JP4130004B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents

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(micro balloon) 造影剤を用いて造影撮像を行なう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、生体に無害かつ経時分解性の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は、送波超音波の周波数に共振することに由来する非線形なエコー(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。そこで、第２高調波エコーに基づいて画像を生成し、体内におけるマイクロバルーンの分布状態を画像化するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロバルーンから帰投する超音波には、第２高調波エコーの他に、送波超音波によって誘発された音響放射(asAE : acoustically stimulated acoustic emission)がある。これは、送波超音波の周波数と相関性がない周波数を持つ超音波信号となる。
【０００４】
また、送波超音波によってマイクロバルーンが破壊したときは、それにともなってサブハーモニックスエコー(subharmonics echo) が生じる。これは、送波超音波の基本周波数の半分の周波数を持つ。サブハーモニックスエコーは、特に、比較的殻が硬いマイクロバルーンが破壊する場合に顕著に発生する。
【０００５】
上記の誘発音響およびサブハーモニックスエコーもマイクロバルーンに固有の信号であって、いずれもマイクロバルーンの画像化すなわち造影撮像に利用可能であり、造影剤の銘柄や超音波の送波条件等によっては、第２高調波エコーを利用するよりも良好な撮像が行なえる可能性があるが、従来は専ら第２高調波エコーを利用した撮像を行なっており、必ずしも常に適切な造影撮像を行なっているとは限らないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、マイクロバルーン造影剤を用いる超音波撮像が適切に行なえる超音波撮像方法および装置を実現することである。
【０００７】
【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に超音波を送波しエコーに基づいて造影撮像を行なうに当たり、前記エコーを受信するときの周波数を調節することを特徴とする超音波撮像方法である。
【０００８】
（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に超音波を送波しエコーに基づいて造影撮像を行なう超音波撮像装置であって、前記エコーを受信するときの周波数を調節する周波数調節手段、を具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【０００９】
第１の発明または第２の発明において、前記周波数の調節はインタラクティブに行なわれることが、良好な造影撮像を行なう点で好ましい。
また、第１の発明または第２の発明において、前記周波数の調節は周波数帯域の幅を含めて行なうことが、さらに良好な造影撮像を行なう点で好ましい。
【００１０】
また、第１の発明または第２の発明において、前記周波数の調節は関心領域について行なうことが、関心領域に関し良好な造影撮像を行なう点で好ましい。
また、第１の発明または第２の発明において、第２高調波エコーに基づく撮像をも行なうことが、周波数調節を適切に行なう点で好ましい。
【００１１】
（作用）
本発明では、エコー受信の周波数を調節することにより、造影剤を画像化するのに最適な受信信号を得る。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１４】
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、例えば前方に張り出した円弧に沿って形成された図示しない超音波トランスデューサ(transducer)のアレイ(array) を有する。すなわち、超音波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)となっている。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、マイクロバルーン造影剤４０が注入されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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(beam former) ６０４に入力するようになっている。
【００１７】
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(beam forming)信号、すなわち、超音波トランスデューサのアレイ中の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。駆動信号は周波数が変更可能になっている。これによって、マイクロバルーンの共振周波数に適合した周波数を持つ超音波を送波する。
【００１８】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号をセレクタ(selector)６０８に入力するようになっている。セレクタ６０８は、超音波トランスデューサのアレイの中から送波アパーチャ(aperture)を形成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動信号をそれぞれ与えるようになっている。
【００１９】
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って超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって定まる。
