FI107875B

FI107875B - Ultraäänen avulla toimiva spektraalinen kontrastikuvaus

Info

Publication number: FI107875B
Application number: FI962143A
Authority: FI
Inventors: Marcel Arditi
Original assignee: Bracco Research Sa
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 2001-10-31
Also published as: CA2173841A1; JP3604696B2; CZ290552B6; ZA957999B; NZ292253A; DE69533059D1; CA2173841C; ATE266966T1; FI962143A; JPH09505761A; KR100380227B1; NO962068L; IL115363A0; IL115363A; CN1120695C; AU688116B2; EP0730433B1; WO1996009002A1; DE69533059T2; CZ133196A3

Description

107875

Ultraäänen avulla toimiva spektraalinen kontrastikuvaus Keksinnön alue

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä 5 elinten ja kudoksen ultraäänikuvausta varten ilmaisemalla ultraäänen takaisinsironta kontrastiaineen sisältävällä alueella, tämän menetelmän käsittäessä ultraäänisäteen projisioimisen kuvattavaan kudosvyöhykkeeseen, tästä kudoksesta heijastuneen kaiun vastaanottamisen suurtaajuus-10 vastauksena, tämän suurtaajuusvastauksen käsittelemisen videolähtösignaaliksi, joka tallennetaan videokeilausmuut-timeen, ja kudoksen keilauksen videokuvan muodostamiseksi tutkimuksen kohteena olevasta alueesta. Keksinnön kohteena on myös järjestelmä kontrastiainetta sisältävien elinten 15 tai kudoksen ultraäänikuvausta varten, tämän järjestelmän käsittäessä ultraäänikoettimen ultraäänisignaalien lähettämistä ja vastaanottoa varten, signaalinkäsittelyväli-neen, välineen käsiteltyjen signaalien tallentamiseksi ja näyttöelementin. Keksinnön kohteena on myös tämän elinten 20 ja kudoksen kuvaamista varten tarkoitetun järjestelmän , , käyttö.

• · i .* Keksinnön tausta • · · ·..! Ultraäänen laaja hyväksyntä halpana ulkopuolelta toimivana diagnostisena tekniikkana, johon kytkeytyy • · J.*·; 25 elektroniikan ja siihen liittyvien tekniikoiden nopea ke- : hitys, on saanut aikaan useita parannuksia ultraäänilait- :*·*; teistossa ja ultraäänisignaalikäsittelyjohdotuksessa. Lää- • ketieteellistä tai muuta käyttöä varten suunnitellut kei-laimet ovat halventuneet ja tulleet helppokäyttöisemmiksi, • · ... 30 rakenteeltaan tiiviimmiksi, monimutkaisemmiksi ja tehok- * « ' ^ *!* kaammiksi instrumenteiksi. Kuitenkin akustisen impedanssin • · • *·· muutokset elävän kudoksen sisällä ovat pieniä ja erilais- • · · ten kudostyyppien ultraäänienergian absorptio (verisuonet, elimet jne.) ovat sellaisia, että diagnostiset sovellukset • · · 35 eivät aina ole teknisen kehityksen mukaisia. Tämä tilanne • · 107875 2 on muuttunut huomattavasti valvonnan alaisten kontrastisi-neiden kehityksen ja käyttöönoton yhteydessä. Kaasun mik-rokuplien tai mikroilmapallojen suspensioista tehtyjen kontrastiaineiden syöttäminen tutkittavien elinten sisään 5 on osoittanut, että elinten ja ympärillä olevan kudoksen paremmat ultraäänikuvat voidaan saavuttaa standardimalli-sen ultraäänilaitteiston avulla. Siten maksan, pernan, munuaisten, sydämen tai muiden pehmeiden kudosten kaltaiset elimet ovat tulleet selvemmin näkyviksi, mikä on avannut 10 uusia diagnostisia alueita sekä B-moodi- että Doppler-ult-raääntä varten ja laajentanut ultraäänen käyttöä diagnostisena apuvälineenä.

Valitettavasti tähän asti ultraäänikontrastlaineita ja ultraäänitekniikoita, so. keilaimia, elektronista 15 johdotusta, muuttimia ja muuta laitteistoa on vain harvoin tutkittu ja kehitetty yhdessä. Näiden muissa yhteyksissä kysymykseen tulevien osa-alueiden lähes riippumattomat kehitysvaiheet ovat johtaneet vastaavien tuotteiden ja järjestelmien pieniin parannuksiin, jolloin ei ole kuitenkaan 20 ollut mahdollista käyttää hyväksi tutkimusten tarjoamia synergioita, laitteen elektronisten/ultraääniominaisuuk- • · * ·* sien ja kontrastiaineen fysikaalisten ominaisuuksien yh- distyessä näiden tutkimusten yhteydessä. Muutamissa täi-***** laisissa yksittäisissä tutkimuksissa on selostettu paran- 25 nuksia erityisiin aine/laitteistoyhdistelmiin, näiden rat- : kaisujen ollessa kuitenkin liian rajoitettuja. Yleiskäyt- • · · .*:*. töisemmät menetelmät suuremman kudoserotuskyvyn, paremman kuvan ja ultraäänen suuremman käyttökelpoisuuden saavutta- >e<<. miseksi diagnostisena tekniikkana ovat tervetulleita ja « ♦ ... 30 jos niiden toteutus pidetään suhteellisen yksinkertaisena, ♦ ♦ *"* ne olisivat laajasti hyväksyttävissä.

:*·.. Siten useissa asiakirjoissa selostetaan erilaisia kehitysvaiheita lääketieteellisen ultraäänilaitteen ja ··· ./ -kuvauksen alueella, kuten esimerkiksi julkaisuissa US-A-4 : '* 35 803 993, US-A-4 803 994, US-A-881 549, US-A-5 095 909, US- • · 107875 3 A-5 097 836 jne. Kuitenkin, vaikka näiden asiakirjojen yhteydessä on kysymys tosiaikajärjestelmistä ja -menetelmistä, niissä ei oteta huomioon kontrastiaineen fysikaalisia ominaisuuksia. Itse asiassa ne eivät koske lainkaan 5 kontrastiainetta.

Yritys parantuneen ultraäänikuvauksen suhteen on selostettu julkaisussa WO-A-93/12720 (Monaghan), jossa esitellään kehon tietyn alueen kuvausmenetelmä subtraktii-visten ultraäänikuvien perusteella, jotka on saatu ennen 10 kontrastiaineen ruiskuttamista saman alueen kuvista, jotka on saatu tulokseksi kontrastiaineen syöttämisen jälkeen. Tähän vastaussubtraktioperiaatteeseen perustuen kyseinen menetelmä asettaa samalta alueelta ennen kontrastiaineen syöttämistä ja sen jälkeen saadut kuvat päällekkäin ja an-15 taa käyttöön tältä alueelta olevan kuvan, johon on kaadettu kontrastiainetta ja joka on vapaa taustakuvasta, kohinasta ja loisista. Teoriassa tämä menetelmä kykenee saamaan aikaan laadultaan hyviä kuvia, jotka sisältävät lisääntyneen kontrastin. Kuitenkin käytännössä vaaditaan sa-20 man vertailuasennon ylläpitämistä alueella, jota on kuvattu pitkän aikaa, so. kyllin kauan kontrastiaineen ruiskut- • · : ·* tamisen ja valuttamisen sallimiseksi ja valtavan tietomää- rän säilyttämiseksi. Tämän menetelmän soveltaminen käytän- *:**ί nössä on siten erittäin vaikeaa tai jopa mahdotonta. Tämä • · !/.: 25 vaikutus johtuu yhtäältä hengitykseen, ruoansulatukseen ja : sydämenlyönteihin liittyvistä väistämättömistä kehonliik- ··· .*·*. keistä ja toisaalta ultraäänioperaattorin käytössä olevan kuvauskoettimen liikkeistä. Useimpia tosiaikaisia kuvaus- ...,· koettimia pidetään yleensä kädessä parhaan mahdollisen ha- • · ..._ 30 vainnoinnin, takaisinkytkennän ja diagnoosin saavuttami- *:** seksi.

