JP2002532184A - コントラスト及び高調波撮像のために電力変調を含む超音波診断撮像システム - Google Patents

コントラスト及び高調波撮像のために電力変調を含む超音波診断撮像システム

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JP2002532184A JP2000589096A JP2000589096A JP2002532184A JP 2002532184 A JP2002532184 A JP 2002532184A JP 2000589096 A JP2000589096 A JP 2000589096A JP 2000589096 A JP2000589096 A JP 2000589096A JP 2002532184 A JP2002532184 A JP 2002532184A
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Abstract

(57)【要約】 コントラスト撮像又は組織の高調波撮像のための方法及び超音波診断撮像システムは、垂直以外の方向にビームを向けることによって生じる画像フィールド中の点に導かれるエネルギーの減少、又は、送信孔素子の数の減少を補償するために送信電力を電子的に他の方向に向けたビームの角度の関数、又は、走査面中のビームの位置の関数として送信電力を変調するとして説明される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、超音波診断撮像システム、特に、超音波高調波診断撮像のためのビ
ーム送信に関する。
【０００２】 本願と同じ発明者による米国特許第５，８３３，６１３号及び第５，４５６，
２５７号では、基本周波数及び高調波周波数の夫々においてコントラスト・エー
ジェント（contrast agent）で超音波撮像する技法を開示する。米国特許第５
，８３３，６１３号は、マイクロバブル（microbubble）を非線形に振動させ、
それによって高調波信号成分を含む反響信号を還すのに十分な強度の音響エネル
ギーでマイクロバブルコントラスト・エージェントに高周波をあてて音響ホログ
ラムが作られる調波撮像技法を開示する。米国特許第５，４５６，２５７号は、
マイクロバブルを分裂させるより強い強度の音響エネルギーでマイクロバブルに
高周波をあてて音響ホログラムが作られるコントラスト技法を開示する。更に、
マイクロバブルの分裂は、マイクロバブルに高調波信号成分を含む反響信号を還
させる。しかしながら、実際には、これら非線形の信号成分を生ずるマイクロバ
ブル効果を画像フィールド上で均一に発生することは常に容易というわけではな
い。本発明は、これらの効果、並びに、組織の高調波撮像効果をより効果的に、
且つ、均一に生じさせ制御することを意図する。
【０００３】 本発明の原理によると、コントラスト・エージェントを撮像するために使用さ
れる送波の電力レベルは、送信ビームの孔の変化と共に変化する。一実施例では
、この送信孔の変化は、フェーズドアレイ方式（セクタ）スキャナにおいて生じ
るような送信ビームと送信アレイ変換器の面との間の入射角の変化を含む。別の
実施例では、送信孔の変化は、リニアスキャナアレイ変換器の一番端において生
じるような送信孔の大きさの変化を含む。画像フィールド上で均一のレベルの高
調波信号の発生を生じさせるために同じ原理が組織の高調波撮像にも使用される
。
【０００４】 超音波のマイクロバブルコントラスト・エージェントの使用モードは３つある
。一つ目のモードは、超音波エネルギーをマイクロバブルに送信し、マイクロバ
ブルが幾らかのエネルギーを送信周波数で反響の形態として送信変換器に反射し
還すモードである。コントラスト・エージェントのこの使用モードは、送波のエ
ネルギーから反響を強く反射するためにマイクロバブルの気体−組織（又は、気
体−血液）の境界における鮮明なインピーダンスミスマッチに依存する。このモ
ードは、標準のパルス反響撮像と略同じであるが、インピーダンスミスマッチに
よって改善された信号対ノイズ性能を含む。
【０００５】 二つ目の使用にモードは、マイクロバブルを非線形に振動するのに十分なエネ
ルギーを送信するモードであり、このときマイクロバブルは基本周波数成分及び
高調波周波数成分を夫々含む反響を還す。このモードは、高調波信号が基本反響