【００２０】
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。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換えることにより順次変更される。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。
【００２１】
セレクタ６０８は、また、超音波トランスデューサのアレイの中から受波アパーチャを形成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波トランスデューサが受波した複数のエコー信号を送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００２２】
送受切換回路６０６は、複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになっている。受波ビームフォーマ６１０は、複数のエコー信号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受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上のエコー受信信号を形成するようになっている。セレクタ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査される。
【００２３】
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。
超音波プローブ２および送受信部６によって、例えば図３に示すような走査が行われる。すなわち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベックススキャン(convex scan) が行われる。音線２０２を超音波の送波方向（ｚ方向）とは反対方向に延長したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全ての音線の発散点となる。
【００２４】
送受信部６はＢモード(mode)処理部１０に接続され、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、図４に示すように２系統のフィルタ(filter)１００，１０２と、各フィルタにそれぞれ接続されたシグナルコンディショナ(signal conditioner)１１０，１１２を備えている。フィルタ１００，１０２に受波ビームフォーマ６１０の出力信号が共通に入力される。
【００２５】
フィルタ１００は、図５に示す周波数通過帯域Ｂ０を有する。帯域Ｂ０は、送波超音波の基本周波数ｆ０に合わせてある。フィルタ１０２は、図５に示す周波数通過帯域Ｂ２を有する。帯域Ｂ２は移動可能になっており、送波超音波の基本周波数ｆ０の半分の周波数すなわちサブハーモニッスｆ０／２から、送波超音波の第２高調波２ｆ０を越える周波数範囲まで連続的に移動可変になっている。フィルタ１００，１０２は、後述の制御部１８によって制御される。
【００２６】
サブハーモニッスｆ０／２の位置にはサブハーモニッスエコーが存在する。基本周波数ｆ０と第２高調波２ｆ０の間および第２高調波２ｆ０を越える周波数範囲には、マイクロバルーンから生じる誘発音響の周波数が存在する。したがって、フィルタ１０２の帯域Ｂ２をｆ０／２から２ｆ０を越える周波数範囲まで移動させることにより、サブハーモニックスエコー、誘発音響および第２高調波エコーのいずれでも受信すること可能である。なお、基本波エコーを受信することも可能であるが、体内組織からのエコーと区別できないので、帯域２を基本波エコーに合わせることはしない。
【００２７】
シグナルコンディショナ１１０，１１２は、それぞれ、フィルタ１００，１０２を通過した信号について、対数増幅、包絡線検波、レベル(level) 調整、遅延時間調整等の処理を行うようになっている。シグナルコンディショナ１１０，１１２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。
【００２８】
シグナルコンディショナ１１０，１１２は、いずれも、対数増幅および包絡線検波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(mode)画像データを形成するようになっている。これによって、２系統のＢモード画像データを得るようになっている。
【００２９】
Ａスコープ信号は、シグナルコンディショナ１１０，１１２のレベル調整機能によりそのレベルが調整できるようになっている。また、遅延時間調整機能により遅延量を調整できるようになっている。
【００３０】
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、Ｂモード処理部１０から入力される２系統のＢモード画像データに基づいてそれぞれＢモード画像を生成するものである。
【００３１】
画像処理部１４は、図６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。
【００３２】
Ｂモード処理部１０から音線毎に入力された２系統の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。
【００３３】
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適宜のデータ処理を施す。
【００３４】
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。
【００３５】
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による制御の下で、超音波撮像が遂行される。
【００３６】
