeichert und verarbeitet. Es ist speziell für erforderliche
Korrekturen verfügbar. Es ist auch möglich, daß ein Signal vor der A/D-Umwandlung abgezweigt und erst nach einer analogen weiteren Verarbeitung digitalisiert wird.
Fig. 2 zeigt schematisch die Geometrie eines Gefäßes, mit dem die unten angegebenen Meßergebnisse erhalten wurden.
Wie Fig. 2 zeigt, ist der Schallkopf 4 in einem Probenbehälter 20 angeordnet. Er ist ein Schallkopf für 17 MHz, der breitbandig, angepaßt und fokussiert ist. Das Probengefäß 20 enthält Wasser. Zwei Filme 21 begrenzen einen Probenbereich, in dem 10 mg Ultraschall-Kontrastmittel in 3 ml H20 aufgelöst sind. Die im Meßbereich zwischen den Filmen 21 reflektierten oder zurückgestreuten Signale enthalten bestimmte Komponenten, die durch gegenseitige Einwirkung des Sendeimpulses (mit f0) und des in das Meßobjekt eingeführten nicht linearen Kontrastmittels erhalten werden. Fig. 3 zeigt schematisch das Frequenzband des Wandlerelements im Schallkopf. Es zeigt sich, daß im Arbeitsbereich die Frequenzantwort des Oszillators im Schallkopf quasi-linear ist. Die Frequenzantwort im Arbeitsbereich kann dazu verwendet werden, eine gleiche Frequenz-antwort in der geprüften Probe zu kompensieren, jedoch kann die Frequenzantwort in der geprüften Probe auch anschließend durch Gewichtung korrigiert werden.
Für die Messung wird eine interessierende Zeitspanne im Zeitbereich mit Hilfe einer (nicht dargestellten) rechnergesteuerten Torschaltung ausgewählt. Man kann auch verschiedene Zeitspannen auswählen. Das zugeordnete Spektrum wird mit Hilfe einer FFT-Schaltung (Fast Fourier Transformation) berechnet, und Beispiele solcher Spektren sind in den Fig.n 4 bis 9 dargestellt. Durch Wahl einer geeigneten Länge des Zeitfensters ist es möglich, zwischen optimaler Frequenzauflösung und optimaler räumlicher Auflösung zu wählen. Die Fig.n 4 bis 8 zeigen jeweils das Spektrum über dem Zeitfenster. Um in diesen Figuren die spektralen Komponenten klar zu zeigen, wurde ein langes Zeitfenster, und somit eine dürftige räumliche Auflösung, gewählt. Fig. 4 zeigt die Änderung des Sendeimpulses nach der Reflexion am Koppelfenster über der Zeit ohne Kontrastmittel, f O = 4,'0 MHz,' + 15 dBm am Schallkopf. Ein klares Signal ist bei 4 MHz erkennbar. Das im oberen Teil von Fig. 4 dargestellte Signal ist ein mittleres Leistungsspektrum, das hinter dem Tiefpaßfilter mit einer Nyquist-Frequenz von 50 MHz erhalten wurde.
Fig. 5 zeigt das Rückstreusignal aus der Probenkammer ohne Ultraschall-Kontrastmittel. Fig. 6 zeigt das Rückstreusignal 7 Minuten nach der Hinzufügung von 10 mg Kontrastmittel in 3 ml von H20. Eine klare Spitze ist bei 2 ■ fo erkennbar.
Fig. 7 zeigt eine Messung nach 21 Minuten unter den in Fig. 5 gegebenen Bedingungen. Es wurde eine Frequenz f0 = 3 MHz verwendet. Das aufgezeichnete Spektrum zeigt klar die erste und zweite Harmonische bei 6,0 MHz und 9,0 MHz. Fig. 8 zeigt das Rückstreusignal 15 Minuten nach der Hinzufügung eines Ultraschall-Kontrastmittels in kleiner Konzentration. Es wurde eine Frequenz f von 4 MHz + 20 dBm am Schallkopf verwendet. Das im oberen Teil der Fig. 8 gezeigte Spektrum zeigt mit relativ hoher Frequenzauflösung die Subharmonische bei 1/2 fo, die Überharmonische bei 3/2 fo und die erste Harmonische bei 2 fQ.