成分から分離され撮像され得るため超音波受信器／検出器によるコントラスト・
エージェントの有効なセグメンテーションを可能にする。フィルタが高調波周波
数を分離するために使用され得る一方で、このような分離のための好ましい技法
はパルス反転撮像と称される。
【０００６】 コントラスト・エージェントの三つ目の使用モードは、マイクロバブルを分裂
させるのに十分なエネルギーを送信し、マイクロバブルを分裂させ、破裂させ、
又は、速く溶解させるモードである。これらの効果は明らかに非線形であり、強
い高調波信号成分を還す。
【０００７】 本発明は、マイクロバブルの非線形の振動、及び、マイクロバブルの分裂が閾
値効果、つまり、閾値レベルのエネルギーが各効果を生じさせるために要求され
るといった仮定を前提とする。従って、画像中にコントラスト・エージェントが
存在する各位置において所望の効果を生じさせるためには、画像中の各マイクロ
バブルに対して所望の効果のために適当な閾値以上のエネルギーを導くことが必
要である。重要なことは、変換器に印加される送信エネルギーではなく、マイク
ロバブルに最終的に到達するエネルギーである。このエネルギーは、コントラス
ト・エージェントに至るまでの路の中で送信エネルギーが通る組織による超音波
エネルギーの吸収率及び散布のような幾つかの素子によって影響を与えられる。
本発明が指定する第２の素子は、変換器の送信孔の変化である。
【０００８】 図１を参照するに、送信器１２は、図中陰影をつけられた変換器アレイ１０の
複数の素子ｅに結合される。これら陰影をつけられた素子は、本例ではアレイの
送信孔を有する。送信器１２は、最も外側にある素子１４及び１６から始め陰影
をつけられた素子を順次に励起し、送信孔の中央１８に向かってより内側にある
素子へと徐々に励起するとき、ビーム２０が示すように超音波ビームは変換器ア
レイの面に対して垂直に送信される。送信されたビームが適当な閾値以上である
とき、画像の面中のマイクロバブル２２へ導かれるエネルギーは、マイクロバブ
ルを非線形に振動させるか分裂させるのに十分であり、かなりの非線形（高調波
）反響信号を還す。
【０００９】 図２に示すように、セクタ又はフェーズドアレイ方式スキャンにおけるビーム
２０は、変換器アレイ１０の面に対して鋭角θを形成する方向に向けられる。例
示する方向にビーム２０を向けるためには、アレイ素子は左側にある素子１４か
ら右側にある素子１６へ徐々に励起される。慣例的には、ビームを合焦するため
に順次に素子を励起するパターンは、ビームを別の方向に向けて励起するパター
ンと組合わされる。しかしながら、図２中の変換器素子が図１の場合と同様に同
じ送信エネルギーで送信器１２から励起されるとき、ビーム２０を軸から外れた
方向に向ける（つまり、図１のビームの直線の方向から外らす）ことにより、同
じビーム距離においてマイクロバブル２２よりもマイクロバブル２４の方が低レ
ベルのエネルギーを受信する。つまり、アレイの中央の目の前にあるマイクロバ
ブルは、アレイの横方向に位置するマイクロバブルよりもより深い深さで所望の
非線形の効果を示させる。
【００１０】 本発明の原理によると、送信器１２は、変換器に対して垂直に送信するときよ
りも軸から外れた方向に送信するときの方が変換器素子ｅにより多い電力を与え
る。これは、画像フィールド上で所望の非線形の効果を引起こす際により強い均
一性を生じる。画像中のどこにおいても非線形効果を生じることが所望である場
合、ビーム角の関数としてこの送信電力を変調することは、中央だけでなく画像
全体において所望の効果を満たすのに必要な閾値が得られる。好ましい実施例で
は、ビームがセクタの外側に向けられるにつれてθが小さくなると、送信孔の素
子に印加される送信電力（例えば、電圧）は、送信電力が衰える速度を補償する
ために１／ｓｉｎθの関数として徐々に増加する。
【００１１】 均一でないマイクロバブルの励起の問題の別の例を図３に示す。同図では、変
換器アレイ１０は線形のアレイとして動作され、ビームを平行に送信させるがア
レイ上の様々な点から放射させるために送信の副孔がアレイ上を移動する。平行
なビームは、全てアレイの面に対して垂直な方向に向けられるか、全てアレイの
面に対して共通の角を形成する方向に向けられ得る。送信の副孔がアレイの端に
到達すると、副孔がアレイの中央では移動されたときに追加できた利用可能な素
