JP3488541B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波造影剤を用いて
血流パフュージョンの検出およびそのパフュージョンの
定量評価を行うことの可能な超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波は医学的な見地から様々に応用さ
れているが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生
体の軟部組織の断層像を得る超音波診断装置である。こ
の超音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表
示するものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲ
Ｉおよび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、
リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線など
の被曝がなく安全性が高い、およびカラーフローマッピ
ングにより血流イメージングが可能であるなどの特徴を
有している。このため心臓、腹部、乳腺、泌尿器、およ
び産婦人科などで広く超音波診断が行われている。特
に、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作
で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で
得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査が行える
ほか、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行
えるなど簡便である。

【０００３】このような超音波診断装置において、たと
えば、心臓および腹部臓器などの検査で静脈から超音波
造影剤を注入して血流動態の評価が行われつつある。静
脈からの造影剤注入は侵襲性が小さいので、この血流動
態の評価法による診断が普及しつつある。造影剤の多く
は微小気泡が反射源となり、その注入量・濃度が高けれ
ば造影効果は大きくなるが、気泡の性質上超音波照射に
よって造影効果時間の短縮などが起こる。近年、持続性
・耐圧型の造影剤も開発されているが、体内に長時間存
続することは侵襲性を増すことが予想される。

【０００４】造影剤を用いた診断の最も基本的なもの
は、造影剤による輝度増強の有無を調べることにより診
断部位における血流の有無を知るというものである。さ
らに進んだ診断としては、診断部位における造影剤の空
間分布の時間変化の様子を輝度変化の広がりや輝度増強
の程度を見て行われており、また、造影剤注入から関心
領域（ＲＯＩ）にそれが到達するまでの時間およびＲＯ
Ｉ内での造影剤によるエコー輝度の時間変化曲線（ＴＤ
Ｃ（Time Density Curve））あるいは最大輝度などを求
めることにより行われている。そして従来、造影剤によ
る超音波エコーのエコーレベル変化の検出は、Ｂモード
画像の輝度レベルの変化を単に視覚的に認識するか、複
数のイメージデータを装置内に記憶させておき、後で各
画像を呼び出しヒストグラム計算機能などを用いてエコ
ーレベル変化の定量測定やＴＤＣの作成が行われてい
た。

【０００５】造影剤によるコントラストエコーを超音波
診断装置によって増強効果を高める手法として、ハーモ
ニックエコーが考えられている。この手法は、造影剤の
微小気泡がその弾性作用により音響的に非線形現象を引
き起こし、それに気泡エコーが送信超音波の基本周波数
に対する２次高調波（ハーモニクス）成分を含むことを
利用して、ハーモニクスを生じにくい体内の各部被検体
臓器と周波数レベルでの差別化を図ろうとするものであ
る。つまり、エコーは、送信超音波の基本周波数成分と
造影剤によるハーモニクス成分を含むが、基本周波数成
分をフィルタで除去することにより、ハーモニクス成分
だけを取り出すことができる。そしてこのハーモニクス
成分に基づいてＢモード画像を生成し表示することで、
造影剤の存在部分、つまり血流部分を強調して映像化す
ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】造影剤を用いた上述の
手法には、いくつかの問題が存在する。まず、造影剤の
微小気泡は非常にデリケートであり、超音波照射によっ
て極短時間のうちに崩壊・消失してしまうということで
ある。本来、気泡の反射強度は、生体内の散乱組織に比
べ非常に大きいため、極微量の微小気泡が存在しても造
影効果は大きいのであるが、実際には超音波の照射によ
り瞬時に消失してしまう。このためＢモード画像での診
断の場合、非常に多量の造影剤を継続的に注入すること
が必要となる。造影剤注入による輝度増強は、当然なが
ら造影剤の注入量もしくは濃度が高いほどその効果は高
いと言える。しかしながら注入量の増加は患者への侵襲
性を増すことになる。複数回の注入による診断も同様に
侵襲性が高くなる。

【０００７】次に定量評価の妨げとなるいくつかの要因
を述べる。例えば、装置側の要因としては画像ノイズ、
スペックルパタンによる時間方向の被検体局所間もしく
は注入間の輝度のバラツキ、造影剤側の要因としてはエ
コー散乱体の生成、持続の不安定さによる輝度バラツキ
が考えられる。現在、これらの要因を回避するために
は、複数回の測定を行うことによって、平均的な結果を
得る方法が考えられる。