Fig. 9 zeigt das Rückstreusignal vom linearen Ultraschall- Kontrastmittel bei fQ = 4 MHz + 15 dBm am Schallkopf. Das Spektrum zeigt eine Rückstreuung nur bei der Erregungsfrequenz.
Es ist ersichtlich, daß die dargestellten Spektren klare Amplituden in Frequenzbereichen haben, die im gesendeten Spektrum nicht vorkommen, wenn eine Interaktion mit nichtlinearen Kontrastmitteln stattgefunden hat. Es ist möglich, spektrale Änderungen auszuwerten, die auf einem Dopplereffekt beruhen. Um die verwendete Schaltung in den beschriebenen Ausführungen zum Darstellen von Ultraschallprozessen zu verwenden, sind im Fall eines Schallkopfs der Art mit in Reihen angeordneten Phasen zusätzliche Komponenten vorhanden oder wird ein dynamisch fokussierter Schallkopf verwendet. Ein entsprechender Schaltplan ist in Fig. 10 gezeigt.
Das Sendesignal vom Funktionsgenerator 1 (Frequenz f ) wird vom Ausgang 2 zu einem n-Weg-Signalteiler 5 gegeben. Das Signal wird auf jeweils einen Zweig je Wandlerelement aufgeteilt. Bei der dargestellten Ausführungsform sind n Wandlerelemente 4 vorhanden. Die Wandlerelemente 4.1...4.n empfangen das Signal über Verzögerungsschaltungen 7.1...7.n und über die T/R-Schalter 3.1...3.n, die vom Generator oder vom Rechner gesteuert sind. Der Rechner stellt die Zeitverzögerung für jedes Wandlerelement so ein, daß bei der gewählten Sendefrequenz die gewünschte Richtcharakteristik am Schallkopf erzeugt wird. Die gleiche Richtcharakteristik wird vom Rechner im Empfängerteil durch entsprechende Zeitverzögerungen eingestellt. Das an den Schallköpfen 4.1...4.n empfangene Signal wird über die T/R-Schalter 3.1...3.n an breitbandige Vorverstärker 6.1...6.n gegeben, von denen jeder ein Signal an einen m-Weg-Signalteiler 10 liefert, an den nachrichtenstromunterhalb geeignet gesteuerte oder justierte Verzögerungsschaltungen 11 angeschlossen sind, die Schaltungen 12 für die Frequenzbandselektion speisen. Dahinter sind Schaltungen für die phasenkorrekte Summierung der Frequenzbänder und, falls zweckmäßig, für die Signalteilung angeschlossen. Hierauf folgt die selektive weitere Verarbeitung der einzelnen Frequenzbänder mit Hilfe von an sich bekannten Verfahren.
Speziell wird die Auswertung von Frequenzen, die nicht identische Frequenzen zu f0 sind, beispielsweise von 1/2 f0 und 2 f0, durchgeführt.
Die Verzögerungsschaltungen können variabel oder fest sein. Die Verteilung der empfangenen Signale auf die m-Weg- Signalteiler erzeugt die gewünschte Anzahl von Frequenzbändern, deren Position und deren Breite mit Hilfe von Bandfiltern justiert werden. Alternativ kann die Teilung so erfolgen, daß das empfangene Signal mit einem Hilfssignal gemischt wird, das aus dem ursprünglichen Signal abgeleitet wird und in Abhängigkeit vom Frequenzband so abweicht, daß die einzelnen Bänder mit einförmigen Komponenten in den nachfolgenden Stufen arbeiten können. Das Frequenzband um fQ gibt die üblichen Ergebnisse, während die anderen Bänder zum großen Teil frequenzverschobene und nicht lineare Signalkomponenten aus der Interaktion des
Sendesignals mit den nicht linearen Ultraschall- Kontrastmitteln enthalten.