• *.· Kiinnostavia ehdotuksia mikrokuplasuspensioita :***: kontrastiaineena sisältävän kudoksen parannettua kuvausta ··» varten on tehnyt Burns, P., Radiologia 185 P (1992) 142 ja * . 35 Schrope, B et ai, Ultrasound in Med. & Biol. 19 (1993) • · 107875 4 567. Tällöin on oletettu, että mikrokuplien epälineaarisen heilahtelun synnyttämiä toisia ylivärähtelytaajuuksia käytetään Doppler-kuvausparametreina. Ehdotettu menetelmä perustuu siihen tosiasiaan, että normaali kudos ei anna epä-5 lineaarisia vastauksia samalla tavoin kuin mikrokuplat, ja siten toiset yl ivär ähtelyt aa j uudet sisältävä menetelmä sallii kontrastin lisääntymisen kontrastiaineella varustetun ja ilman sitä olevan kudoksen välillä. Vaikka menetelmä onkin kiinnostava, se sisältää tiettyjä haittoja, ja 10 sen soveltamiseen liittyy useita tiukkoja vaatimuksia. Ensiksikin "kuplaresonanssiin" liittyvä perustaajuus on herätettävä sangen kapeakaistaisten pulssien, so. useiden suurtaajuusjaksojen suhteellisen pitkien äänipurstien avulla. Vaikka tämä vaatimus on yhteensopiva Doppler-me-15 netelmän vaatimien piirien ja olosuhteiden kanssa, sitä ei voida soveltaa B-moodikuvauksen yhteydessä, jolloin ultra-äänipulssien kestoaika on erittäin lyhyt, käsittäen yleensä puolijakson tai yhden täysjakson pituisen herätyksen. Tässä tapauksessa riittämättömästi energiaa muunnetaan pe-20 rustaajuudesta "toiseen ylivärähtelytaajuuteensa", ja siten ei B-moodikuvaustapaa voida juuri käyttää tätä kaiku- • · • ·' lisäysmenetelmää varten. Toiseksi toinen ylivärähtelytaa- juus vaimentuu ultraäänikaiun edetessä kudoksessa matkal- » laan takaisin muuttimeen taajuuteensa määrittämällä nopeu-25 della, joka on huomattavasti suurempi kuin perus taajuuden • vaimennusnopeus. Tämä rajoitus muodostaa haitan "harmoni-··· sessa kuvausmenetelmässä", joka on siten rajoittunut ete-nemissyvyyksiin, jotka ovat yhteensopivia ultraäänivaimen-nuksen kanssa korkealla "toisella yl ivärähtelytaaj uudel- • · ... 30 la". Lisäksi kaikusignaalikomponenttien muodostamiseksi • · *” kaksinkertaisella perustaajuudella "harmoninen kuvaus" • · j vaatii kontrastiaineen epälineaarista heilahtelua. Tällai- :*’*! nen käyttäytyminen saa ultraääniherätystason ylittämään • · · tietyn akustisen kynnysarvon kuvauspisteessä (so. tietyllä * . 35 syvyydellä kudoksessa). Epälineaarisen heilahtelun aikana • · 107875 5 tapahtuu taajuusmuutos aiheuttaen akustisen energian erityisen osan muuntamisen perusherätystaajuudesta toiseen ylivärähtelyarvoonsa. Toisaalta tämä taso ei saisi ylittää mikrokuplan purstitasoa, jolla mikrokuplat hävitetään, 5 jolloin harmoninen kuvaus epäonnistuu kontrastlaineen tuhoutumisen johdosta kuvaustilavuudessa. Nämä rajoitukset vaativat, että kuvausinstrumentti asetetaan siten, että varmistetaan lähetysakustisen tason putoaminen määrätyn energiakaistan sisäpuolelle, sen ollessa kyllin korkea 10 toisten ylivärähtelykomponenttien muodostamiseksi, mutta riittävän alhainen mikrokuplien tuhoutumisen välttämiseksi muutamien jaksojen aikana.

Siten toisin kuin näissä "ennen" ja "jälkeen" menetelmissä menetelmä, joka kykenee käsittelemään saman-15 aikaisesti ja normaalissa tosiajassa ("lennossa") tapahtuvien sovellusten aikana saaduista tosiaikakaiuista saatuja elektronisia signaaleja, muodostaisi suuren askeleen kohti parempaa kuvausta ja ultraäänen avulla toimivan diagnostisen laitteiston laajempaa käyttöä. Tällainen menetelmä pe-20 rustuisi kaikusignaaleihin, jotka saadaan signaalinkäsit-telytoimintojen avulla kuvatuilta alueilta, näiden toimin- • · • ·* tojen ollessa suunniteltuina lisäämään kontrastia kontras- tiainetta sisältävien ja niitä sisältämättömien alueiden välillä taajuusvastausparametrien perusteella, jolloin tä-25 mä menetelmä olisi helppokäyttöinen ja toisi käyttöön uu- : siä laiterakenteita.

···

Yhteenveto keksinnöstä • e ·

Lyhyen yhteenvedon mukaisesti tämän keksinnön koh-teenä on tosiaikamenetelmä elinten ja kudoksen ultraääni- • · ... 30 kuvausta varten ilmaisemalla ultraäänitakaisinsironta alu- • · ·;· eella, joka sisältää kontrastiainetta, suuntaamalla ultra- ' j äänisäde kuvattavalle kudosvyöhykkeelle ja vastaanottamal- la kaiku kudoksesta heijastuneella suurtaajuusvastaussig- • · · ./ naalina tai -signaaleina, demoduloimalla suurtaajuusvas- • · · * . 35 taus videolähtösignaaliksi, tallentamalla tulostus video- • · 107875 6 keilainmuuttimeen, keilaamalla kudos ja toistamalla edellä mainitut vaiheet videokuvan muodostamiseksi tutkittavasta alueesta. Menetelmän ytimenä on demodulaatiovaihe, joka käsittää ainakin kahden taajuuden valinnan kontrastiaine-5 vastauksen suunnilleen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja ku-dosvastauksen suunnilleen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella, signaalin johtamisen vähintään kahteen itsenäiseen kanavaan, joiden päästökaistat on viritetty valituille taajuuksille, ja kummankin itsenäisen kanavan 10 signaalien demodulaation. Demodulaation yhteydessä signaalit käsitellään yhdeksi ainoaksi lähtösignaaliksi, jolloin kudoksessa olevan kontrastiaineen heijastamia kaikuja lisätään huomattavasti verrattuna itse kudoksen heijastamiin kaikuihin.

15 Vaihtoehtoisesti kudoksen ja kontrastiaineen vas- tausominaisuuksista riippuen kontrastiaineen resonanssi-taajuuden arvo kudoksen vastaavan arvon suhteen esivalitut taajuudet itsenäisten kanavien kaistanpäästösuotimien asetusta varten voidaan valita taajuuksien välillä, jotka si-20 jaitsevat kudosvastauksen suunnilleen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kontrastiainevastauksen suunnilleen 6 dB kais- • i : .1 taleveyden ylärajan välisellä alueella.