子をが移動する副孔にはもはや追加できない。外側の副孔におけるより少ない素
子３４乃至３６を用いてマイクロバブル２６に到達する送信エネルギーは、アレ
イの中央における標準サイズの孔を用いて送信されるエネルギーよりも低い。本
発明によると、送信の副孔の素子の数が減少し始めるとき、変換器素子に印加さ
れる送信電力は画像フィールド上で画像フィールド中の点に到達するエネルギー
レベルにおいて均一性を維持するために増加される。従って、画像の外側にある
マイクロバブルは画像の中央にあるマイクロバブルと同じ閾値現象を同じフィー
ルドの深さにおいて受ける。
【００１２】 同じ原理が組織の高調波撮像に適用され得、画像の両端において信号対ノイズ
比が衰えるよりも画像上で均一な信号対ノイズ比を維持するために使用される。
組織の高調波撮像において使用される高調波成分は、変換器によって送信されず
、組織中を進行するにつれ送波のひずみが増加すると共に生ずる。画像上で信号
対ノイズ比を維持するためには、送信孔の素子に印加される電力はビーム角θを
形成する方向に電子的に向けられ、このビーム角θはセクタの走査中に小さくさ
れる。組織の高調波撮像がリニアスキャナによって実施されるとき、変換器の素
子に印加される電力は送信孔の素子の数が減少すると増加する。好ましいリニア
アレイスキャナの実施例において、送信孔の素子に印加される電力の全ての量は
、送信孔が画像フィールドの両端に近付くと可能な限り一定に近い状態に保たれ
る。
【００１３】 本発明の原理の適用の他の変形例が当業者に明らかとなる。例えば、送信電力
は、垂直な方向で少量だけ放射するビームに対して一定に維持され得、送信ビー
ム角が所定の角度まで減少されると増加される。図３の実施例は、平坦なリニア
スキャナ及び湾曲されたアレイスキャナ夫々に対して便利である。外側の送信電
力の変形例は、ビームの方向に略平行な心臓室の壁の画像における均一性を改善
するために心臓の撮像においても便利である。外側の送信電力の変形例は、コン
トラスト又は高調波モード撮像とは無関係のフェーズドアレイ方式撮像の均一性
を改善するために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アレイに対して垂直なビームが送信される送信変換器アレイを示す図である。
【図２】 アレイに対して鋭角な入射角でビームが送信される送信変換器アレイを示す図
である。
【図３】 アレイの端の近傍からビームが送信される送信変換器アレイを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ Ｆターム(参考） 4C301 AA02 BB01 BB02 BB23 DD13 EE04 EE06 GB03 GB04 HH02 HH16 HH26 HH37 HH38 HH46 HH48 JB37 LL20 5C054 AA07 CA08 CB00

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アレイ変換器を用いてコントラスト・エージェントを超音波
    診断撮像する方法であって、 ビームがアレイの面に対して垂直に送信されるとき所与のレベルの送信電力を
    送信孔の素子に与える段階と、 上記ビームが上記アレイの面に対して垂直でない方向に送信されるとき上記所
    与のレベルに加えて過剰のレベルの送信電力を上記送信孔の素子に与える段階と
    を有する方法。
  2. 【請求項２】 上記２番目の段階は、上記ビームが上記アレイの面に対して
    送信される角度の鋭角さが増加するとともに、徐々に増加するレベルの送信電力
    を送信孔の素子に与えることを有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記ビームは、実質的に超音波画像上の略均一の深さにおい
    て同じ超音波高調波効果、又は、超音波画像の全ての深さにおいて所望の超音波
    高調波効果のいずれかを生ずる請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記超音波高調波効果は、マイクロバブルの非線形の振動又
    はマイクロバブルの分裂のいずれかを有する請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 アレイ変換器を含むコントラスト・エージェントを超音波診