【０００８】ハーモニックエコー法についての問題は次
に示すようなものが挙げられた。すなわち、（１）現実
のシステム構築の際には、装置の内部回路あるいは超音
波送信部において基本周波数以外の周波数成分も画像化
に寄与する、（２）超音波の伝搬によっても微かな非線
形現像が発生する、ことである。

【０００９】これらの問題は、ハーモニック成分の映像
に、不必要な情報が加わることになり、造影剤の増強効
果を低減させてしまう要因となる。このように超音波造
影剤は超音波照射により極短時間にうちに崩壊してしま
うため、その増強効果を画像上で好ましくとらえること
は困難であった。しかもこの点を補填するためには継続
的に多量の造影剤を注入しなければならず、被検体への
影響が懸念される。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、より少量の造影剤投与で安定かつ効
率的に造影剤からのエコーを受信し、これによってより
詳細な血流動態の診断が可能となる超音波診断装置を提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体に造影
剤を注入し、前記被検体の断面を超音波でスキャンし、
得られたエコー信号に基づいてＢモード画像を生成する
超音波診断装置において、同一走査線に対して超音波の
送受信を少なくとも２回繰り返しながら走査線を順次切
り替えていくことにより前記被検体の断面をスキャンす
る走査手段と、前記走査手段により得られた同一走査線
に関する２つのエコー信号どうしを差分する差分手段
と、前記差分手段による差分信号を検波する検波手段
と、前記検波手段による検波信号に基づいて前記Ｂモー
ド画像を生成する生成手段とを具備する。

【００１２】

【作用】本実施例によれば、同一走査線に対して超音波
が少なくとも２回ずつ送受信される。造影剤は超音波の
照射を受けると全て又は一部が消失する。したがって、
同一走査線に対して１回目の送受信のときの造影剤の存
在量に対して、２回目以降のそれは確実に減少してい
る。つまり、１回目の送受信によるエコー信号に含まれ
る造影剤からの反射成分に対して、２回目以降の送受信
によるエコー信号に含まれる造影剤からの反射成分は確
実に減少していることになる。一方、造影剤以外の組織
からの反射成分は１回目と２回目以降では大きく変化す
ることはない。したがって、１回目の送受信によるエコ
ー信号から２回目以降の送受信によるエコー信号を差分
した差分信号は消失した造影剤を反映していることにな
り、このような差分信号に基づいてＢモード画像を生成
することにより、造影剤の分布、つまり血流動態のみを
画像化することが可能となる。このように本発明は、造
影剤が崩壊しやすいというマイナス面の性質を積極的に
活用して、造影効果を強調するものである。また、本発
明では体内で持続性・耐圧性のある侵襲性の高い危険な
造影剤の使用を解除し得る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づき説明
する。本発明は心筋への血流状態をみる場合に限定され
るものではないが、以下には心臓、特に左心室系の筋肉
への血流状態から異常部位を同定する場合について説明
する。

【００１４】図１は本実施例による超音波診断装置のブ
ロック図である。本実施例による超音波診断装置は、心
電計（ＥＣＧ）１、超音波プローブ４、装置本体２２、
装置本体２２に接続され、オペレータからの各種指示・
命令・情報を装置本体２２にとりこむための操作パネル
１５とから構成される。操作パネル１５には、関心領域
（ＲＯＩ）の設定などを行うためのマウス１３やトラッ
クボール１４、モード切替スイッチ１６等が設けられ
る。

【００１５】超音波プローブ４は、圧電セラミック等の
音響／電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有す
る。複数の圧電振動子は並列され、プローブ４の先端に
装備される。

【００１６】装置本体２２はＣＰＵ１７をシステム全体
の制御中枢として次のように構成されている。プローブ
４には超音波送信部６と超音波受信部５とが接続され
る。超音波送信部６は、パルス発生器６Ａ、送信遅延回
路６Ｂ、パルサ６Ｃとを有する。パルス発生器６Ａは例
えば５ＫＨｚのレート周波数ｆr （周期；１／ｆr 秒）
でレートパルスを繰り返し発生する。このレートパルス
はチャンネル数に分配され、送信遅延回路６Ｂに送られ
る。送信遅延回路６Ｂは、超音波をビーム状に集束し且
つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レート
パルスに与える。送信遅延回路６Ｂにはトリガ信号発生
器１９からのトリガがタイミング信号発生器１８を介し
てタイミング信号として供給される。パルサ６Ｃは、送
信遅延回路６Ｂからレートパルスを受けたタイミングで
プローブ４にチャンネル毎に電圧パルスを印加する。こ
れにより超音波ビームが被検体に送信される。