Die weiteren Verarbeitungsschritte und Signalanalysen können in jedem beliebigen gewünschten Frequenzkanal oder in verschiedenen parallelen Frequenzkanälen in Übereinstimmung mit bekannten Vorgehensweisen durchgeführt werden. Um zwei Sendefrequenzen f0 und f zu verwenden, ist ein in Fig. 10 auf der rechten Seite gezeigter zweiter Generator 1 vorhanden, der über Signalteiler und Verzögerungsleitungen mit den T/R-Schaltern 3.1...3.n verbunden ist. Der zweite Generator 1 ermöglicht es, wenigstens denjenigen räumlichen Bereich des untersuchten Objekts, der durch die Richtungscharakteristik zu dieser Zeit und das Empfängertor bestimmt ist, den Ultraschallwellen auszusetzen. Die Konstruktion kann so sein, daß zusätzlich zu den beschriebenen Breitband-Wandlerelementen der Schallkopf wenigstens einen weiteren, ebenfalls breitbandigen Sendewandler enthält, der vorzugsweise elektrisch von den anderen getrennt ist und vom zweiten, unabhängigen Sendegenerator 1 gespeist wird. Jedoch können die beiden Sendesignale auch elektrisch so einander überlagert sein, daß das selbe Wandlerelement verwendet wird. Fig. 11 zeigt (in der oberen Hälfte der Figur) im
Zeitbereich das Rückstreusignal, das durch ein Kontrastmedium, wie es in WO 93/55242 beschrieben ist, mit schwacher Erregung mit einem 5-MHz-Stoß einer Amplitude von 0,1 MPa bewirkt wird.
In der unteren Hälfte der Figur ist das Leistungsspektrum dieses Signals wiedergegeben. Das Signal mit der Erregungsfrequenz fo (5 MHz) ist klar erkennbar; Harmonische, Subharmonische und Überharmonische gehen statisch unter.
Fig. 12 zeigt das Rückstreusignal bei einer Erregung mit einer Amplitude von 0,34 MPa unter im übrigen identischen Testbedingungen wie die für Fig. 11. In diesem Fall kann der größere Rückstreuanteil des Kontrastmittels im Zeitbereich klar erkannt werden. In der Frequenzauflösung können die Signale eindeutig bei 2 fQ und 3 fo festgestellt werden. Fig. 13 zeigt das Rückstreusignal bei einer Erregung mi einer Amplitude von 1 MPa. Der Rückstreuanteil de Kontrastmittels ist, im Zeitbereich (obere Hälfte der Figur) ersichtlich höher als die Reflexe der Sendeimpulse, und es is zu beachten, daß 1 Skalenmarkierung in der Ordinate hier 5 mV entspricht. Im Leistungsspektrum (untere Hälfte der Figur können die Signale klar bei 1/2 f0, fo, 3/2 f0, 2 f0, 5/2 f0 3 f 0,' 7/'2 fo und 4 fo erkannt werden. Überraschenderweise ha das Signal bei 2 f0 eine Intensität etwa gleich dem Echo de ausgestrahlten Frequenz (f0).
Fig. 14 zeigt die Stärke des zurückgestreuten Signals be 2 f als Funktion des ausgestrahlten Schalldrucks be verschiedenen Erregungsfrequenzen (fo) von 2, 3 und 4 MHz. Auch in diesem Fall wurde ein Kontrastmittel verwendet, wi es in WO 93/25242 beschrieben ist. Überraschenderweise steig die Stärke des zurückgestreuten festgestellten Signals übe den Schwellenwert von etwa 40 dB an, und zwar überproportiona zur Erregungsstärke. Dieses Verhalten wird in analoger Weis auch für andere Kontrastmittel-Zubereitungen beobachtet, beispielsweise für Mikropartikel, die auf fetten säure haltigen Galaktose-Partikeln beruhen, oder Mikropartikeln, die aus einem Gaskern und einer bio-abbaubaren polymeren Schal bestehen, woran als Option ein Molekül mit orts-, struktur- und/oder gewebespezifischen Eigenschaften gebunden ist. Die gesamte Offenbarung aller Anmeldungen, Patente und Publikationen, die oben und im folgenden aufgeführt sind, wird hierbei durch Bezugnahme einbezogen.
Aus der vorgehenden Beschreibung kann der Fachmann leicht die wesentlichen Merkmale der Erfindung ermitteln und kann, ohne den Sinn und Umfang der Erfindung zu verlassen, verschiedene Änderungen und Modifikationen der Erfindung durchführen, um sie unterschiedlichen Gebrauchsweisen und Bedingungen anzupassen.