..ΙΓ Keksinnön kohteena on myös järjestelmä elinten ja ”2! kudoksen ultraäänikuvausta varten kontrastiainetta sisäl- :1·.· 25 tävän alueen ultraäänitakaisinsironnan ilmaisemisen avul- • · ; la, tämän järjestelmän sisältäessä ultraäänikoettimen uit- *·« raäänisignaalien lähettämistä ja vastaanottoa varten, sig- t naalinkäsittelyvälineet, välineet käsiteltyjen signaalien . tallentamiseksi ja näyttöelementin, signaalinkäsittelyvä- • « ... 30 lineiden käsittäessä välineet signaalin erottamiseksi vä- • · *;·’ hintään kahdeksi itsenäiseksi kanavaksi päästökaistoilla j2·.. varustettuina, jotka voidaan virittää itsenäisesti ainakin :***; kahdeksi taajuudeksi kudosvastauksen 6 dB kaistaleveyden

«M

alarajan ja kontrastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden 1[ 35 ylärajan välisellä alueella, vähintään kaksi suurtaajuus- 2 • · 107875 7 demodulaattoria, yksi kumpaakin itsenäistä kanavaa varten, ja välineen näistä itsenäisistä kanavista yksinkertaisena tulostuksena tulevien demoduloitujen signaalien käsittelemiseksi, jolloin kudoksessa olevan kontrastiaineen heijas-5 tamia kaikuja voimistetaan huomattavasti itse kudoksesta heijastuneihin kaikuihin verrattuna. Erottaminen itsenäisiin kanaviin voidaan suorittaa käyttämällä tavanomaisia muuttuvia kaistanpäästösuotimia tai spektrianalyysilaitteita erilaisten käsittelyalgoritmien, esimerkiksi nopean 10 Fourier-, lyhytaikaisen Fourier-, aalto-tai Chirp-Z muunnoksen avulla.

Keksinnön yhteydessä selostetaan myös laite kont-rastiainetta sisältävästä kudoksesta heijastuneiden ultra-äänikaikujen käsittelyä varten suurtaajuussignaaleina, tä-15 män laitteen käsittäessä vähintään kaksi itsenäistä kanavaa varustettuna päästökaistoilla, jotka voidaan virittää itsenäisesti esivalittuihin (esimääritettyihin) taajuuksiin, ja ainakin kaksi suurtaajuusdemodulaattoria, yksi kumpaakin kanavaa varten. Kolme tai neljä itsenäistä 20 kanavaa antaisivat kuitenkin paremmat kuvat, näiden kanavien lisäämisen lisätessä järjestelmän monimutkaisuutta ja * · J .1 kanavien lukmäärän valinnan muodostaessa kompromissin ku- ,.ΙΓ valaadun ja järjestelmän monimutkaisuuden välillä.

’ϊ**Σ Järjestelmän käyttöä ihmis- tai eläinpotilaiden ***.: 25 kudoksen tai elinteen ultraäänikuvausta varten selostetaan • myös.

··· .···, Piirustusten lyhyt kuvaus e · ·

Kuvio 1 esittää kaaviota erilaisten heijastimien < pulssikaikuvastauksista; • · ... 30 Kuvio 2 esittää lohkokaaviota, näyttäen kaksois- • e ·;** taajuuksisen B-moodikontrastikuvauksen keksinnön mukaises- Γ**· sa lineaarisen järjestelmän kaikuluotaimessa; :***: Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista monitaajuus- e·· kontrastikuvakäsittelyä.

e e» e • · 107875 8

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksinnön oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyt pääasialliset ominaisuudet perustuvat siihen odottamattomaan havaintoon, että elinten ja kudoksen tehostetut kuvat 5 saadaan kontrastlainetta sisältävän alueen ultraäänitakai-sinhajonnan ilmaisemisen avulla käyttämällä tosiaikamene-telmää, jossa kuvattavalle kudosvyöhykkeelle suunnatut ultraäänisäteet ja kudoksesta heijastuneet kaiut, jotka on vastaanotettu ja muutettu suurtaajuusvastaussignaaleiksi, 10 käsitellään vähintään kahdessa itsenäisessä kanavassa, joiden päästökaistat on viritetty valituille taajuuksille. Jokainen päästökaista on viritetty erilaiselle esivalitulle taajuudelle, joka kontrastiaineen ja kuvatun kudoksen luonteesta riippuen valitaan taajuuksien joukosta, jotka 15 sijaitsevat suunnilleen kontrastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja suunnilleen kudosvastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella tapausta varten, jolloin kontrastiaineen resonanssitaajuus on alhaisempi kuin kudoksen maksimivastaus. Kuitenkin, kun kont-20 rastiaineen resonanssitaajuus on korkeampi kuin kudoksen maksimivastaus, esivalitut taajuudet valitaan taajuuksien ·,·. joukosta, jotka sijaitsevat suunnilleen kudosvastauksen • ♦ 6 dB kaistaleveyden alarajan ja suunnilleen kontrastiaine-***’. vastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueel- [ 25 la. 6 dB kaistaleveys määritetään taajuusalueella, jossa • · · *· vastaus pysyy korkeampana kuin 50 % maksimiamplitudista.

Itsenäisiksi kanaviksi erotetut signaalit demoduloidaan ··· V : sen jälkeen ja käsitellään yhdeksi ainoaksi lähtösignaa- liksi, jolloin kudoksessa olevan kontrastiaineen heijasta- ·:··· 30 mat kaiut voimistuvat huomattavasti verrattuna itse kudok- .**·. sen, so. ilman kontrast lainetta olevan kudoksen, heijasta- • · · ,.· miin kaikuihin. Lähtösignaali tallennetaan sitten video- • · • '* keilausmuuttimeen ja kudos keilataan tosiaikavideokuvan ··· ^ • · muodostamiseksi tutkittavasta alueesta. Keilauksella vi-35 deokuvan muodostamiseksi on tässä yhteydessä tavanomainen • « 107875 9 merkityksensä, so. että ultraäänienergiaa kohdistetaan peräkkäisessä järjestyksessä ennalta määrättyjä keilauslin-joja pitkin ja heijastuneiden kaikujen taajuudesta riippuvat ominaisuudet vastaanotetaan ja käsitellään useita ker-5 to ja kutakin keilauslinjaa varten. Toimenpide toistetaan sitten useita kertoja kunkin videokuvan muodostavia useita linjoja varten.

Tässä yhteydessä selostettu tosiaikamenetelmä on selvästikin tehokas tai sovellettavissa vain kontrastiai-10 netta sisältävien elinten tai kudoksen yhteydessä, koska tämän keksinnön puitteissa elinten ja kudoksen kuvaaminen ilman kontrastiainetta ei anna mitään etuja tavanomaiseen ultraäänikuvaukseen verrattuna.

On havaittu, että mitä suurempi on itsenäisten ka-15 navien määrä, sitä parempi tulokseksi saatu kuva voi olla. Siten vähintään kolmella esivalitulla taajuudella toimivat järjestelmät sisältävät paremman erotuskyvyn kuin vain kahdella taajuudella toimivat järjestelmät. On kuitenkin olemassa käytännön rajoituksia käytössä olevien itsenäis-20 ten kanavien lukumäärän lisäyksen suhteen. Tämän lukumäärän lisääminen yli neljään, vaikka tulokseksi saataisiin- ·.·. kin kuvan mahdollinen lisäparannus, lisää menetelmän ja • · ‘ J järjestelmän monimutkaisuutta ja kustannuksia sekä moni- ***'. mutkaistaa signaalikäsittelyä.

····· 25 Ilmaisu "itse kudos" tai ilman kontrastiainetta • · • · · *· “ oleva kudos tarkoittaa kudoksen osia, joihin kontrastisi- neella ei ole pääsyä, so. jota potilaalle annettu kontras-

Ml : tiaine ei ole voinut kostuttaa. Kulkiessaan kudoksen läpi ja takaisin kuvattavalle alueelle suunnattu ultraääniaalto ·;··· 30 kulkee kontrastiaineen kostuttamien segmenttien tai osien .***. ja muiden segmenttien tai osien kautta, jotka ovat ilman ··· kontrastiainetta. Tätä tilannetta ei saisi sekoittaa saman • · : ** elimen tai kudoksen tunnettuun kuvaukseen ennen kontrasti- M* aineen syöttämistä ja sen jälkeen. Tällöin kuvauksen aika- ·*·.. 35 na kontrastiainetta on aina olemassa, mutta kostutetut ja ·· ··· • · 107875 10 kostumattomat alueet on erotettu toisistaan.