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。
【００３７】
操作具の１つとして、例えば図７に示すような操作具が設けられている。この操作具は、操作ツマミ２２を操作パネル２４の溝２６に沿って所望の目盛位置に移動させることにより、Ｂモード処理部１０におけるフィルタ１０２の帯域Ｂ２の中心周波数を目盛に対応した周波数となるように調節するものである。なお、目盛は送波の基本周波数ｆ０の倍数で目盛ってある。
【００３８】
操作ツマミ２２の位置は、操作パネル２４の裏側に設けた、図示しない例えばポテンショメータ(potentiometer) 等、適宜の位置検出手段により検出され制御部１８に指令として伝えられる。制御部１８はこの指令に従ってＢモード処理部におけるフィルタ１０２の周波数通過帯域Ｂ２を制御する。操作ツマミ２２、制御部１８およびフィルタ１０２は、本発明における周波数調節手段の実施の形態の一例である。
【００３９】
本装置の動作を説明する。操作者は、予め被検体４にマイクロバルーン造影剤４０を注入し、マイクロバルーン造影剤４０が撮像対象部位に行き渡るまでの待ち時間の後に撮像を開始する。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。
【００４０】
送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。音線がマイクロバルーン造影剤４０の注入部位を走査したとき、エコーには、体内組織からの基本波エコーに加えて、マイクロバルーン造影剤４０からの第２高調波エコーおよび誘発音響が含まれる。また、マイクロバルーンの破壊をともなうときは、サブハーモニックスエコーも含まれる。これらのエコー等の混在した信号が、送受信部６からＢモード処理部１０に入力される。Ｂモード処理部１０は、フィルタ１００で基本波エコーを抽出し、フィルタ１０２で帯域Ｂ２に属する周波数を持つ受信信号を抽出する。これら受信信号は、周波数軸における帯域Ｂ２の位置に応じて、サブハーモニックスエコー、誘発音響または第２高調波エコーのいずれかである。以下、これらを非基本波エコーという。
【００４１】
このとき、マイクロバルーンのエコー発生メカニズムにより、非基本波エコーは、基本波エコーよりも超音波振動の半サイクルまたはそれ以上遅れて発生する。このような遅れは、画像を形成したときの各画像間の位置ずれとなって表れるので、シグナルコンディショナ１１０，１１２の遅延時間調整機能により、それぞれの信号の遅延時間を調整して相互間の遅れを無くす。そして、そのような信号に基づいて、それぞれのエコーに対応する２種類のＢモード画像データを形成する。
【００４２】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される２種類のＢモード画像データに基づいて２種類のＢモード画像を生成する。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。非基本波エコーによるＢモード画像は、走査面におけるマイクロバルーン造影剤４０の広がりを示すものとなる。
【００４３】
操作者は、操作部２０を操作して、上記のような２種類の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８に示すように、組織の断層像１６０と造影剤像１６２との合成画像を表示させる。これにより、組織に対する位置関係が明確な造影剤像を得ることができる。
【００４４】
シグナルコンディショナ１１０，１１２により遅延時間が調整されているので、画像の合成は位置ずれなしに行える。なお、位置ずれの調整は、必ずしもシグナルコンディショナ１１０，１１２での遅延時間調整によらずとも、画像処理プロセッサ１４８によって行うようにしても良い。組織の断層像１６０、造影剤像１６２は、それぞれ表示の色等を違えるのが区別を容易にする点で好ましい。
【００４５】
操作者は、このような表示画像を観察しながら操作部２０の操作ツマミ２２を動かし、非基本波エコーを受信する周波数帯域Ｂ２を調節する。このとき、帯域Ｂ２に属する信号の強度に対応した輝度変化等により、造影剤像１６２の状態が変化するので、それを見ながらインタラクティブ(interactive) に操作ツマミ２２を動かすことにより、造影剤像１６２が最良の状態で得られるようにすることができる。
【００４６】
調整が完了した段階では、サブハーモニックスエコー、誘発音響または第２高調波エコーのうち最も信号状態が良い受信信号を受信する状態となるので、マイクロバルーン造影剤の銘柄や超音波の送波条件等、与えられた状況の中で最良の撮像を行なうことができる。
【００４７】
なお、帯域Ｂ２の調節時には、図示しない適宜の操作具等により、中心周波数に対する帯域幅の比をも調節するのが、さらに適切な受信信号を得る点で好ましい。
【００４８】
また、非基本波エコーを受信する帯域Ｂ２の調節は、表示画面上に設定した所望の関心領域(ROI : region of interest)において有効になるようにするのが、ＲＯＩにおける造影剤像を最適化する点で好ましい。
【００４９】
また、Ｂモード処理部１０は、図９に示すように、もう１系統のフィルタ１０４とシグナルコンディショナ１１４を設けるようにしても良い。ここで、フィルタ１０４の周波数通過帯域Ｂ３は、図１０に示すように、第２高調波２ｆ０に合わせてある。このようなＢモード処理部１０を用いることにより、上記の２種類のＢモード画像に加えて、第２高調波エコー像をも撮像することができる。
【００５０】
そこで、図１１に示すように、組織の断層像１６０と造影剤像１６２との組み合わせ画像、および、組織の断層像１６０と第２高調波エコー像１６４との組み合わせ画像を表示部１６に同時表示すれば、両画面を比較対照することができる。
【００５１】
このような２画面表示の状態で帯域Ｂ２を調節すると、造影剤像１６２の状態が変化するが、第２高調波エコー像１６４は変化しない。このため、第２高調波エコー像１６４を基準として造影剤像１６２の改善度を判定することができ、最良の造影剤像１６２を容易に得ることができる。