Claims

Patentansprüche
Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zum Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mit beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in einem Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit- ten:
Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul¬ traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen als Rück¬ streukörper enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, wenn es Ultraschallwellen ausgesetzt wird, derart, daß das Kontrastmittel nichtlineare Vibrationen der Mikro¬ bläschen erzeugt, wenn sie im Untersuchungsbereich durch ausgestrahlte Ultraschallwellen bestrahlt wer¬ den, in den Untersuchungsbereich;
Aufbringen eines HF-Erregungsstoßes einer Frequenz f0 zum elektrischen Erregen eines breitbandigen, aku¬ stisch hoch gedämpften, elektrisch angepaßten Ultra- schallwandlers mit einem Wandlerelement oder mehreren Wandlerelementen, die einzeln oder in Gruppen steuer¬ bar sind, und hierdurch Belegung des Untersuchungs- bereichs mit den Ultraschallwellen, f , von 1 MHz bis 22 MHz und mit einer Amplitude, die wirksam ist, we¬ nigstens einen Teil der im Kontrastmittel befindlichen oder von diesem erzeugten Mikrobläschen zum Platzen zu bringen;
Empfangen des vom Untersuchungsbereich reflektierten und des vom Untersuchungsbereich rückgestreuten Ul- traschallsignals durch den Ultraschallwandler und Verarbeiten des empfangenen Ultraschallsignals für die weitere Auswertung; und aus dem reflektierten und zurückgestreuten Ultraschallsignal, Auswerten von wenigstens einer der Harmonischen, S ubharmoni schen und/oder Überharmonischen der Erregungsfrequenz f0 und optional der Erregungsfrequenz f .
Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zum Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mit beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in einem Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit¬ ten: Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul¬ traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen als Rück¬ streukörper enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, wenn es Ultraschallwellen ausgesetzt wird, derart, daß das Kontrastmittel nichtlineare Vibrationen der Mikro- bläschen erzeugt, wenn sie im Untersuchungsbereich durch ausgestrahlte Ultraschallwellen bestrahlt wer¬ den, in den Untersuchungsbereich;
Aufbringen von zwei HF-Erregungsstößen mit Erregungs¬ frequenzen f0 und f zum elektrischen Erregen eines breitbandigen, akustisch hoch gedämpften, elektrisch angepaßten Ultraschallwandlers mit einem Wandlerele¬ ment oder mehreren Wandlerelementen, die einzeln oder in Gruppen steuerbar sind, wobei die Erregungsfrequen- zen fo und fp unterschiedlich sind und j Jeweils niedri- ger als die halbe obere Grenzfrequenz des Arbeits¬ bereichs des Ultraschallwandlers sind, und wobei we¬ nigstens eine der Erregungsfrequenzen eine Amplitude hat, die wirksam ist, wenigstens einen Teil der im Kontrastmittel befindlichen oder von diesem erzeugten Mikrobläschen zum Platzen zu bringen;
Empfangen des vom Untersuchungsbereich reflektierten und des vom Untersuchungsbereich rückgestreuten Ul¬ traschallsignals durch den Ultraschallwandler und Verarbeiten des empfangenen Ultraschallsignals für die weitere Auswertung; und aus dem reflektierten und zurückgestreuten Ultraschallsignal, Auswerten der Summe oder der Differenz der beiden Erregungsfrequenzen.
Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kontrastmittel eines ist mit:
Mikropartikeln, die auf fetten säurehaltigen Galacto- separtikeln beruhen, oder Mikropartikeln, die aus einem Gaskern und einer bio- abbaubaren polymeren Schale^bestehen, optional gebun¬ den durch Moleküle mit orts-, Struktur- und/oder gewe¬ bespezifischen Eigenschaften.
4. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Erregungsfrequenz f0 2 bis 5 MHz beträgt.
5. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schalldruckamplitude 0,01 MPa bis 5 MPa beträgt.
6. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schalldruckamplitude 0,03 MPa bis 1 MPa beträgt.
7. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3, bei dem je HF- Stoß 1 bis 50 Impulse emittiert werden.
8. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3, bei dem je HF- Stoß 2 bis 8 Impulse emittiert werden.
9. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung von Blutgefäßen.
10. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno- stische Darstellung von Kapillaren.
11. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung des Herzmuskels.
12. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Leber.
13. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Niere.
14. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Haut. 15. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Muskeln.
16. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung des Augengrundes.
17. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Lymphgefäße und/oder der Lymphknoten.
18. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung des Harntraktes.
19. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno- stische Darstellung einer kleinen und/oder einer gro¬ ßen Körperhöhle.
20. Ultraschallverfahren nach Anspruch 3 für die diagno¬ stische Darstellung der Eileiter.
21. Ultraschallverfahren nach Anspruch 20 für die Frucht¬ barkeitsdiagnose.
22. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Signal mit 2 fo ausgewertet wird.
23. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Untersuchungsbereich eine Körperzone ist und die Kon¬ zentration der Mikrobläschen aus dem Kontrastmittel in der Körperzone etwa 1.000 Mikrobläschen pro cm3 oder weniger beträgt.
24. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem das Kontrastmittel eines ist mit: Mikropartikeln, die auf fetten säurehaltigen Galacto- separtikeln beruhen, oder
Mikropartikeln, die aus einem Gaskern und einer bio- abbaubaren polymeren Schale bestehen, optional gebun- den durch Moleküle mit orts-, Struktur- und/oder gewe¬ bespezifischen Eigenschaften.
25. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Erregungsfrequenz fo 2 bis 5 MHz beträgt.
26. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem die Schalldruckamplitude 0,01 MPa bis 5 MPa beträgt.
27. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem die
Schalldruckamplitude 0,03 MPa bis 1 MPa beträgt.
28. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24, bei dem je HF- Stoß 1 bis 50 Impulse emittiert werden.
29. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24, bei dem je HF- Stoß 2 bis 8 Impulse emittiert werden.
30. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno- stische Darstellung von Blutgefäßen.
31. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno¬ stische Darstellung von Kapillaren.
32. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno¬ stische Darstellung des Herzmuskels.
33. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno¬ stische Darstellung der Leber.
34. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno¬ stische Darstellung der Niere.
35. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno- stische Darstellung der Haut.
36. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno¬ stische Darstellung der Muskeln. 24
37. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno stische Darstellung des Augengrundes.
38. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno stische Darstellung der Lymphgefäße und/oder de Lymphknoten.
39. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno stische Darstellung des Harntraktes.
40. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno stische Darstellung einer kleinen und/oder einer gro ßen Körperhöhle.
41. Ultraschallverfahren nach Anspruch 24 für die diagno stische Darstellung der Eileiter.
42. Ultraschallverfahren nach Anspruch 41 für die Frucht barkeitsdiagnose.
43. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem da Signal mit 2 f0 der wenigstens einen Erregungsfrequenz ausgewertet wird.
44. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem de
Untersuchungsbereich eine Körperzone ist und die Kon¬ zentration der Mikrobläschen aus dem Kontrastmittel in der Körperzone etwa 1.000 Mikrobläschen pro cm3 oder weniger beträgt.
45. Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zum
Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mit beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in einem
Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit- ten:
Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul¬ traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen als Rück¬ streukörper enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, 25 wenn es Ultraschallwellen ausgesetzt wird, derart, daß das Kontrastmittel nichtlineare Vibrationen der Mikro¬ bläschen erzeugt, wenn sie im Untersuchungsbereich durch ausgestrahlte Ultraschallwellen bestrahlt wer- den, in den Untersuchungsbereich;
Aufbringen eines HF-Erregungsstoßes einer Frequenz f zum elektrischen Erregen eines breitbandigen, aku¬ stisch hoch gedämpften, elektrisch angepaßten Ultra¬ schallwandlers mit einem Wandlerelement oder mehreren Wandlerelementen, die einzeln oder in Gruppen steuer¬ bar sind, und hierdurch Belegung des Untersuchungs¬ bereichs mit den Ultraschallwellen, ' fo,' von 1 MHz bis
22 MHz und mit einer Amplitude beim oder über einem Schwellenwert derart, daß die vorübergehenden Rück- streusignale vom Kontrastmittel in Bezug zur Erre¬ gungsfrequenz überproportional erhöht werden; Empfangen des vom Untersuchungsbereich reflektierten und des vom Untersuchungsbereich rückgestreuten Ul- traschallsignals durch den Ultraschallwandler und Verarbeiten des empfangenen Ultraschallsignals für die weitere Auswertung; und aus dem reflektierten und zurückgestreuten Ultraschallsignal, Auswerten der Harmonischen, Subhar¬ monischen und/oder Überharmonischen der Erregungs- frequenz f und optional der Erregungsfrequenz fQ.
46. Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zum Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mit beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in einem Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit¬ ten:
Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul¬ traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen als Rück- streukörper enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, wenn es Ultraschallwellen ausgesetzt wird, derart, daß das Kontrastmittel nichtlineare Vibrationen der Mikro¬ bläschen erzeugt, wenn sie im Untersuchungsbereich durch ausgestrahlte Ultraschallwellen bestrahlt wer- den, in den Untersuchungsbereich;
Aufbringen von zwei HF-Erregungsstößen mit Erregungs frequenzen f0 und f zum elektrischen Erregen eine breitbandigen, akustisch hoch gedämpften, elektrisc angepaßten Ultraschallwandlers mit einem Wandlerele ment oder mehreren Wandlerelementen, die einzeln ode in Gruppen steuerbar sind, wobei die Erregungsfrequen zen f0 und f unterschiedlich sind und jeweils niedri ger als die halbe obere Grenzfrequenz des Arbeits bereichs des Ultraschallwandlers sind, und wobei we nigstens eine der Erregungsfrequenzen eine Amplitude bei oder über einem Schwellenwert derart, daß di vorübergehenden Rückstreusignale vom Kontrastmittel i Bezug zur wenigstens einen Erregungsfrequenz über proportional erhöht werden, hat;
Empfangen des vom Untersuchungsbereich reflektierte und des vom Untersuchungsbereich rückgestreuten Ul traschallsignals durch den Ultraschallwandler un Verarbeiten des empfangenen Ultraschallsignals für di weitere Auswertung; und aus dem reflektierten und zurückgestreute Ultraschallsignal, Auswerten der Summe oder der Diffe renz der beiden Erregungsfrequenzen.
47. Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zu Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mi beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in eine Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit ten: Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, wenn es einer Ultra¬ schallenergie ausgesetzt wird, in den Untersuchungs¬ bereich; Aufbringen einer Ultraschallfrequenz f0 von 1 MHz bis
22 MHz und mit einer Amplitude, die wirksam ist, we¬ nigstens einen Teil der im Kontrastmittel befindlichen oder von diesem erzeugten Mikrobläschen zum Platzen zu bringen; und aus dem reflektierten und zurückgestreuten Ultraschallsignal, Auswerten der Harmonischen, der Subharmonischen und/oder der Überharmonischen der Frequenz f0.
48. Ultraschallverfahren zum Darstellen, und optional zum Auswerten eines Dopplerspektrums, eines Objekts mit beschränktem Widerstand gegen Schallenergie in einem Untersuchungsbereich, mit folgenden Verfahrensschrit¬ ten: Einführen des darzustellenden Objekts und eines Ul¬ traschall-Kontrastmittels, das Mikrobläschen enthält oder das Mikrobläschen erzeugt, wenn es Ultraschall¬ wellen ausgesetzt wird, in den Untersuchungsbereich; Aufbringen zweier Ultraschallfrequenzen fo und f , die unterschiedlich sind und jeweils niedriger als die halbe obere Grenzfrequenz des Arbeitsbereichs des Ultraschallwandlers, der die Ultraschallenergie er¬ zeugt, sind, wobei wenigstens eine der Frequenzen, fQ und f , eine Amplitude hat, die wirksam ist, wenigstens einen Teil der im Kontrastmittel befindlichen oder von diesem erzeugten Mikrobläschen zum Platzen zu bringen; und aus dem reflektierten und zurückgestreuten Ultraschallsignal, Auswerten der Summe oder der Diffe- renz der beiden Frequenzen fo und f .
49. Ultraschallverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Untersuchungsbereich eine Körperzone ist und die Kon¬ zentration der Mikrobläschen aus dem Kontrastmittel in der Körperzone 1 000 bis 100 000 Mikrobläschen pro cm3 beträgt.
50. Ultraschallverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Untersuchungsbereich eine Körperzone ist und die Kon- zentration der Mikrobläschen aus dem Kontrastmittel in der Körperzone 1 000 bis 100 000 Mikrobläschen pro cm3 beträgt.
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