JP4370482B2 - 超音波造影描画装置 - Google Patents
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Description
(1)造影剤の応答信号の周波数成分(非線形応答)は、2f0に局在せず、広帯域に分布する。この傾向は、送信する超音波信号の周波数スペクトラムが広い程顕著である。
(2)造影剤の応答信号は、造影剤の径に強く依存しており、造影剤の自由共振周波数fRで著しく強調される。なお、前述したように、造影剤は粒径分布を有するから、広い範囲の周波数帯域で高調波が現れる。
(3)造影剤の応答信号の基本波成分は、組織の応答信号の基本波成分に劣らず強い。
(4)組織の応答信号の高調波は、超音波音圧の強さによらず比較的2f0付近に局在している。
(5)組織の応答信号の高調波は、比較的低い超音波音圧の場合、及び浅い部位の場合は、造影剤の高調波成分に比べ大幅に弱い。
上記(1)〜(5)の考察に鑑み、本発明は次の特徴を有する解決手段によって、上記の課題を解決するものである。
生体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に超音波信号を送信する送信部と、前記超音波探触子により受信された超音波の応答信号を処理する受信部と、該受信部で処理された前記応答信号に基づいて断層像を作成する描画部とを備えてなり、前記受信部は、前記応答信号の中から特定の周波数成分を抽出するフィルタを有し、該フィルタの通過帯域幅は、前記超音波探触子に送信された前記超音波信号の平均周波数をf0としたとき、0.8f0乃至2.5f0の範囲内に設定されてなる超音波造影描画装置とする。
このようにして組織の高調波2f0と造影剤の応答信号に含まれる高調波とを弁別することができる。そして、弁別して抽出された造影剤の応答信号の高調波により造影剤を検出して描画することにより、従来に比べて、造影画像のSN比の改善を図ることができる。
前述したように、本発明の第1の特徴は、造影剤の応答信号成分を強調して抽出するために、受信部のフィルタの通過帯域幅を広げたことにある。第1の特徴の効果をさらに助長するためには、造影剤に照射する超音波の周波数を広帯域にすることが好ましい。つまり、送信部は、複数の周波数成分を有する超音波信号を超音波探触子に送信するように構成することが望ましい。この場合において、超音波信号は、異なる周波数の波形を連続させた波形を有するものとすることができる。なお、いずれの場合も、平均周波数f0は、組織及び装置に適した周波数を選択する。
上記の第1、2の特徴は、超音波ビームの1回の照射により受信される応答信号に基づいて造影描画を行なう場合を対象とする。しかし、本発明の第1、2の特徴は、超音波ビームの1回照射方式の造影描画に限られるものではなく、次に述べるいわゆる2回照射方式(又は複数回照射方式)の造影描画法にも適用できる。特に、複数回照射方式は、造影剤の移動や破壊による消滅をリアルタイムに検出して描画する場合に有効である。つまり、造影剤の移動や消滅を検出する場合、移動前と移動後又は消滅前と消滅後の2つの画像が必要になる。しかし、1回照射方式により造影剤を描画する場合、2つの画像の時間間隔が1フレーム時間間隔(10〜20ミリ秒)で制限される。したがって、血流速度が速い部位や、造影剤の破裂を検出する場合は、複数回照射方式が好適である。複数回照射方式は、極めて短い時間間隔で超音波ビームを同一方向に2回以上照射し、各照射に対応する応答信号を比較して、所定の時間間隔内に造影剤がその超音波ビーム上から移動したか、あるいは造影剤が破壊して消滅したかを、それらの応答信号を比較することのより検出することができる。
図1に、本発明が適用される一実施形態の超音波造影描画装置の全体構成図を示す。本実施形態は、本発明の第1の特徴及び第2の特徴を実施するのに好適なものである。図1に示すように、超音波造影描画装置100は、探触子10、送波部20、受波部30、画像作成表示部40、およびシステム制御部50から構成される。また、送波部20は、任意波形発生器21、送信器23から構成される。受波部30は、受波器31、整相加算器32、帯域選択フィルタ34から構成される。
図1の実施形態を用いて、本発明の第1の特徴を実現する場合は、組織の撮像と同様に、任意波形発生器21から単一の基本周波数f0を有する超音波信号を発生させて、超音波ビームを生体の所望部位に走査して照射する。この超音波信号には、周知のとおり、時間軸方向にハニング重みを掛けて生体中の波形に類似させる。また、生体からの応答信号についても、組織の撮像と同様に、組織の撮像の場合と同様に、受信器31と整相加算器32によって増幅及び整相処理を行なう。