Kudosvastauksella tarkoitetaan energian edestakaista siirtoa taajuuden funktiona, mukaan lukien sähköinen herätys, sähköakustinen muutos, ultraäänen eteneminen 5 ja heijastus kudoksen sisällä, suurtaajuusvahvistus ja käsittely yleensä.

Keksinnön mukaisen uudenlaisen kuvauksen taustalla oleva perusperiaate perustuu ultraäänikontrastiaineiden taajuudesta riippuvien käyttäytymistapojen hyväksikäyt-10 töön. Nämä kuvausperiaatteet perustuvat olennaisesti kont-rastiainevastausten määrättyihin fysikaalisiin ominaisuuksiin tai "tunnusmerkkeihin" tai käyttävät hyväksi niitä, sallien lisääntyneen kontrastin taustakudoksen suhteen. Tutkittujen aineiden fysikaalisten ominaisuuksien on ha-15 vaittu olevan yhteydessä niiden koostumukseen siinä määrin, että kontrastiaineiden tunnusmerkillisten ominaisuuksien on havaittu olevan läheisimmässä vastaavuussuhteessa kokeellisten havaintojen kanssa. Edellä mainittu kontrastin lisääntyminen on paljon suurempi kuin mikä voidaan 20 määrittää suoran kaikuamplituditarkkailun avulla ja sen potentiaali on huomattava.

·.·. Keksinnön eräänä lisäetuna on se, että käytetyt • · * J parametrit eivät sinänsä vaadi mitään ei-lineaarisuutta, so. ne eivät vaadi kontrastlaineen käyttäytymistä epäli- ] ] 25 neaarisella tavalla, koska vaaditut signaalinkäsittelyal- • · ♦ *· *♦ goritmit eivät ole riippuvaisia kontrastiaineen herättämi- sestä ennalta määrätyillä tasoilla. Sen sijaan keksintöä ·«· : voidaan käyttää lineaarisissa tai epälineaarisissa vas- tausolosuhteissa.

·:··· 30 On tärkeää, että taajuudet valitaan siten, että .***. kudoksessa olevasta kontrast laineesta heijastuneiden kai- • · · kujen ja itse kudoksesta, jossa ei siis ole kontrastisi - • · : j’ netta, heijastuneiden kaikujen amplitudien välinen ero tai *...· niiden suhde on maksimaalinen. Tämä tilanne saavutetaan, •*.## 35 kun taajuudet valitaan edellä selostetulla tavalla. Yksi • · 107875 11 valituista taajuuksista voi sopivalla tavalla käsittää kontrastlaineen resonanssitaajuuden, muiden taajuuksien ollessa taas sitä korkeampia tai matalampia. Toinen valittu taajuus on suurempi kuin tapauksessa, jolloin kontras-5 tiaineen resonanssitaajuus on alhaisempi kuin kudosvas-tauksen maksimiarvo, tilanteen ollessa juuri päinvastaisen tapauksessa, jolloin kudoksen maksimivastaus on matalampi kuin kontrastiaineen resonanssitaajuus. Kokeet kontrasti-aineilla, joilla on erilaiset kaikuvastaustaajuudet, ovat 10 osoittaneet, että useimmissa tapauksissa kontrastiaineen resonanssitaajuus on alhaisempi kuin kudosvastauksen maksimiarvo, jolloin kuitenkin näissä tapauksissa myös päinvastainen tilanne on mahdollinen. Joka tapauksessa, oli kysymys sitten ensimmäisestä tai toisesta tapauksesta, 15 vastaanotettuja kaikuja vastaavat elektroniset signaalit asetetaan kulkemaan itsenäisten kanavien kautta, minkä jälkeen ne demoduloidaan. Demoduloidut itsenäiset kanava-signaalit käsitellään sitten yhtenä ainoana lähtösignaali-na sopivalla tavalla, esimerkiksi jakamisen, vähentämisen, 20 lisäämisen tai näiden toimenpiteiden muodostaman yhdistelmän avulla. Käsittely suoritetaan tavallisesti siten, et- t*t tä käsittelyalgoritmit saavat aikaan kudoksessa olevasta • * ! kontrastiaineesta heijastuneiden kaikujen ja ilman kont- • · · *···. rastiainetta olevasta kudoksesta heijastuneiden kaikujen | ] 25 maksimaalisen signaaliamplitudieron. Esimerkin vuoksi voi- « · · *5 daan mainita, että lähtösignaali Sout voidaan käsitellä « \i.: spektrikomponenttien S{flt S(f2), S(f3) jne. syöttövastaus- • ·· ϊ.ϊ· signaalina, joka on verrannollinen yhteen seuraavista al goritmeista: !./ 30 Souc = stfj-stf,), - \··: Sout = [SifJ-S^H/Sif,) , S** = [StfJ-SifaH/Stfa) , . sout = 2 [s (fj -s (f2) ] /s (fj +s tfa) ], ./* Sout = { [S (f a) -S (f 2) ] /2 - S (f 3) }/{ [S (fx) +S (fa) ] /2} , • · · • · 107875 12

Sout = { [S (fi) -S (f2) ] /2-S (f3) }/S (f3) ,

Sout = SifJ/SifJ ,

Sout = InS (fx)-InS (f2) , 5 tai näiden kaavojen yhdistelminä. Kaikissa tapauksessa seuraavat vaihtoehdot ovat voimassa: a) Jos Sout < 0, niin Sout asetetaan nollaan.

b) Jos S^,. < 0, niin Sout korvataan itseisarvolla ISouJ· 10 c) Lähtösignaali Sout voidaan korvata luonnollisella logaritmillaan tai millä tahansa muulla epälineaarisella toiminnolla.

d) Komponenttien SifJ, S(f2), S(F3) mikä tahansa muutos on mahdollinen.

15 e) Mikä tahansa komponentti S (f) voidaan korvata neliöllään S2 (f).

f) Mikä tahansa komponentti S (f) voidaan korvata sen rns-keskiarvolla päästökaistalla Df, kun f: [l/f]J S2(f) df.

20 g) Mitkä tahansa muut optiot, jotka pyrkivät suo simaan vastausta taajuuden f ympärillä verrattuna .*·*; vastaukseen muilla taajuuksilla.

• ·

On myös huomautettava, että valittujen tai ennalta ....j määrättyjen taajuusarvojen valinta, joita käytetään itse- • · . . 25 näisten kanavien asetuksia varten, näiden kanavien voides- • 1 » * .* sa käsittää tavanomaiset muuttuvat kaistanpäästösuotimet • · · tai vastaavat laitteet, kuten spektrianalyysilaitteet, • · · *.* * joissa käytetään kiinteä Fourier-muunnosta, voidaan katsoa olevan heijastuneiden kaikujen saapumisajan funktio. Tämä *"*: 30 merkitsee sitä, että koska ultraäänivastaus kuvatusta eri- ·*’*: tyisestä elimestä tai kudoksesta riippuu syvyydestä, jonka * * * se saavuttaa kehon sisällä, kuvan laatu riippuu käytetty- • · · *... jen taajuuksien valinnasta. Siten syvällä olevan kudoksen • · *·;·* ja elinten yhteydessä saavutetaan paremmat kuvat alhaisem- 35 millä taajuuksilla, kun taas lähempänä muutinta olevat • · 107875 13 elimet tai kudos kuvataan paremmin vertailutaajuuksilla, jotka on siirretty kohti korkeampia taajuuksia.