【００１７】被検体内の音響インピーダンスの不連続面
で反射した反射波はプローブ４で受信される。プローブ
４からチャンネル毎に出力されるエコー信号は、超音波
受信部５に取り込まれる。超音波受信部５は、プリアン
プ５Ａ、受信遅延回路５Ｂ、加算器５Ｃを有する。エコ
ー信号は、チャンネル毎にプリアンプ５Ａで増幅され、
受信遅延回路５Ｂにより受信指向性を決定するのに必要
な遅延時間を与えられ、そして加算器５Ｃで加算され
る。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射
成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とによ
り超音波送受信の総合的な指向性が決定される。この指
向性を走査線と称する。

【００１８】超音波受信部５から出力されるエコー信号
は、レシーバ部７と、カラーフローマッピング（ＣＦ
Ｍ）ユニット２０とに送られる。レシーバ部７は、図示
しないが、対数増幅器、包絡線検波回路、アナログディ
ジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）から構成される。対数増幅
器は、エコー信号を対数増幅する。包絡線検波回路は対
数増幅器からの出力信号の包絡線を検波する。この検波
信号はアナログディジタルコンバータを介してディジタ
ル化され、検波データとして出力される。

【００１９】この検波データは、加算器２３に直接送ら
れ、またラインメモリ８を介してレート周期１／ｆr 秒
の遅延を受けて加算器２３に送られる。ラインメモリ８
は１本の走査線上のサンプル点数分のメモリ素子を有す
る。加算器２３は、レシーバ部７とラインメモリとから
同期して供給される検波データ間で差分をとる。この差
分データはＢモードディジタルスキャンコンバータ（Ｄ
ＳＣ）部９、メモリ合成部１０を介して表示部１１に送
られ、造影剤の空間的分布、つまり血流画像としてビジ
ュアルに表示される。Ｂモード用フレームメモリ１２
は、ＢモードＤＳＣ部９の出力を記憶するために具備さ
れる。加算器２３による差分演算処理は、対数圧縮後の
輝度差をとることを意味するが、ラインメモリ８をレシ
ーバ部７の直前に配置して、対数圧縮前のリニアな信号
の差分をとってもよい。

【００２０】ＣＦＭユニット２０は、図示しないが、位
相検波回路、アナログディジタルコンバータ、ＭＴＩフ
ィルタ、自己相関器、演算部から構成され、ドプラ効果
による血流成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の
血流情報を多点について求める。血流情報はメモリ合成
部１０を介して表示部１１に送られ、平均速度画像、分
散画像、パワー画像、これらの組み合わせ画像としてカ
ラー表示される。

【００２１】心電計１で検出された心電波形信号はアン
プ２を介して参照データメモリ３に送られ、必要であれ
ばメモリ合成部１０を介して表示部１１に送られ、心電
波形として表示される。

【００２２】次に本実施例の作用を説明する。なお、こ
の造影剤としては微小気泡が用いられる。図２は超音波
送信部６及び超音波受信部５による遅延制御によるスキ
ャンの手順に関する説明図である。図２（ａ）に示すよ
うに、１フレーム分のスキャン領域には１２０本の走査
線が含まれるものとし、各走査線をスキャン順序にした
がって記号R1，R2，R3，…，R119，R120で識別するもの
とする。図２（ｂ）に示すように、超音波ビームはレー
ト周期１／ｆr 秒で繰り返し被検体に送信され、且つ反
射波は次の送信までの間受信される。本実施例では、同
一走査線に対して超音波の送受信を２回繰り返す毎に、
走査線を順次切り換えていく。このような動作を最初の
走査線R1から最後の走査線R120まで行うことにより１フ
レーム分のスキャンが完了する。このような１フレーム
分のスキャンは繰り返される。

【００２３】このようなスキャン手順によると、加算器
２３には、同一点に関する１回目の送受信によるエコー
信号の検波データと、２回目の送受信によるエコー信号
の検波データとが同期して供給される。両検波データは
差分され、これにより生態組織からの反射成分が除去さ
れ、造影剤からの反射成分だけが抽出される。この原理
を以下に説明する。

【００２４】図３は１回目の送受信と２回目の送受信に
よる反射現象を造影剤と生体組織それぞれについて見た
模式図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、１回
目で送信された超音波は造影剤（微小気泡）及び生体組
織で反射し、プローブ４で受信される。造影剤である微
小気泡は、超音波の送信パワーに応じて、超音波の照射
を受けると全て又は一部が崩壊・消失する。つまり、１
回目の送受信で全て又は一部の造影剤が崩壊・消失す
る。この状態で同じ走査線に２回目の送受信がなされる
と、図３（ｃ）に示すように、当然のことととして崩壊
した造影剤では反射しない。一方、図３（ｄ）に示すよ
うに、生体組織に関しては１回目と同じように反射波が
受信される。

