JP4023904B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮像方法および装置に関し、特に、マイクロバルーン(microballoon)造影剤を注入した被検体についての超音波撮像方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
造影剤を用いる超音波撮像では、直径が１〜数μｍの多数のマイクロバルーンを液体に混入したマイクロバルーン造影剤を用いる。マイクロバルーンは生体に無害な気体を、生体に無害な物質からなる殻に封入したものとなっている。このようなマイクロバルーンを被検体に注入し、超音波を照射して殻を破壊し、その結果放出される気泡を造影撮像に利用する。
【０００３】
気泡は、非線形なエコー(echo)源性により送波超音波の第２高調波エコーを発生するので、第２高調波エコーに基づいて画像を生成することにより、体内における造影剤の分布を画像化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、マイクロバルーンから放出された気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置にあって、寿命が異なる気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する第１の超音波を送波し、次いで前記第１の超音波を送波した音線および走査方向におけるその前後の音線を含む複数の音線に沿って前記マイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波し、前記第２の超音波についてのエコーを前記複数の音線に沿って並行受信し、前記並行受信したエコーに基づいてそれぞれ画像を生成することを特徴とする超音波撮像方法である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する第１の超音波を送波し、次いで前記第１の超音波を送波した音線および走査方向におけるその前後の音線を含む複数の音線に沿って前記マイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波する超音波送波手段と、前記第２の超音波についてのエコーを前記複数の音線に沿って並行受信するエコー受信手段と、前記エコー受信手段で並行受信したエコーに基づいてそれぞれ画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【０００８】
第１の発明または第２の発明において、前記複数の画像に基づいて前記マイクロバルーンの殻の破壊の前と後の差の画像を生成することが、マイクロバルーンから放出された気泡に基づく画像を効果的に得る点で好ましい。
【０００９】
（作用）
本発明では、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する場合において、被検体に注入したマイクロバルーンの殻を第１の超音波で破壊し、次に、第１の超音波の送波音線およびその前後の音線を含む複数の音線に沿ってマイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波し、それら複数の音線に沿ったエコーを並行受信してそれぞれ画像を生成し、マイクロバルーンから放出された気泡について、放出後の寿命がそれぞれ異なるものの画像を得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に、超音波撮像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置についての実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法についての実施の形態の一例が示される。
【００１１】
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない超音波トランスデューサアレイ(transducer array)を有する。超音波プローブ２は、操作者により被検体４に当接されて使用される。被検体４には、予めマイクロバルーン造影剤４０が注入されている。
【００１２】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて、被検体４内に超音波を送波させるようになっている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコーを受信するようになっている。超音波プローブ２および送受信部６は、本発明における超音波送波手段の実施の形態の一例である。また、本発明におけるエコー受信手段の実施の形態の一例である。
【００１３】
送受信部６のブロック図を図２に示す。同図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ(beamformer)６０４に入力するようになっている。
【００１４】
送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beamforming) 信号、すなわち、超音波トランスデューサアレイ中の送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００１５】
駆動信号は振幅および波形が可変になっている。これによって、後述するように、マイクロバルーンの殻を破壊する瞬時音圧が高い超音波を送波させる大振幅の駆動信号と、マイクロバルーンの殻を破壊しない瞬時音圧が低い超音波を送波させる小振幅の駆動信号とをそれぞれ発生する。
【００１６】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号を超音波トランスデューサアレイに入力するようになっている。アレイ中の送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサは、複数の駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成により超音波ビームが形成される。
【００１７】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの方位は送波ビームフォーマ６０４によって順次変更される。それによって、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