Keksintö käsittää erään toisen ominaispiirteensä mukaisesti järjestelmän elinten ja kudoksen ultraääniku-5 vausta varten ilmaisemalla kontrastlainetta sisältävän alueen ultraäänitakaisinsironta, tämän järjestelmän käsittäessä ultraäänimuuttimen ja elektronisen johdotuksen ult-raäänisignaalien lähetystä ja vastaanottoa varten, signaa-linkäsittelyvälineet, välineet käsiteltyjen signaalien 10 tallentamiseksi ja näyttöelementin, näiden signaalinkäsit- telyvälineiden käsittäessä välineet, jotka erottavat signaalin vähintään kahteen itsenäiseen kanavaan, jotka on varustettu päästökaistoilla, jotka voidaan virittää itsenäisesti vähintään kahteen taajuuteen kontrastiainevas-15 tauksen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kudosvastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan tai kudosvastauksen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kontrastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella, vähintään kaksi suurtaajuusdemodulaatiota, yksi jokaista itsenäistä ka-20 navaa varten, ja välineen itsenäisistä kanavista tulevien demoduloitujen signaalien käsittelyä varten yhdeksi ai- ·.·. noaksi lähtösignaaliksi, jolloin kudoksessa olevasta kont- • · * ^ rastiaineesta heijastuneita kaikuja vahvistetaan huomatta- vasti itse kudoksesta heijastuneisiin kaikuihin verrattu- • · ·· · ) 25 na. Elementit signaalierotusta varten itsenäisiksi kana- • · · *· ” viksi voivat käsittää tavanomaiset muuttuvat kaistanpääs- tösuotimet. Kuten edellä on mainittu, kolmella itsenäisel- • ·· *.· ·' lä kanavalla varustetut järjestelmät toimivat paremmin kuin vain kaksi kanavaa sisältävät järjestelmät, ja nel- ·;··· 30 jällä kanavalla varustetut järjestelmät paremmin kuin kol- .***. me kanavaa sisältävät järjestelmät, jolloin kuitenkin käy- ··· tettyjen itsenäisten kanavien tarkka lukumäärä määritetään • · ” ottaen huomioon monimutkaisuus/hyötysuhde.

♦ · ' Keksinnön vaihtoehtoisten sovellusmuotojen mukai- « 35 sesti tässä järjestelmässä voidaan kaistanpäästösuotimien • ♦ 107875 14 sijasta käyttää spektrianalyysilaitteita, joita käytetään tällöin käytännöllisesti katsoen samalla tavoin, so. kuvatunlaisten ennalta määrättyjen taajuuksien avulla riippumatta siitä, ovatko valitut arvot funktioita heijastunei-5 den kaikujen saapumisajasta vai eivät. Spektrianalyysi- laitteet voivat käsitellä signaaleja käyttäen nopeaa Fourier-, Chirp-Z, lyhytaikaista Fourier- tai aaltomuunnosta. Yhden tällaisen käsittelytekniikan tai muiden, kuten loh-kospektrikäsittelyn, valintaa ohjataan kuvausympäristön 10 asettamien vaatimusten (signaalikohinasuhde, akustinen ko hina, vaadittu aksiaalinen erotuskyky jne.) avulla. Esimerkiksi aaltomuunnosten tai lohkospektrikäsittelyn käsittävät sovellukset vikojen ultraääni-ilmaisua varten kiinteissä materiaaleissa ovat osoittaneet piilevät etunsa 15 vaikeissa tapauksissa, joissa kiinnostavat kaiut ovat sa manlaisia tai alhaisempia kuin taustakohina (esimerkiksi Xin, J. et ai N.M., 1992 IEEE Ultrasonics Symposium).

Spektrianalyysilaitteet voivat sisältää lisäksi nollaristeysilmaisimen tai autokorrelaatioestimaattorin. 20 Ennalta määrätyt taajuudet käsittävät erilaiset taajuudet, jotka valitaan taajuuksien joukosta, jotka sijaitsevat ·.·. suunnilleen (ympäröivällä tavalla) kontrastiainevastauksen • · tje 6 dB kaistaleveyden alarajan ja suunnilleen (ympäröivällä **“, tavalla) kudosvastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan vä- , ] 25 Iissä tai suunnilleen (ympäröivällä tavalla) kudosvastauk- • · · *· " sen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja suunnilleen kontrasti- ainevastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välissä. Kuten ··· *.* * edellä on mainittu, tarkka alue riippuu kahdesta erilai sesta tilanteesta, jotka on selostettu tässä yhteydessä. *:··· 30 Järjestelmä voi lisäksi sisältää epälineaariset .***. vahvistimet, jotka on liitetty demodulaattoreihin ja ase- ·♦· tettu demodulaattorien väliin, ja vähintään yhden analogi- • ♦ sen vähennys/jakovahvistimen. Se käsittää kuitenkin ele- • · *···* mentit jokaisen itsenäisen kanavan demodulaatiosignaalien ·*·.. 35 käsittelemiseksi yhtenä lähtösignaalina siten, että kudok- ·« ·· · • · 107875 15 sessa olevan kontrastiaineen heijastamat kaiut tulevat huomattavasti vahvistetuiksi verrattuna ilman kontrastlainetta olevasta kudoksesta heijastuneisiin kaikuihin. Kä-sittelyelementti käsittää vähintään yhden analogisen vä-5 hennys/jakovahvistimen lähtösignaalin käsittelyä varten käyttäen yhtä tai useampaa edellä esimerkin tavoin mainittua algoritmia. Kuten edellä on mainittu, järjestelmä ei ole kuitenkaan rajoittunut jonkin tällaisen algoritmin käyttöön, vaan nämä algoritmit on annettu vain esimerkin 10 vuoksi.

Keksinnön mukainen järjestelmä voi sisältää sopi-vimmin analogisen tai digitaalisen videokeilausmuuttimen, jolloin signaalikäsittely suoritetaan digitaalisten elektronisten piirien avulla käyttäen tietoja, jotka on saatu 15 ultraäänikaikusignaalien analogidigitaalimuunnoksen avulla. Monitaajuuskäsittelyä voidaan käyttää koodaamaan lähtösignaalin amplitudi erilaisilla videoväreillä, jotka asetetaan sitten päällekkäin muutoin tavanomaisen harmaa-asteikkoisen videokuvan päälle, joka on saatu soveltamalla 20 tavanomaista käsittelyä B-moodikuvaukseen.

Edellä selostetun menetelmän ja järjestelmän tar- ·.·. joamia etuja voidaan myös käyttää hyväksi järjestelmissä, • · joissa signaalikanavat muodostavat osan pulssitetun Dopp- **'*. ler-ultraäänijärjestelmän vastaanottimesta, tämän järjes- ] ] 25 telmän voidessa käsittää lisäksi spektrivideotulostuksen, • « · *· '· joka edustaa nopeudenjakautumaspektriä, ja/tai audiosig- *.i.: naalitulostuksen, joka käsittää sopivimmin kaiuttimen, • #· :.·: mutta voi myös käsittää minkä tahansa sopivan äänentoisto laitteen. Useita erilaisia käyttökelpoisia vaihtoehtoja *:*·· 30 voidaan sisällyttää pulssitettuun Doppler-ultraäänijärjes- ·***. telmään, kuten nopeusjakauman kaksiulotteisen kartan, joka ·· · ./ voi vielä olla värikooditettu, tai se voi sisältää Dopp- • · ler-kaikukomponenteista liikkuvien kohteiden yhteydessä ♦ · *···* saadun kaikuamplitudin tai energian kaksiulotteisen kar- 35 tan, vaihtoehtoisesti ennalta määrätyillä kynnysarvoilla ♦ · 107875 16 määrätyn arvon alittavia tai ylittäviä nopeuksia varten.

Lopuksi järjestelmiä, joiden yhteydessä sovelletaan palautuskaikujen spektri-Fourier, Chirp-Z tai aalto-muunnosanalyysiä, voidaan käyttää spektrianalyysin avulla 5 palautuskaikujen liukuaikaikkunan puitteissa.

Keksinnön eräs toinen ominaispiirre käsittää ultraäänilaitteen, joka sisältää ultraäänikoettimen ultraää-nisignaalien lähetystä ja vastaanottoa varten, signaalin-käsittelyelementit, suodatuksen ja käsiteltyjen signaalien 10 tallennuselementit sekä näyttöelementin, näiden signaalin-käsittelyelementtien käsittäessä laitteen tai laitteet edellä selostettujen ultraäänikaikujen käsittelyä varten. Keksinnön mukaista ultraäänilaitetta voidaan käyttää ihmis- ja eläinpotilaiden kudoksen tai elinten kuvaukseen, 15 tämän laitteen ollessa erityisen sopiva sydänverisuonijärjestelmän kuvausta varten.