【００２５】このように１回目の送受信で造影剤は全て
又は一部が崩壊するので、１回目の送受信のときの造影
剤の存在量に対して、２回目のそれは確実に減少してい
る。つまり、１回目の送受信によるエコー信号に含まれ
る造影剤からの反射成分に対して、２回目の送受信によ
るエコー信号に含まれる造影剤からの反射成分は確実に
減少していることになる。一方、造影剤以外の組織から
の反射成分は１回目と２回目では大きく変化することは
ない。

【００２６】したがって、１回目の送受信によるエコー
信号（検波データ）から２回目の送受信によるエコー信
号（検波データ）を差分した差分データは、消失した造
影剤のみを反映していることになり、このような差分デ
ータに基づいてＢモード画像を生成することにより、造
影剤の分布、つまり血流動態のみを画像化することが可
能となる。このように本実施例は、造影剤が崩壊しやす
いというマイナス面の性質を積極的に活用して、造影効
果を強調するものである。また、本実施例では体内で持
続性・耐圧性のある侵襲性の高い危険な造影剤の使用を
解除し得る。

【００２７】なお本実施例は次のように変形可能であ
る。上述したような原理から、１回目の送受信のときの
造影剤の存在量と、２回目の送受信のときの造影剤の存
在量との差が大きいほど、つまり１回目の送受信で崩壊
・消失する造影剤が多いほど、造影効果を強調すること
ができる。したがって、同一の走査線に対してｎ（ｎ≧
３）回、例えば３回超音波の送信を繰り返し、１回目の
エコー信号と３回目のエコー信号間で差分をとることで
造影効果を高めることができる。なお、この場合、１回
目の検波データをラインメモリ８に記憶させ、３回目ま
では送信のみ行い受信は行わず、１回目の検波データと
３回目の検波データとの間で差分を行えばよい。なお、
この場合、２回目に送信する超音波の送信パワーを造影
剤の大部分が崩壊する程度に十分大きくすることが好ま
しい。

【００２８】また他の変形例について説明する。この変
形例の構成を図４に示す。図１と同じ部分には同符号を
付する。この変形例では、加算器５Ｃの加算処理前であ
って、受信遅延回路５Ｂで受信遅延処理を受けた後のエ
コー信号についてチャンネル毎に差分をとるものであ
る。差分後のエコー信号が加算器５Ｃによって加算され
る。なお、単チャネルのリニアなエコー信号の差分を意
味する。

【００２９】さらに他の変形例について説明する。この
変形例の構成を図５に示す。図１と同じ部分には同符号
を付する。この変形例では、レシーバ部７からの検波デ
ータが、ＤＳＣ９に直接供給される経路が追加される。
これにより加算器２３からの差分データによる造影効果
が強調された画像と、レシーバ部７から出力される通常
のＢモード画像とを同時に表示させることが可能とな
る。この場合、通常はグレースケール表示を行っている
２つの画像のうち一方の色調を他方と異なるものにすれ
ば、従来のＢモード画像と造影効果の強調された画像と
の同時観測が可能となる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、被検体に造影剤を注入し、前
記被検体の断面を超音波でスキャンし、得られたエコー
信号に基づいてＢモード画像を生成する超音波診断装置
において、同一走査線に対して超音波の送受信を少なく
とも２回繰り返しながら走査線を順次切り換えていくこ
とにより前記被検体の断面をスキャンする走査手段と、
前記走査手段により得られた同一走査線に関する２つの
エコー信号どうしを差分する差分手段と、前記差分手段
による差分信号に基づいて前記Ｂモード画像を生成する
生成手段とを具備する。

【００３１】本実施例によれば、同一走査線に対して超
音波が少なくとも２回ずつ送受信される。造影剤は超音
波の照射を受けると全て又は一部が消失する。したがっ
て、同一走査線に対して１回目の送受信のときの造影剤
の存在量に対して、２回目以降のそれは確実に減少して
いる。つまり、１回目の送受信によるエコー信号に含ま
れる造影剤からの反射成分に対して、２回目以降の送受
信によるエコー信号に含まれる造影剤からの反射成分は
確実に減少していることになる。一方、造影剤以外の組
織からの反射成分は１回目と２回目以降では大きく変化
することはない。したがって、１回目の送受信によるエ
コー信号から２回目以降の送受信によるエコー信号を差
分した差分信号は消失した造影剤を反映していることに
なり、このような差分信号に基づいてＢモード画像を生
成することにより、造影剤の分布、つまり血流動態のみ
を画像化することが可能となる。このように本発明は、
造影剤が崩壊しやすいというマイナス面の性質を積極的
に活用して、造影効果を強調するものである。また、本
発明では体内で持続性・耐圧性のある侵襲性の高い危険
な造影剤の使用を解除し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る超音波診断装置のブロ
ック図。