【００１８】
超音波ビームのプロファイル(profile) は、送波ビームフォーマ６０４における複数の駆動信号の重み付け、すなわち、アポダイゼーション(apodization) により調節されるようになっている。これにより、例えば図３に示すように、マイクロバルーンの殻を破壊する瞬時音圧が高い超音波を送波するときは、１音線分の細い超音波ビームＢ１を形成し、マイクロバルーンの殻を破壊しない瞬時音圧が低い超音波を送波するときは、複数（ここでは７）音線を包含する太い超音波ビームＢ２を形成するようになっている。超音波ビームＢ２に包含させる音線数は７に限るものではなく、所望の数として良い。
【００１９】
送受切換回路６０６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を複数の受波ビームフォーマ６１０〜６１６に共通に入力するようになっている。受波ビームフォーマ６１０〜６１６は、それぞれ、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し次いでそれら加算して、例えば図３に示した相対音線番号−３〜＋３の７本の音線に沿ったエコー受信信号の形成、すなわち、受波のマルチビームフォーミング(multi-beamforming) を行なうようになっている。なお、相対音線番号０の音線は、超音波ビームＢ１を送波した音線である。
【００２０】
受波ビームフォーマ６１０は、相対音線番号０の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。その他の受波ビームフォーマ６１１〜６１６は、それぞれ相対音線番号−３，−２，−１，＋１，＋２，＋３の音線に沿ったエコー受信信号をそれぞれ形成する。
【００２１】
受波ビームフォーマ６１０〜６１６により、受波の音線も送波に合わせて走査される。以上の、送波タイミング発生回路６０２乃至受波ビームフォーマ６１０〜６１６は、後述の制御部１８によって制御されるようになっている。
【００２２】
このような構成の送受信部６は、例えば図４に示すような走査を行なう。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる超音波ビーム（音線）２０２が扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン(sector scan) を行なう。
【００２３】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図５に示すような走査を行なうことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２が直線２０４上を移動することにより、矩形状の２次元領域２０６がｘ方向に走査され、いわゆるリニアスキャン(linear scan) が行なわれる。
【００２４】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ(convex array)である場合は、リニアスキャンと同様な音線操作により、例えば図６に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧２０４上を移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベクススキャンが行なえるのは言うまでもない。
【００２５】
送受信部６はＢモード(mode)処理部１０に接続され、各音線毎のエコー受信信号をＢモード処理部１０に入力するようになっている。Ｂモード処理部１０はＢモード画像データ(data)を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、例えば図７に示すように基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６を備えている。基本波処理部１１０には、受波ビームフォーマ６１０の出力信号が入力される。高調波処理部１３０〜１３６には、受波ビームフォーマ６１０〜６１６の出力信号がそれぞれ入力される。
【００２６】
基本波処理部１１０は、基本波エコーすなわち送波超音波の中心周波数と同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタ(filter)を有する。高調波処理部１３０〜１３６は第２高調波エコーすなわち送波超音波の中心周波数の第２高調波と同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタを有する。
【００２７】
基本波処理部１１０は、入力信号につき、基本波エコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわち基本波処理部１１０は基本波エコーに基づくＢモード画像データを生成する。
【００２８】
高調波処理部１３０〜１３６は、入力信号につき、第２高調波エコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわち高調波処理部１３０〜１３６は、第２高調波エコーに基づくＢモード画像データをそれぞれ生成する。
【００２９】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される複数系統のＢモード画像データに基づいて複数のＢモード画像をそれぞれ生成するものである。
【００３０】
画像処理部１４は、図８に示すように、バス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ(data memory) １４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プロセッサ(prosessor) １４８を備えている。
【００３１】
Ｂモード処理部１０から音線毎に入力された基本波エコーおよび複数系統の第２高調波エコーによるＢモード画像データは、音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。音線データメモリ１４２内にはそれぞれの音線データ空間が形成される。