Edellä selostetun kuvausmenetelmän edelleen havainnollistamiseksi on suositeltavaa tutkia akustista energiavastausta, jota odotetaan erilaisista sirottimista 20 etenemisen jälkeen ihmiskehossa. Kuvio 1 esittää pulssi-kaiku järjestelmän tyypillisiä taajuusvastauksia: lähe- ·.·. tys/vastaanottovastausta kudoksesta, sisältäen sähköakus- • · I tisen muutinvastauksen sekä differentiaalisen vaimennuksen • · · * kudoksissa taajuuden funktiona, ja lähetys/vastaanottovas- • « · φ « [ 25 tauksen kontrastlaineesta, joka sisältää samankokoiset • · · *· mikrokuplat. Esillä olevan esimerkin yhteydessä fr tar- koittaa kontrastlaineessa olevien mikrokuplien resonanssi- ··· : taajuutta, ja flt f2 tarkoittavat taajuuskomponentteja, jotka on valittu sopivalla tavalla arvosta fr eroavina ar- ♦:··· 30 voina. Kun herätysamplitudi on sellainen, että tapahtuu .**·. epälineaarista heilahtelua, esiintyy myös energian takai- ··« sinsirontaa toisella ylivärähtelytaajuudella eli 2fr:n • ♦ : ** taajuudella. Kuvion 1 yhteydessä on tärkeää ymmärtää, että • · siinä esitetyt käyrät liittyvät yleensä kaikukontrastiai-35 neisiin ja itse kudoksiin. Toisin sanoen, nämä käyrät m • · 107875 17 edustavat näiden vastaavien uitraääniheijastimien vastauksia. Todellisessa in vivo -kuvaustilanteessa kaikusignaa-lit käsittävät eri kohteista tai heijastimista, joihin ultraäänisäde osuu, saadut päällekkäin asetetut vastauk-5 set. Siten vastaavien kaikusignaalien spektrit käsittävät myös yksittäisistä heijastimista saatujen akustisten kaiku jen spektrit.

Kun signaaleja vastaanotetaan ja käsitellään käyttäen esimerkiksi algoritmeja 8^= S(fr) /SffJ , S=S (f^S (f2), 10 S= [S (fj -S (f2) ] /S (f2) , tai muita edellä mainittuja algoritmeja, muut kuin kontrastlaineesta tulevat kaikusignaalit saavat ilmeisesti aikaan amplitudiarvot erittäin alhaisilla tasoilla verrattuna kontrastlaineesta tuleviin kaikusignaa-leihin. Tämä johtuu taajuuksien f1 ja f2 valinnasta, näiden 15 taajuuksien ollessa esimerkiksi sellaisia, että kudosvasta-uksen amplitudi taajuudella fx jaettuna kudosvastauksen amplitudilla taajuudellaf2 (so. suhde Tif^)/ T(f2)), on paljon pienempi kuin kontrastiaineen amplitudin suhde taajuudella fx kudosvastauksen amplitudiin taajuudella f2 (so. 20 AifJ/Affa)) .

Tyypiltään tällaista signaalinkäsittelyä voidaan ·,·. periaatteessa soveltaa useisiin standardimallisten kaiku- • · * ^ instrumenttien kuvaustapoihin; kuten mekaaniseen B-moodi- ***’, keilaukseen, lineaarisen tai vaihejärjestelmän avulla toi- ····· [ [ 25 mivaan B-moodikeilaukseen, väri-Doppler-kuvaukseen, jonka • · · ** '· yhteydessä kuva kooditetaan suhteellisten sirotinnopeuk- sien avulla, tai energiaväri-Doppler-kuvaukseen, jossa ku- ··· V · vaväri kooditetaan vain kaikuamplitudin avulla, minkä jäl keen ilmaisu suoritetaan Doppler-johdotuksen välityksellä, ····· 30 joka eliminoi kaikki kaiut kiinteistä kohteista.

.**·. Käytännössä esillä oleva keksintö edellyttää taa- ··· juuskomponenttien muodostamista suurtaajuuksisista käsit- • · " telemättömistä kaikusignaaleista, mikä voidaan suorittaa • · * joko laitteistojen tai ohjelmistojen avulla erilaisia ra- ·*·.. 35 kennemuotoja käyttäen, jotka kaikki sisältyvät periaat- • · 107875 18 teessä tämän keksinnön suojapiiriin. Seuraavassa selostetaan laitteistosovellus, jonka yhteydessä käytetään kaksikanavaista vahvistinta varustettuna analogisella kaistan-päästösuotimellä kaikukomponenttien f2 ja f2 muodostami-5 seksi, minkä jälkeen demoduloitujen signaalien välinen suhde lasketaan videokuvan muodostamiseksi keilainmuutti-meen. Vaihtoehtona digitaalisessa piirissä olisi nopean Fourier-, Chirp-Z tai aaltomuunnosalgoritmin käyttö kaiku-aaltomuodoista digitoiduissa näytteissä.

10 Eräs analoginen sovellusmuoto on esitetty kaava maisesti kuviossa 2 ja siinä näytetään tyypillinen moni-taajuuksinen B-moodikontrastikuvaus keksinnön mukaisena lineaarisena kaikujärjestelmänä. Tämä kaikujärjestelmä käsittää ainakin seuraavat komponentit: ajoituspiirit 1, ai-15 katuotosvalvonnan 2, suurtaajuuksisen lähetysvaiheistus-piirin 3, pulssilähetyspiirin 4, Tx/Rx-(lähetys/vastaanotto) elementtimultiplekserin 5, ultraäänimuuttimen 6, suurtaajuuksisen vastaanottovaiheistuspiirin 7, vastaanotto-vahvistimen aikatuotostoiminnolla 8 varustettuna, kaistan-20 päästösuotimen asetettuna taajuuteen fx - 9, kaistan- päästösuotimen asetettuna taajuuteen f2 - 9', suurtaajuus- ·.·, demodulaattorin ja epälineaarisen vahvistimen (kanava 1) - • · 10, suurtaajuusdenodulaattorin ja epälineaarisen vahvis- **", timen (kanava 2) -10', analogisen vähennys/jakovahvisti- 25 men - 11, videokeilausmuuttimen 12 ja videomonitorin 13.

• · * • · · *· Käytännössä ajastinpiirit yleensä määrittävät pulssintoistotaajuuden, joka vaaditaan kaksiulotteisen ··· : kaikukuvan muodostamiseksi keilaamalla peräkkäisessä jär jestyksessä kuvattava alue. Jokaista peräkkäistä pulssihe-·:··· 30 rätystä varten ajastuspiirit myös määrittävät ajasta riip- ·***. puvan toiminnon ajallisen alkulähteen, jota käytetään « · · ..· muuttuvan vahvistustuotoksen määrittämiseksi kaikusignaa- • · : ^ leille, jotka muodostetaan lisääntyvistä kuvaussyvyyksis- tä. Tämä toiminto toteutetaan yksikön avulla, jota kutsu- ·*·,. 35 taan "aikatuotosvalvonnaksi", jonka tulostuksena voi olla ·*··· • · 107875 19 muuttuva jännite ja joka kohdistetaan vastaanottovahvisti-men tuotokseltaan säädettävään tuotosvalvontaan. Ajoitus-piirit määrittävät myös lähetysvaiheistuksen, jota vaaditaan lineaarisen sarjamuuttimen yksittäisten elementtien 5 riittävää peräkkäistä herättämistä varten sädekohdistuksen ja -ohjauksen aikaansaamiseksi, näiden toimintojen voidessa tapahtua peräkkäisten laukaisusignaalien purstin muodossa, joka kohdistetaan monikanavaiseen sähköiseen herä-tyspiiriin ("pulssilähetyspiiri"). Ajoituspiiri antaa 10 käyttöön myös signaalit, joita tarvitaan saattamaan ennalta määrätyt sarjaelementtiryhmät kosketukseen pulssilähe-tyspiirin kanssa liitäntöjen avulla, jotka lähetys /vastaanottoelementtimultiplekseri tarjoaa käyttöön.