【図２】スキャン手順の説明図。

【図３】１回目の送受信と２回目の送受信による反射現
象を造影剤と生体組織それぞれについて見た模式図。

【図４】変形例のブロック図。

【図５】他の変形例のブロック図。

【符号の説明】

１…心電計、 ２…アンプ、３…参照デー
タメモリ、 ４…超音波プローブ、５…超音波受信
部、 ６…超音波送信部、７…レシーバ部、
８…ラインメモリ、９…ＤＳＣ、 １
０…メモリ合成部、１１…表示部、 １２…
フレームメモリ、１３…マウス、 １４…ト
ラックボール、１５…操作パネル、 １６…モー
ド切替スイッチ、１７…ＣＰＵ、 １８…タ
イミング信号発生器、１９…トリガ発生器、 ２０
…ＣＦＭユニット、２１…ＴＤＣ演算部、 ２２…
装置本体、２３…加算器。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−26919（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−279235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−114539（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183457（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−75638（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−79974（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−79981（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−229032（ＪＰ，Ａ) Ｄａｎｉｅｌｅ Ｒｏｖａｉ ｅｔ ａｌ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｈｅａｒｔ Ｊｏｕｒｎａｌ，1987年 ６月，ｖｏ ｌ．113， ｎｏ．６， ｐｐ．1437− 1444 Ｍａｒｋ Ｊ． Ｍｏｎａｇｈａｎ ｅｔ ａｌ，ＤＩＧＩＴＡＬ ＥＣＨＯ ＣＡＲＤＩＯＧＲＡＰＨＩＣ ＴＥＣＨ ＮＩＱＵＥＳ ＩＮ ＭＹＯＣＡＲＤＩ ＡＬ ＣＯＮＴＲＡＳＴ ＥＣＨＯＣＡ ＲＤＩＯＧＲＡＰＨＹ，ＥＣＨＯ ＣＡ ＲＤＩＯＧＲＡＰＨＹ 1990， Ｐｒｏ ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７ｔ ｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ ｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｅｃｈｏｃａｒｄ ｉｏｇｒａｐｈｙ，1990年 ４月，ｐ ｐ．235−244 Ｃｈｒｉｓｔｙ Ｋ． Ｈｏｌｌａｎ ｄ ｅｔ ａｌ，Ｉｎ Ｖｉｔｒｏ Ｄ ｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｖｉｔａ ｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｕｌｔｒａｓｏ ｕｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ，ＩＥＥＥ ＴＲ ＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＵＬＴＲ ＡＳＯＮＩＣＳ， ＦＥＲＲＯＥＬＥＣ ＴＲＩＣＳ， ＡＮＤ ＦＲＥＱＵＥＮ ＣＹ ＣＯＮＴＲＯＬ，1992年 １月, ｖｏｌ．39， ｎｏ．１， ｐｐ．95− 101 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体に造影剤を注入し、前記被検体の
   断面を超音波でスキャンし、得られたエコー信号に基づ
   いてＢモード画像を生成する超音波診断装置において、 同一走査線に対して超音波の送受信を少なくとも２回繰
   り返しながら走査線を順次切り替えていくことにより前
   記被検体の断面をスキャンする走査手段と、 前記走査手段により得られた同一走査線に関する２つの
   エコー信号どうしを差分する差分手段と、前記差分手段による差分信号を検波する検波手段と、 前記検波手段による検波信号 に基づいて前記Ｂモード画
   像を生成する生成手段とを具備することを特徴とする超
   音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記差分手段は、同一走査線に対する１
   回目の送受信により得られるエコー信号と前記造影剤が
   崩壊後のｎ回目（ｎ≧２）の送受信により得られるエコ
   ー信号とを差分することを特徴とする請求項１記載の超
   音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記走査手段は、同一走査線に対して超
   音波の送受信を２回繰り返し、且つ２回の送受信の間に
   前記造影剤を崩壊させるために必要なパワーで超音波パ
   ルスを送信することを特徴とする請求項１記載の超音波
   診断装置。