【００５２】
図１２に、送受信部６およびＢモード処理部１０の構成の他の例を示す。同図において、図２および図４に示したものと同様の部分は同一の符号を付して説明を省略する。この構成例では、レベル比較回路６１２および周波数制御回路６１４が、図２および図４に示した送受信部６およびＢモード処理部１０の構成に追加されている。
【００５３】
フィルタ１００，１０２の出力信号は、前述のようにシグナルコンディショナ１１０，１１２にそれぞれ入力されとともに、レベル比較回路６１２に入力されるようになっている。レベル比較回路６１２は、フィルタ１００の出力信号である基本波エコーとフィルタ１０２の出力信号である非基本波エコーとのレベルを比較し、それらの比を求めるようになっている。レベル比較回路６１２の出力信号は周波数制御回路６１４に入力される。
【００５４】
周波数制御回路６１４は、入力信号に応じて送波ビームフォーマ６０４が発生する駆動信号の周波数を制御するようになっている。駆動信号の周波数を変化させることにより送波超音波の周波数が変わり、マイクロバルーンの共振周波数に対する同調性が変化し、第２高調波エコーおよびその他の非基本波エコーのレベルが変化する。
【００５５】
そこで、周波数制御回路６１４により、送波超音波の周波数を、基本波エコーに対する非基本波エコーのレベル比が最大になるように制御する。これにより、体内にその時点で存在するマイクロバルーンの共振周波数に最も良く同調する周波数を持つ超音波により、感度の高い造影撮像を行なうことができる。すなわち、送信周波数のオートチューニング(auto-tuning) が実現できる。
【００５６】
なお、オートチューニングを行なうに当たっては、先ず標準的な周波数の送波超音波で造影撮像を行ない、その画像上で確認した造影剤の所在に合わせて関心領域(ROI : region of interest)を設定し、ＲＯＩに属するエコーについてオートチューニングを作動させるのが、動作の安定性の点で好ましい。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、マイクロバルーン造影剤を用いる超音波撮像が適切に行なえる超音波撮像方法および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よる音線走査の概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるフィルタの周波数通過帯域を示すグラフである。
【図６】 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７】 本発明の実施の形態の一例の装置における操作具の一例の模式図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における表示画像の模式図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置におけるフィルタの周波数通過帯域を示すグラフである。
【図１１】 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。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置における送受信部とＢモード処理部のブロック図である。
【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
６０８ セレクタ
６１０ 受波ビームフォーマ
１００〜１０４ フィルタ
１１０〜１１４ シグナルコンディショナ
１４０ バス
１４２ 音線データメモリ
１４４ ディジタル・スキャンコンバータ
１４６ 画像メモリ
１４８ 画像処理プロセッサ
６１２ レベル比較回路
６１４ 周波数制御回路

Claims (6)

1. マイクロバルーン造影剤を注入した被検体に超音波を送波しエコーに基づいて造影撮像を行なう超音波撮像装置であって、
   前記エコーの信号を受信してＢモード処理するときにエコー信号をフィルタリングする第１のフィルタ及び第２のフィルタを具備し、
   前記第１のフィルタにおける周波数帯域の中心は送波超音波の基本周波数であり、
   前記第２のフィルタの周波数通過帯域を変化させることによりフィルタリングする周波数を調節する周波数調節手段を具備しており、
   前記周波数調節手段は、前記送波超音波の同一の基本周波数に対して前記第２のフィルタの周波数通過帯域を連続的に変化させることを特徴とする超音波撮像装置。
2. 請求項１に記載の超音波撮像装置において、
   前記エコーの信号を受信してＢモード処理するときにエコー信号をフィルタリングする第３のフィルタを更に具備し、
   前記第３のフィルタにおける周波数帯域の中心は送波超音波の基本周波数の２倍の周波数であることを特徴とする超音波撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の超音波撮像装置において、
   前記周波数調節手段は、前記第２のフィルタの周波数通過帯域を送波超音波の基本周波数ｆ０の１／２の周波数ｆ０／２から２倍の周波数２ｆ０を超える周波数範囲まで変えることができることを特徴とする超音波撮像装置。
4. 請求項１から３までのいずれかに記載の超音波撮像装置において、
   前記エコーの信号を受信しＢモード処理して、前記被検体における組織のＢモード画像と造影剤のＢモード画像とを合成した合成画像を生成し表示することを特徴とする超音波撮像装置。
5. 請求項４に記載の超音波撮像装置において、
   前記合成画像に加えて第２高調波エコー画像も生成し表示することを特徴とする超音波撮像装置。
6. 請求項５に記載の超音波撮像装置において、
   前記合成画像及び前記被検体における組織のＢモード画像と前記第２高調波エコー画像とを合成した画像を並べて表示することを特徴とする超音波撮像装置。

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