【００３２】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間のデータに変換するものである。ディジタル・スキャンコンバータ１４４によって変換された画像データは、画像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像データを記憶する。画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施す。
【００３３】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。表示部１６は、カラー（color)画像が表示可能なものとなっている。
【００３４】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。また、制御部１８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力されるようになっている。制御部１８の制御の下で、超音波撮像が遂行される。
【００３５】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３６】
本装置の動作を説明する。操作者は、超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して撮像を行う。撮像は、制御部１８による制御の下で遂行される。
【００３７】
先ず、マイクロバルーンの殻を破壊するための超音波を送波する。そのような超音波として、図９の（ａ）に示すように、最初の半サイクル(cycle) が負圧となる超音波を用いる。このような超音波は、例えば最初の半サイクルを負極姓とした駆動信号等によって発生させることができる。
【００３８】
このような超音波がマイクロバルーンに加わると、負圧によるキャビテーション(cavitation)効果によって、その殻が破壊する。殻の硬度が比較的高いものほど負圧によって破壊し易い。被検体内での超音波伝播の非線形性により、例えば図９の（ｂ）に示すように、瞬時音圧波形は進行につれて負の期間が伸びる傾向を示す。負の期間が伸びるのは、負圧の印加時間を長くし、ますますマイクロバルーンの殻の破壊に有利に作用する。このため、比較的低い瞬時音圧でも殻を破壊することが可能であり能率が良い。また、瞬時音圧波形の正の部分が急峻になるのも破壊を促進する点で有利である。
【００３９】
これに対して、図１０の（ａ）に示すように、最初の半サイクルが正の超音波を用いた場合は、伝播の非線形性があっても同図の（ｂ）に示すように正の部分は急峻になるもののそれらの間隔は変わらず、したがって負圧の期間が伸びるということがないので、図９の場合よりもマイクロバルーンの殻の破壊効果が劣る。そこで、最初の半サイクルが正の超音波を用いる場合は、十分な破壊効果が得られるように送波超音波の瞬時音圧レベルを高める必要がある。
【００４０】
ここでは、図９の（ａ）に示したような超音波を送受信部６によって送波してマイクロバルーンの殻を破壊し、放出気泡を利用して造影撮像を行うものとする。なお、図１０の（ａ）に示したような超音波を用い、マイクロバルーンの殻を破壊するようにしても良いのは勿論である。以下ではマイクロバルーンの殻の破壊を単にマイクロバルーンの破壊という。
【００４１】
図１１に、マイクロバルーンの破壊を伴う超音波送受信シーケンス(sequence)を模式的に示す。同図では、横方向に音線番号をとり、縦方向に時相をとる。走査は音線番号の昇順に行なわれる。時相は図の上から下に進行する。
【００４２】
時相ｔ１では、４番音線にマイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１が送波される。マイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１は、本発明における第１の超音波の実施の形態の一例である。この超音波は、瞬時音圧が例えば１ＭＰａ以上のものである。送波用の駆動波形としては、図９の（ａ）に示したものを用いるのが有利であるが、それに限らず図１０の（ａ）に示したものを用いても良いのはいうまでもない。
【００４３】
これによって、４番音線上のマイクロバルーンが破壊され、気体が放出されて気泡が生じる。なお、１〜３番音線上では、それまでの走査で送波された超音波ビームＢ１によりマイクロバルーンは既に破壊済みである。
【００４４】
次に、時相ｔ２において、撮像用の超音波ビームＢ２を送波する。撮像用の超音波ビームＢ２は、本発明における第２の超音波の実施の形態の一例である。この超音波は、例えば瞬時音圧が１００ｋＰａ程度のものである。この程度の瞬時音圧ではマイクロバルーンは破壊できない。なお、超音波ビームＢ２は最初の半サイクルに負圧を含まないものとする。超音波ビームＢ２は１〜７番音線を包含する太さを有する。
【００４５】
超音波ビームＢ２の太さに包含される音線のうち、１〜３番音線では前回までの超音波ビームＢ１の走査でマイクロバルーンが既に破壊済みであり、４番音線ではたったいまマイクロバルーンが破壊されたところであり、５〜７番音線では未だマイクロバルーンは破壊されていない。
【００４６】
次に、時相ｔ３において、１〜７番音線に沿ってマルチビームのエコー受信を行なう。４番音線のエコー受信信号は、今回のマイクロパルーンの破壊によって生じ、超音波ビームＢ２が送波されたときまで存在した気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。すなわち、破壊用の超音波ビームＢ１を送波してから撮像用の超音波ビームＢ２を送波するまでの時間間隔が例えば２００μｓであるとすると、寿命が２００μｓ以上の気泡からの第２高調波エコーを含む。
【００４７】
３，２，１番音線のエコー受信信号はそれぞれ、前回、前前回、さらにその前の回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。したがって、それらは、前回、前前回およびさらにその前の回のマイクロパルーンの破壊時から撮像用の超音波ビームＢ２の送波時までに、それぞれ生き残っているマイクロバルーンからの第２高調波エコーとなる。これにより、４〜１番音線の第２高調波エコーは、例えば数１００μｓ〜数ｍｓの範囲で順次に長い寿命を持つ気泡の存在を示す信号となる。
【００４８】