Vastaanotettu ultraäänisäde kohdistetaan ja sitä ohjataan 15 suurtaajuusvastaanottovaiheistuspiirin avulla, jonka vaihe- ja viivesäätöjä valvotaan myös ajoituspiirien välityksellä. Tästä vastaanottovaiheistuspiiristä tulevat lähtö-signaalit johdetaan sitten kulkemaan edellä mainittuun aikatuotosvalvonnalla varustettuun vahvistimeen. Tämän 20 vahvistimen ulostulo syötetään yleisenä sisäänmenona edellä selostettuihin moninkertaiskäsittelykanaviin taajuus- ·.·. komponenttien erottamiseksi palautuskaiuissa. Kuvion 2 mu- • · • ^ kainen esimerkki tarjoaa käyttöön taajuuserotuksen syöttä- ··**. mällä kaikusignaalit erilaisten kaistanpäästösuotimien • ff 9 · [ ] 25 kautta, jota seuraavat suurtaajuusdemodulaatio ja epäline- • * * '· aarinen vahvistus, kuten on tavallista tavanomaisten kai- :.i.· kuinstrumenttien yhteydessä. Moninkertaiskäsittelykanavien ··» V * yksittäiset ulostulot johdetaan sitten kulkemaan syöttö- signaaleina analogiseen vähennys/jakovahvistimeen, joka on ····« 30 tarkoitettu toteuttamaan edellä selostetut erilaiset kä- sittelyalgoritmit käyttäen elektronisen johdotuksen ylei- ··· sesti tunnettuja toimintoja. Tämän vahvistimen ulostulo • ♦ • *’ syötetään sen jälkeen videokeilausmuuttimen sisäänmenoon kunkin peräkkäisen pulssin asetusta varten sisääntulevien 35 tietojen kirjoittamiseksi kuvioon, joka vastaa valittua * « 107875 20 sädeohjaus- ja -asetustapaa.

Siten toistamalla tämä toimenpide määrätyllä tois-tonopeudella ja muuttamalla joka kerran säteen ohjausta ja/tai kohdistusta kaikujen saamiseksi peräkkäisistä asen-5 noista elimissä ja kudoksessa keilausmuuttimen lähtösig-naali vahvistaa videomonitorin näyttämän kaksiulotteisen kuvan tosiajassa, so. nopeudella muutamia kuvia - satoja kuvia sekunnissa, mikä on riittävää, että instrumentin käyttäjä voi toistaa liikehavainnon. Edellä mainitun me-10 netelmän yhteydessä kaikukuvien alueet, jotka vastaavat kontrastiainetta sisältäviä alueita, näkyvät kontrastina, joka on huomattavasti vahvistunut verrattuna kuviin, jotka on saatu tavanomaisten instrumenttien avulla samanlaisissa kuvausolosuhteissa.

15 Keksinnön mukaisen signaalikäsittelyn avulla saatu kaikukuva käsittää kontrastiaineesta tehdyt kuvaelementit (kuva-alkiot), joiden voimakkuus on paljon suurempi kuin tyypillisistä kudoksista tulevista kaiuista saaduilla kuvaelementeillä, koska vain kontrastiaineen taajuusvastaus-20 ominaisuus on sellainen, että sen kaikusignaalit vahvistetaan vähennys/jakokäsittelyn avulla. Tyypillinen vaikutus • t·' B-moodikuvaan on esitetty kuviossa 3. Simuloidut kuvat » · standardimallista B-moodikuvausta ja keksinnön mukaista ·»· ·*··. kuvausta varten kontrastiainetta käyttäen edustavat vaiku- • » · » t 25 tusta, joka voidaan saavuttaa keksinnön mukaista menetel- • ^ i *· mää sovellettaessa. Tässä tapauksessa viitteenä oleva kak- soistaajuuksinen B-moodikuva tarkoittaa sitä, että vain • « · i.J ϊ kaksi valittua taajuutta tulee kysymykseen.

Kuten edellä on mainittu, samanlaista käsittelyta-·;··· 30 paa voidaan soveltaa Doppler-kanavakäsittelyyn parannetun kontrastivahvistuksen aikaansaamiseksi kaksiulotteisen «

Doppler-kuvauksen yhteydessä joko nopeus-värikoodauksen i " tai energia-värikoodauksen avulla.

* * *

Edellä selostetussa kuvausmenetelmässä käytetään j\t 35 kontrastiaineen taajuusvastausta lineaarisen takaisinsi- • · 107875 21 rontakäyttötavan yhteydessä, käsittäen tyypillisen toiminnon, joka eroaa huomattavasti kudoksen taajuusvastaukses-ta. Tämän selostuksen puitteissa käytetään ilmaisua "kuvaus" umpimähkäisesti ultraäänen avulla toimivan B-moodi-5 kuvauksen puitteissa (kuva-alkiovoimakkuuden riippuessa kaikuvoimakkuudesta liikkeestä huolimatta), väri-Doppler-energiaa (kuva-alkion väriä tai voimakkuutta riippuen kaiun voimakkuudesta nopeudeltaan tietyn kynnysarvon ylittäviä tai alittavia kohteita varten), tai väri-Doppler-kä-10 sittelyä (kuva-alkion väritystä suhteellisen kohdenopeuden funktiona).

Keksintöä voidaan soveltaa kaikkiin kudoskostutuk-sen ilmaisumenetelmiin käyttäen uitraäänikontrastlainetta ja esimerkiksi lääketieteellisiä diagnooseja varten tar-15 koitetuissa kaikukuvausinstrumenteissa käytettyihin elektronisiin johdotuksiin. Keksinnön soveltaminen edellyttää erityisten kontrastiaineiden ruiskuttamista kehoon tai yleisemmin ilmaistuna kuvausalueelle.

• · • · • · • · ··♦ ···· ♦ »···· • · • ♦ • · · • ·· • · • · · • · · *·· »M • · · • · · » ♦ · ··· • · ··· • · • ·· ♦ ·· • ♦ • » ··· ·· • · • Il ♦

• I

Claims

107875 22

1. Tosiaikamenetelmä elinten ja kudoksen ultraäänikuvausta varten ilmaisemalla ultraäänen takaisinsiron-5 ta kontrastiaineen sisältävällä alueella, tämän menetelmän käsittäessä ultraäänisäteen projisioimisen kuvattavaan kudosvyöhykkeeseen, tästä kudoksesta heijastuneen kaiun vastaanottamisen suurtaajuusvastauksena, tämän suur-taajuusvastauksen käsittelemisen videolähtösignaaliksi, 10 joka tallennetaan videokeilausmuuttimeen, ja kudoksen kei-lauksen videokuvan muodostamiseksi tutkimuksen kohteena olevasta alueesta, tunnettu siitä, että vastaus-käsittelyprosessi käsittää seuraavat vaiheet: a) vähintään kahden taajuuden valitsemisen kont-15 rastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kudos- vastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan tai kudosvastauk-sen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kontrastiainevastauk-sen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella, b) signaalin ohjaamisen kulkemaan vähintään kah-20 teen itsenäiseen kanavaan, joiden päästökaistat on viritetty valituille taajuuksille, ja ·.·. c) kunkin itsenäisen kanavan signaalien demodulaa- ,·. tion ja niiden käsittelemisen yhdeksi ainoaksi lähtösig- *’**. naaliksi, jossa kudoksessa olevasta kontrastiaineesta hei- • ·ΙΦ· • ♦ . . 25 jastuneita kaikuja vahvistetaan huomattavasti itse kudok- • · · ’· " sesta heijastuneisiin kaikuihin verrattuna.