    断撮像する方法であって、 ビームがアレイの面に対して垂直に送信されるとき所与のレベルの送信電力を
    送信孔の素子に与える段階と、 上記ビームが上記アレイの面に対して送信される角度の鋭角さが増加するとと
    もに徐々に増加するレベルの送信電力を送信孔の素子に与える段階とを有する方
    法。
  6. 【請求項６】 上記ビームは、実質的に超音波画像上の略均一の深さにおい
    て同じ超音波高調波効果、又は、超音波画像の全ての深さにおいて所望の超音波
    高調波効果のいずれかを生ずる請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記超音波高調波効果は、マイクロバブルの非線形の振動又
    はマイクロバブルの分裂のいずれかを有する請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 アレイ変換器を用いてコントラスト・エージェントを超音波
    診断撮像する方法であって、 ビームがアレイの面に対して垂直に送信されるとき所与のレベルの送信電力を
    送信孔の素子に与える段階と、 上記ビームが上記アレイの面に対して垂直でない方向に送信されるとき上記所
    与のレベルに加えて過剰のレベルの送信電力を上記送信孔の素子に与える段階と
    を有する方法。
  9. 【請求項９】 上記２番目の段階は、ビームがアレイの面に対して送信され
    る角度の鋭角さが増加するとともに、徐々に増加するレベルの送信電力を送信孔
    の素子に与えることを有する請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 上記ビームは、超音波画像上で略均一の深さで略同じレベ
    ルの高調波信号内容を生ずる請求項８又は９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 複数の変換素子を含むアレイ変換器と、 画像面中の送信ビームの位置の関数として変化するレベルの送信電力を上記素
    子に与える上記アレイ変換器の個々の素子に結合される送信器とを有し、コント
    ラストエージェントを用いて撮像する、若しくは、組織の高調波撮像を実施する
    超音波診断撮像システム。
  12. 【請求項１２】 送信電力のレベルは、上記送信ビームの横方向の位置の関
    数として変化する請求項１１記載の超音波診断撮像システム。
  13. 【請求項１３】 上記アレイ変換器の面に対して送信ビームが形成する角度
    が小さくなると、上記送信電力のレベルは、上記送信器によって増加される請求
    項１１又は１２記載の超音波診断撮像システム。
  14. 【請求項１４】 上記送信器は、セクタのビームパターンを送信し、このと
    きセクタの中央におけるビームに対して使用される送信電力のレベルはセクタの
    外側のビームに対して使用される送信電力のレベルよりも低い請求項１１乃至１
    ３のうちいずれか一項記載の超音波診断撮像システム。
  15. 【請求項１５】 上記送信器は、平行なビームパターンを送信し、このとき
    ビームに対して使用される送信電力のレベルは活性的な送信孔の変換器素子の数
    の関数として変化する請求項１１又は１２記載の超音波診断撮像システム。
  16. 【請求項１６】 上記アレイ変換器は、リニアアレイ走査を実施し、上記送
    信器は、活性的な送信孔がアレイの両端に近付くと増加されたレベルの送信電力
    を上記素子に与える請求項１１又は１２記載の超音波診断撮像システム。
  17. 【請求項１７】 複数の変換器素子を含むアレイ変換器と、 活性的な送信孔における素子の数の関数として変化するレベルの送信電力を上
    記素子に与える上記アレイ変換器の個々の素子に結合される送信器とを有し、組
    織の高調波撮像を実施する超音波診断撮像システム。
JP2000589096A 1998-12-18 1999-12-07 コントラスト及び高調波撮像のために電力変調を含む超音波診断撮像システム Pending JP2002532184A (ja)

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