これに対して、５〜７番音線ではマイクロバルーンが破壊されないので、それら音線のエコー受信信号は気泡からの第２高調波エコーを含まない。ただし、マイクロパルーンからの第２高調波エコーを含む可能性はあるが、例えば殻の硬度の高いマイクロパルーン等、マイクロパルーンの銘柄を選ぶことにより、さらには超音波ビームＢ２の瞬時音圧が低いことにより、この第２高調波エコーは気泡からの第２高調波エコーに比して無視できる程度とすることができる。
【００４９】
このようなエコー信号が、基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６でそれぞれ処理されて、基本波エコーに基づくＢモード画像データおよび複数系統の第２高調波エコーに基づく複数系統のＢモード画像データがそれぞれ求められ、画像処理部１４において音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。
【００５０】
次に、時相ｔ４では、マイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１が５番音線に送波される。これによって、５番音線上のマイクロバルーンが破壊され、放出気体による気泡が生じる。
【００５１】
次に、時相ｔ５において、５番音線を中心として撮像用の超音波ビームＢ２を送波する。超音波ビームＢ２はその太さの範囲に２〜８番音線を包含する。これれら音線のうち、２〜４番音線では前回までの超音波ビームＢ１の走査でマイクロバルーンが既に破壊済みであり、５番音線ではいまマイクロバルーンが破壊されたところであり、６〜８番音線では未だマイクロバルーンは破壊されていない。
【００５２】
次に、時相ｔ６において、２〜８番音線に沿ってマルチビームのエコー受信を行なう。５番音線のエコー受信信号は今回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。４，３，２番音線のエコー受信信号はそれぞれ、前回、前前回、さらにその前の回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。６〜８番音線のエコー受信信号は気泡からの第２高調波エコーを含まない。
【００５３】
このようなエコー信号が、基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６でそれぞれ処理されて、基本波エコーに基づくＢモード画像データおよび複数系統の第２高調波エコーに基づく複数系統のＢモード画像データがそれぞれ求められ、音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。複数系統のＢモード画像データは、相対音線番号が同一なもの同士でそれぞれの系統の音線データセット(data set)を形成する。以下、同様な動作を繰返し、音線順次の超音波撮像を遂行する。その様子を図１１における時相ｔ７〜ｔ１２で示す。
【００５４】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２の複数系統のＢモード画像データを、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換してそれぞれ画像メモリ１４６に書き込む。
【００５５】
画像処理プロセッサ１４８は、複数系統のＢモード画像を別々な領域に書き込む。基本波エコーによるＢモード画像は、走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。第２高調波エコーによる相対音線番号−３〜０の系統の各Ｂモード画像は、それぞれ寿命が異なる気泡に基づく造影画像となる。
【００５６】
相対音線番号１〜３の系統のＢモード画像は、気泡の像は含まないものの、超音波送受信系における信号歪や超音波伝播の非線形性等による第２高調波エコー像を含む。そのような像は相対音線番号−３〜０の系統のＢモード画像にも共通に含まれるので、画像処理プロセッサ１４８で両画像の差分を求めることによって相殺し、気泡のみの画像を得るようにしている。
【００５７】
操作者は、操作部２０を操作して、これらのＢモード画像を表示部１６に表示させる。すなわち、例えば図１２に示すように、組織の断層像１６０と第２高調波エコー像１６２との合成画像を表示させる。第２高調波エコー像１６２を、寿命が異なる気泡の像に変えてみることにより、被検体の診断等を適切に行なうことができる。組織の断層像１６０と第２高調波エコー像１６２はそれぞれ表示色を違えて表示する。第２高調波エコー像１６２は、さらに、気泡の寿命に応じて表示色を変えるのが、識別を容易にする点で好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、寿命が異なる気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置における送受信部のブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波超音波ビームのプロファイルの概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における画像処理部のブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置における超音波送受信のシーケンスを示す模式図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置における表示画像の模式図である。
【符号の説明】
２ 超音波プローブ
４ 被検体
４０ マイクロバルーン造影剤
６ 送受信部
１０ Ｂモード処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
６０２ 送波タイミング発生回路
６０４ 送波ビームフォーマ
６０６ 送受切換回路
６１０〜６１６ 受波ビームフォーマ
１１０ 基本波処理部
１３０〜１３６ 高調波処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮像方法および装置に関し、特に、マイクロバルーン(microballoon)造影剤を注入した被検体についての超音波撮像方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