• * · *·:.* 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • ·· *.·· tunnettu siitä, että taajuudet valitaan taajuuk sien joukosta, jotka sijaitsevat kontrastiainevastauksen *:*·: 30 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kudosvastauksen 6 dB kais- ·***: taleveyden ylärajan välisellä alueella. • · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, • · tunnettu siitä, että taajuudet valitaan taajuuk- • · *···* sien joukosta, jotka sijaitsevat kudosvastauksen 6 dB ·*·.. 35 kaistaleveyden alarajan ja kontrastiainevastauksen 6 dB • · · · · • · 107875 23 kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että taajuudet valitaan siten, että kudoksessa olevasta kontrastlaineesta heijastuneiden 5 kaikujen ja ilman kontrastlainetta olevasta kudoksesta heijastuneiden kaikujen ero tai niiden välinen suhde on maksimaalinen.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käyttöön valitaan vähintään 10 kolme taajuutta ja että signaali ohjataan kulkemaan ainakin kolmen itsenäisen kanavan kautta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksi valituista taajuuksista käsittää kontrastlaineen resonanssitaajuuden.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valittujen taajuuksien arvot ovat funktioita heijastuneiden kaikujen saapumisajasta.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että demoduloidut kanavasignaalit 20 käsitellään jakamisen, vähentämisen, lisäämisen tai näiden toimenpiteiden yhdistelmän avulla.

9. Järjestelmä elinten ja kudoksen ultraäänikuva- • · ·:. usta varten ilmaisemalla ultraäänen takaisinsironta kon- »··· trastiainetta sisältävällä alueella, tämän järjestelmän • · .·.; 25 käsittäessä ultraäänimuuttimen ja elektronisen johdotuksen • · · ultraäänisignaalien lähetystä ja vastaanottoa varten, sig- • · · naalikäsittelyvälineet, välineet käsiteltyjen signaalien • · · *·1 1 tallentamiseksi ja näyt töelemen tin, tunnettu sii tä, että signaalinkäsittelyvälineet käsittävät: 30 a) välineet signaalin erottamiseksi vähintään kah- • ·· teen itsenäiseen kanavaan yhdessä päästökaistojen kanssa, ;·. jotka voidaan virittää itsenäisesti ainakin kahteen esiva- • ·· littuun taajuuteen, jotka on valittu kontrastiainevastauk- • · sen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kudosvastauksen 6 dB • · • 1·· 35 kaistaleveyden ylärajan tai kudosvastauksen 6 dB kaistale- · 107875 24 veyden alarajan ja kontrastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden ylärajan välisellä alueella, b) vähintään kaksi suurtaajuusdemodulaattoria, yksi kutakin itsenäistä kanavaa varten, ja 5 c) välineen itsenäisistä kanavista saatujen demo duloitujen signaalien käsittelemiseksi yhdeksi ainoaksi lähtösignaaliksi, jolloin kudoksessa olevasta kontrastlaineesta heijastuneita kaikuja vahvistetaan huomattavasti itse kudoksesta heijastuneisiin kaikuihin verrattuna.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että signaali erotetaan vähintään kolmeen itsenäiseen kanavaan.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että elementit signaalien erotta- 15 mistä varten käsittävät muuttuvat kaistanpäästösuotimet tai spektrianalyysilaitteen.

12. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että esivalitut taajuudet ovat erilaisia taajuuksia, jotka on valittu taajuuksien 20 joukosta, jotka sijaitsevat kontrastiainevastauksen 6 dB kaistaleveyden alarajan ja kudosvastauksen 6 dB kaistale- .*·*: veyden ylärajan välillä ja ympäröivät näitä rajoja.

··· 13. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjes- • · · · telmä, tunnettu siitä, että esivalitut taajuudet : 25 ovat erilaisia taajuuksia, jotka on valittu taajuuksien • ♦ · joukosta, jotka sijaitsevat kudosvastauksen 6 dB kaista- • · · Hl leveyden alarajan ja kontrastiainevastauksen 6 dB kaista- • * · leveyden ylärajan välillä ja ympäröivät näitä rajoja.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 välinen järjes-30 telmä, tunnettu siitä, että esivalitut taajuudet • · · ovat funktioita heijastuneiden kaikujen saapumisajasta.

:·. 15. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjes- • ·· .···, telmä, tunnettu siitä, että se käsittää aikatuo- • · *1* tostoiminnolla varustetun vastaanottovahvistimen, joka on : *·· 35 liitetty signaalierotuselementteihin, ja/tai demodulaatto- • · 107875 25 reihin liitetyt epälineaariset vahvistimet.

16. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että käsittelyväline käsittää vähintään yhden analogisen vähennys/jakovahvistimen 5 lähtösignaalin käsittelyä varten.

17. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää videokei-lausmuuttimen.

18. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen järjes-10 telmä, tunnettu siitä, että signaali käsitellään digitaalisten elektronisten johdotusten avulla käyttäen tietoja, jotka saadaan ultraäänikaikusignaalien analogidi-gitaalimuunnoksen avulla.

19. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, 15 tunnettu siitä, että monitaajuuskäsittelyä käytetään koodaamaan lähtösignaalin amplitudi erilaisilla vi-deoväreillä päällekkäinasetusta varten muutoin tavanomaisen harmaa-asteikkokuvan päälle, joka on saatu B-moodiku-vaukseen kohdistetun tavallisen käsittelyn avulla.

20 Chirp-Z- tai aaltomuunnosanalyysi kohdistetaan liukuaika-ikkunan sisällä palautuskaikuihin.

20. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että signaalikanavat muodostavat osan pulssitetun Doppler-ultraäänijärjestelmän vastaanot- • · timesta. • · · ·

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, • · .·. ; 25 tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- • · · nijärjestelmä käsittää audiosignaaliulostulon kaiuttimen avulla.

• · » *·’ 22. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- ***’: 30 nijärjestelmä käsittää spektrivideoulostulon, joka edustaa • · · nopeusjakaumaspektriä.

' :·] 23. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, • · · tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- • · *!1 nijärjestelmä käsittää nopeusjakauman kaksiulotteisen kar- !1'·· 35 tan. • · 107875 26

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että tämä nopeusjakauman kaksiulotteinen kartta on värikooditettu.

25. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, 5 tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- nijärjestelmä käsittää liikkuvien kohteiden Doppler-kaiku-komponenteista saadun kaikuamplitudin tai energian.

26. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- 10 nijärjestelmä käsittää ennalta määrättyä kynnysarvoa alhaisemmalla nopeudella liikkuvien kohteiden Doppler-kai-kukomponenttien kaksiulotteisen kartan.

27. Patenttivaatimuksen 20 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pulssitettu Doppler-ultraää- 15 nijärjestelmä käsittää ennalta määrättyä kynnysarvoa korkeammalla nopeudella liikkuvien kohteiden Doppler-kaiku-komponenttien kaksiulotteisen kartan.

28. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että palautuskaikujen Fourier-,

29. Laite ultraäänikaikujen, jotka heijastuvat ··· kontrastiainetta sisältävästä kudoksesta, käsittelemiseksi «•Il suurtaajuussignaaleina patenttivaatimuksen 1 kohteena ole- : 25 van menetelmän mukaisesti, tunnettu siitä, että • · · tämä laite käsittää elementit signaalin erottamiseksi vä- • · · *** hintään kahdeksi itsenäiseksi kanavaksi yhdessä päästö- • · · kaistojen kanssa, jotka voidaan virittää itsenäisesti ennalta määrättyihin taajuuksiin, ja vähintään kaksi suur- ***** 30 taajuusdemodulaattoria, yksi kutakin kanavaa varten. • · · *...ί

30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen laite, t u n - :·. n e t t u siitä, että se käsittää elementit signaalin • «I ’··· erottamiseksi vähintään kolmeksi itsenäiseksi kanavaksi. • 0 • 0 ··· 1 • · · • · • · t 107875 27