造影剤を用いる超音波撮像では、直径が１〜数μｍの多数のマイクロバルーンを液体に混入したマイクロバルーン造影剤を用いる。マイクロバルーンは生体に無害な気体を、生体に無害な物質からなる殻に封入したものとなっている。このようなマイクロバルーンを被検体に注入し、超音波を照射して殻を破壊し、その結果放出される気泡を造影撮像に利用する。
【０００３】
気泡は、非線形なエコー(echo)源性により送波超音波の第２高調波エコーを発生するので、第２高調波エコーに基づいて画像を生成することにより、体内における造影剤の分布を画像化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、マイクロバルーンから放出された気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置にあって、寿命が異なる気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する第１の超音波を送波し、次いで前記第１の超音波を送波した音線および走査方向におけるその前後の音線を含む複数の音線に沿って前記マイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波し、前記第２の超音波についてのエコーを前記複数の音線に沿って並行受信し、前記並行受信したエコーに基づいてそれぞれ画像を生成することを特徴とする超音波撮像方法である。
【０００７】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する第１の超音波を送波し、次いで前記第１の超音波を送波した音線および走査方向におけるその前後の音線を含む複数の音線に沿って前記マイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波する超音波送波手段と、前記第２の超音波についてのエコーを前記複数の音線に沿って並行受信するエコー受信手段と、前記エコー受信手段で並行受信したエコーに基づいてそれぞれ画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【０００８】
第１の発明または第２の発明において、前記複数の画像に基づいて前記マイクロバルーンの殻の破壊の前と後の差の画像を生成することが、マイクロバルーンから放出された気泡に基づく画像を効果的に得る点で好ましい。
【０００９】
（作用）
本発明では、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する場合において、被検体に注入したマイクロバルーンの殻を第１の超音波で破壊し、次に、第１の超音波の送波音線およびその前後の音線を含む複数の音線に沿ってマイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波し、それら複数の音線に沿ったエコーを並行受信してそれぞれ画像を生成し、マイクロバルーンから放出された気泡について、放出後の寿命がそれぞれ異なるものの画像を得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に、超音波撮像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置についての実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法についての実施の形態の一例が示される。
【００１１】
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない超音波トランスデューサアレイ(transducer array)を有する。超音波プローブ２は、操作者により被検体４に当接されて使用される。被検体４には、予めマイクロバルーン造影剤４０が注入されている。
【００１２】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて、被検体４内に超音波を送波させるようになっている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコーを受信するようになっている。超音波プローブ２および送受信部６は、本発明における超音波送波手段の実施の形態の一例である。また、本発明におけるエコー受信手段の実施の形態の一例である。
【００１３】
送受信部６のブロック図を図２に示す。同図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ(beamformer)６０４に入力するようになっている。
【００１４】
送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beamforming) 信号、すなわち、超音波トランスデューサアレイ中の送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００１５】
駆動信号は振幅および波形が可変になっている。これによって、後述するように、マイクロバルーンの殻を破壊する瞬時音圧が高い超音波を送波させる大振幅の駆動信号と、マイクロバルーンの殻を破壊しない瞬時音圧が低い超音波を送波させる小振幅の駆動信号とをそれぞれ発生する。
【００１６】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号を超音波トランスデューサアレイに入力するようになっている。アレイ中の送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサは、複数の駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成により超音波ビームが形成される。
【００１７】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの方位は送波ビームフォーマ６０４によって順次変更される。それによって、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
【００１８】
超音波ビームのプロファイル(profile) は、送波ビームフォーマ６０４における複数の駆動信号の重み付け、すなわち、アポダイゼーション(apodization) により調節されるようになっている。これにより、例えば図３に示すように、マイクロバルーンの殻を破壊する瞬時音圧が高い超音波を送波するときは、１音線分の細い超音波ビームＢ１を形成し、マイクロバルーンの殻を破壊しない瞬時音圧が低い超音波を送波するときは、複数（ここでは７）音線を包含する太い超音波ビームＢ２を形成するようになっている。超音波ビームＢ２に包含させる音線数は７に限るものではなく、所望の数として良い。
【００１９】
送受切換回路６０６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を複数の受波ビームフォーマ６１０〜６１６に共通に入力するようになっている。受波ビームフォーマ６１０〜６１６は、それぞれ、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し次いでそれら加算して、例えば図３に示した相対音線番号−３〜＋３の７本の音線に沿ったエコー受信信号の形成、すなわち、受波のマルチビームフォーミング(multi-beamforming) を行なうようになっている。なお、相対音線番号０の音線は、超音波ビームＢ１を送波した音線である。
【００２０】
受波ビームフォーマ６１０は、相対音線番号０の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。その他の受波ビームフォーマ６１１〜６１６は、それぞれ相対音線番号−３，−２，−１，＋１，＋２，＋３の音線に沿ったエコー受信信号をそれぞれ形成する。
【００２１】
受波ビームフォーマ６１０〜６１６により、受波の音線も送波に合わせて走査される。以上の、送波タイミング発生回路６０２乃至受波ビームフォーマ６１０〜６１６は、後述の制御部１８によって制御されるようになっている。
【００２２】
このような構成の送受信部６は、例えば図４に示すような走査を行なう。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる超音波ビーム（音線）２０２が扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン(sector scan) を行なう。
【００２３】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図５に示すような走査を行なうことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２が直線２０４上を移動することにより、矩形状の２次元領域２０６がｘ方向に走査され、いわゆるリニアスキャン(linear scan) が行なわれる。
【００２４】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ(convex array)である場合は、リニアスキャンと同様な音線操作により、例えば図６に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧２０４上を移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベクススキャンが行なえるのは言うまでもない。
【００２５】
送受信部６はＢモード(mode)処理部１０に接続され、各音線毎のエコー受信信号をＢモード処理部１０に入力するようになっている。Ｂモード処理部１０はＢモード画像データ(data)を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、例えば図７に示すように基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６を備えている。基本波処理部１１０には、受波ビームフォーマ６１０の出力信号が入力される。高調波処理部１３０〜１３６には、受波ビームフォーマ６１０〜６１６の出力信号がそれぞれ入力される。
【００２６】
基本波処理部１１０は、基本波エコーすなわち送波超音波の中心周波数と同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタ(filter)を有する。高調波処理部１３０〜１３６は第２高調波エコーすなわち送波超音波の中心周波数の第２高調波と同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタを有する。
【００２７】
基本波処理部１１０は、入力信号につき、基本波エコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわち基本波処理部１１０は基本波エコーに基づくＢモード画像データを生成する。
【００２８】
高調波処理部１３０〜１３６は、入力信号につき、第２高調波エコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわち高調波処理部１３０〜１３６は、第２高調波エコーに基づくＢモード画像データをそれぞれ生成する。
【００２９】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。画像処理部１４は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される複数系統のＢモード画像データに基づいて複数のＢモード画像をそれぞれ生成するものである。
【００３０】
画像処理部１４は、図８に示すように、バス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ(data memory) １４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プロセッサ(prosessor) １４８を備えている。
【００３１】
Ｂモード処理部１０から音線毎に入力された基本波エコーおよび複数系統の第２高調波エコーによるＢモード画像データは、音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。音線データメモリ１４２内にはそれぞれの音線データ空間が形成される。
【００３２】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間のデータに変換するものである。ディジタル・スキャンコンバータ１４４によって変換された画像データは、画像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像データを記憶する。画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施す。
【００３３】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。表示部１６は、カラー（color)画像が表示可能なものとなっている。
【００３４】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。また、制御部１８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力されるようになっている。制御部１８の制御の下で、超音波撮像が遂行される。
【００３５】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３６】
本装置の動作を説明する。操作者は、超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して撮像を行う。撮像は、制御部１８による制御の下で遂行される。
【００３７】
先ず、マイクロバルーンの殻を破壊するための超音波を送波する。そのような超音波として、図９の（ａ）に示すように、最初の半サイクル(cycle) が負圧となる超音波を用いる。このような超音波は、例えば最初の半サイクルを負極姓とした駆動信号等によって発生させることができる。
【００３８】
このような超音波がマイクロバルーンに加わると、負圧によるキャビテーション(cavitation)効果によって、その殻が破壊する。殻の硬度が比較的高いものほど負圧によって破壊し易い。被検体内での超音波伝播の非線形性により、例えば図９の（ｂ）に示すように、瞬時音圧波形は進行につれて負の期間が伸びる傾向を示す。負の期間が伸びるのは、負圧の印加時間を長くし、ますますマイクロバルーンの殻の破壊に有利に作用する。このため、比較的低い瞬時音圧でも殻を破壊することが可能であり能率が良い。また、瞬時音圧波形の正の部分が急峻になるのも破壊を促進する点で有利である。
【００３９】
これに対して、図１０の（ａ）に示すように、最初の半サイクルが正の超音波を用いた場合は、伝播の非線形性があっても同図の（ｂ）に示すように正の部分は急峻になるもののそれらの間隔は変わらず、したがって負圧の期間が伸びるということがないので、図９の場合よりもマイクロバルーンの殻の破壊効果が劣る。そこで、最初の半サイクルが正の超音波を用いる場合は、十分な破壊効果が得られるように送波超音波の瞬時音圧レベルを高める必要がある。
【００４０】
ここでは、図９の（ａ）に示したような超音波を送受信部６によって送波してマイクロバルーンの殻を破壊し、放出気泡を利用して造影撮像を行うものとする。なお、図１０の（ａ）に示したような超音波を用い、マイクロバルーンの殻を破壊するようにしても良いのは勿論である。以下ではマイクロバルーンの殻の破壊を単にマイクロバルーンの破壊という。
【００４１】
図１１に、マイクロバルーンの破壊を伴う超音波送受信シーケンス(sequence)を模式的に示す。同図では、横方向に音線番号をとり、縦方向に時相をとる。走査は音線番号の昇順に行なわれる。時相は図の上から下に進行する。
【００４２】
時相ｔ１では、４番音線にマイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１が送波される。マイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１は、本発明における第１の超音波の実施の形態の一例である。この超音波は、瞬時音圧が例えば１ＭＰａ以上のものである。送波用の駆動波形としては、図９の（ａ）に示したものを用いるのが有利であるが、それに限らず図１０の（ａ）に示したものを用いても良いのはいうまでもない。
【００４３】
これによって、４番音線上のマイクロバルーンが破壊され、気体が放出されて気泡が生じる。なお、１〜３番音線上では、それまでの走査で送波された超音波ビームＢ１によりマイクロバルーンは既に破壊済みである。
【００４４】
次に、時相ｔ２において、撮像用の超音波ビームＢ２を送波する。撮像用の超音波ビームＢ２は、本発明における第２の超音波の実施の形態の一例である。この超音波は、例えば瞬時音圧が１００ｋＰａ程度のものである。この程度の瞬時音圧ではマイクロバルーンは破壊できない。なお、超音波ビームＢ２は最初の半サイクルに負圧を含まないものとする。超音波ビームＢ２は１〜７番音線を包含する太さを有する。
【００４５】
超音波ビームＢ２の太さに包含される音線のうち、１〜３番音線では前回までの超音波ビームＢ１の走査でマイクロバルーンが既に破壊済みであり、４番音線ではたったいまマイクロバルーンが破壊されたところであり、５〜７番音線では未だマイクロバルーンは破壊されていない。
【００４６】
次に、時相ｔ３において、１〜７番音線に沿ってマルチビームのエコー受信を行なう。４番音線のエコー受信信号は、今回のマイクロパルーンの破壊によって生じ、超音波ビームＢ２が送波されたときまで存在した気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。すなわち、破壊用の超音波ビームＢ１を送波してから撮像用の超音波ビームＢ２を送波するまでの時間間隔が例えば２００μｓであるとすると、寿命が２００μｓ以上の気泡からの第２高調波エコーを含む。
【００４７】
３，２，１番音線のエコー受信信号はそれぞれ、前回、前前回、さらにその前の回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。したがって、それらは、前回、前前回およびさらにその前の回のマイクロパルーンの破壊時から撮像用の超音波ビームＢ２の送波時までに、それぞれ生き残っているマイクロバルーンからの第２高調波エコーとなる。これにより、４〜１番音線の第２高調波エコーは、例えば数１００μｓ〜数ｍｓの範囲で順次に長い寿命を持つ気泡の存在を示す信号となる。
【００４８】
これに対して、５〜７番音線ではマイクロバルーンが破壊されないので、それら音線のエコー受信信号は気泡からの第２高調波エコーを含まない。ただし、マイクロパルーンからの第２高調波エコーを含む可能性はあるが、例えば殻の硬度の高いマイクロパルーン等、マイクロパルーンの銘柄を選ぶことにより、さらには超音波ビームＢ２の瞬時音圧が低いことにより、この第２高調波エコーは気泡からの第２高調波エコーに比して無視できる程度とすることができる。
【００４９】
このようなエコー信号が、基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６でそれぞれ処理されて、基本波エコーに基づくＢモード画像データおよび複数系統の第２高調波エコーに基づく複数系統のＢモード画像データがそれぞれ求められ、画像処理部１４において音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。
【００５０】
次に、時相ｔ４では、マイクロバルーンを破壊するための超音波ビームＢ１が５番音線に送波される。これによって、５番音線上のマイクロバルーンが破壊され、放出気体による気泡が生じる。
【００５１】
次に、時相ｔ５において、５番音線を中心として撮像用の超音波ビームＢ２を送波する。超音波ビームＢ２はその太さの範囲に２〜８番音線を包含する。これれら音線のうち、２〜４番音線では前回までの超音波ビームＢ１の走査でマイクロバルーンが既に破壊済みであり、５番音線ではいまマイクロバルーンが破壊されたところであり、６〜８番音線では未だマイクロバルーンは破壊されていない。
【００５２】
次に、時相ｔ６において、２〜８番音線に沿ってマルチビームのエコー受信を行なう。５番音線のエコー受信信号は今回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。４，３，２番音線のエコー受信信号はそれぞれ、前回、前前回、さらにその前の回のマイクロパルーンの破壊によって生じた気泡からの第２高調波エコーを含んでいる。６〜８番音線のエコー受信信号は気泡からの第２高調波エコーを含まない。
【００５３】
このようなエコー信号が、基本波処理部１１０および高調波処理部１３０〜１３６でそれぞれ処理されて、基本波エコーに基づくＢモード画像データおよび複数系統の第２高調波エコーに基づく複数系統のＢモード画像データがそれぞれ求められ、音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。複数系統のＢモード画像データは、相対音線番号が同一なもの同士でそれぞれの系統の音線データセット(data set)を形成する。以下、同様な動作を繰返し、音線順次の超音波撮像を遂行する。その様子を図１１における時相ｔ７〜ｔ１２で示す。
【００５４】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２の複数系統のＢモード画像データを、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換してそれぞれ画像メモリ１４６に書き込む。
【００５５】
画像処理プロセッサ１４８は、複数系統のＢモード画像を別々な領域に書き込む。基本波エコーによるＢモード画像は、走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。第２高調波エコーによる相対音線番号−３〜０の系統の各Ｂモード画像は、それぞれ寿命が異なる気泡に基づく造影画像となる。
【００５６】
相対音線番号１〜３の系統のＢモード画像は、気泡の像は含まないものの、超音波送受信系における信号歪や超音波伝播の非線形性等による第２高調波エコー像を含む。そのような像は相対音線番号−３〜０の系統のＢモード画像にも共通に含まれるので、画像処理プロセッサ１４８で両画像の差分を求めることによって相殺し、気泡のみの画像を得るようにしている。
【００５７】
操作者は、操作部２０を操作して、これらのＢモード画像を表示部１６に表示させる。すなわち、例えば図１２に示すように、組織の断層像１６０と第２高調波エコー像１６２との合成画像を表示させる。第２高調波エコー像１６２を、寿命が異なる気泡の像に変えてみることにより、被検体の診断等を適切に行なうことができる。組織の断層像１６０と第２高調波エコー像１６２はそれぞれ表示色を違えて表示する。第２高調波エコー像１６２は、さらに、気泡の寿命に応じて表示色を変えるのが、識別を容易にする点で好ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、寿命が異なる気泡に基づく造影撮像を行う超音波撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置における送受信部のブロック図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波超音波ビームのプロファイルの概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における画像処理部のブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置における超音波送受信のシーケンスを示す模式図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置における表示画像の模式図である。
【符号の説明】
２ 超音波プローブ
４ 被検体
４０ マイクロバルーン造影剤
６ 送受信部
１０ Ｂモード処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
６０２ 送波タイミング発生回路
６０４ 送波ビームフォーマ
６０６ 送受切換回路
６１０〜６１６ 受波ビームフォーマ
１１０ 基本波処理部
１３０〜１３６ 高調波処理部
Claims (1)
- マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、
前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する第１の超音波を送波し、次いで前記第１の超音波を送波した音線および走査方向におけるその前後の音線を含む複数の音線に沿って前記マイクロバルーンの殻を破壊しない第２の超音波を同時送波する超音波送波手段と、
前記第２の超音波についてのエコーを前記複数の音線に沿って並行受信するエコー受信手段と、
前記エコー受信手段で並行受信したエコーに基づいてそれぞれ画像を生成する画像生成手段と、
を具備することを特徴とする超音波撮像装置。
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