上述したように、第1の特徴は、帯域通過フィルタ34の通過帯域幅を広げて造影剤の応答信号成分を強調して抽出することにある。この効果をさらに助長するためには、造影剤に照射する超音波の周波数を広帯域にすることが第2の特徴である。つまり、任意波形発生器21により発生する超音波信号を、例えば、図3に示す波形71のように、複数の周波数を有し、かつ平均周波数f0の超音波信号にすることで、広い範囲の周波数成分を有する信号にする。図3において、波形71は周波数f1、f2の正弦波1サイクル分を連続させた波形を有し、それらの周波数f1、f2の平均周波数はf0である。図示例では、f1<f2に設定されている。なお、平均周波数f0は、組織及び装置に適した周波数を選択する。また、周知のように、時間軸方向に周知のハニング重みを掛けて生体中の波形に類似させている。なお、波形71を極性反転について非対称とするとともに、時間軸について反転した波形の超音波信号でもよい。このような複数の周波数を有する超音波信号を生体に照射することにより、造影剤の応答信号は周波数スペクトルの広帯域にわたって強くなる。つまり、造影剤はその粒径分布に対応して、分布した自由共振周波数を有するから、照射超音波の周波数スペクトラムを広い帯域に分布させることによって、より多くの造影剤が応答し、造影剤の応答信号そのものが増強されるからである。
本発明の第3の特徴を実現するのに好適な一実施形態の超音波造影描画装置の全体構成図を図4に示す。同図において、図1と同一の基本機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態が図1の実施形態と相違する点は、任意波形発生器21と送信器23との間に時間軸制御器22が設けられている点と、整相加算器32と帯域通過フィルタ34との間にライン加算器33が設けられている点にある。つまり、超音波信号を超音波ビームの同一方向に時間間隔をおいて2回送信し、第1回目と第2回目の超音波信号の応答信号に基づいて、造影剤の応答信号を強調した画像を得ようとするものである。本実施形態では、第1回目と第2回目の超音波信号の波形を位相軸又は極性に関して対称に生成し、これに対応する応答信号を加算して造影剤の応答信号を強調して抽出する例で説明する。
上記の実施形態においては、超音波を時間間隔を空けて2回照射する場合について説明したが、本発明は3回以上照射する場合についても適用できる。つまり、 任意波形発生器21と時間軸制御器22は、好ましくは正弦波状を含む任意の信号波の少なくとも1サイクルの超音波信号を、超音波ビームの同一方向に時間間隔をおいて複数(M、但しM≧2の自然数)回発生する機能を有するものとする。発生する超音波信号は、位相軸又は極性に関して対称な第1波形と第2波形の2種類の超音波信号とする。そして、第1波形と第2波形はそれぞれ周波数がf1、f2、…、fn、…、fN(但し、N≧2の自然数)のN個の波形を連続させてなる複数の周波数成分を有するものとする。そして、第1波形と第2波形の超音波信号を送信回ごとに交互に切り換えて送信するようにする。この場合において、第1波形と第2波形のf1乃至fNの平均周波数f0を等しくすることが最も好ましい。そして、f1乃至fNの周波数分布幅Δfは、0.0f0乃至0.4f0の範囲内に設定する。しかし、好ましくは0.1f0乃至0.4f0の範囲とし、さらに0.2f0乃至0.3f0の範囲にするのが回路構成上から実用的である。
20 送信部
21 任意波形発生器
22 時間軸制御器
23 送信器
30 受信部
31 受信器
32 整相加算器
33 ライン加算器
34 帯域通過フィルタ
40 画像作成表示部
50 システム制御部
71 第1波形
72 第2波形
73 送信信号スペクトラム
74 応答信号スペクトラム
Claims (6)
- 生体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に超音波信号を送信する送信部と、前記超音波探触子により受信された超音波の応答信号を処理する受信部と、該受信部で処理された前記応答信号に基づいて前記生体の断層像を作成する描画部とを備えてなり、
前記送信部は、超音波ビームを同一方向に時間間隔をおいて複数(M、但しM≧2の自然数)回送信する機能を有し、各回の超音波信号はそれぞれ周波数がf1、f2、…、fn、…、fN(但し、N≧2の自然数)のN個の波形を連続させてなり、前記f1乃至fNの平均周波数をf0としたとき、前記f1乃至fNの周波数分布幅Δfは、超音波照射フォーカスの深度に応じて0.0f0乃至0.4f0の範囲内で可変設定されてなり、かつそれらの各回の信号は極性反転に関して互いに非対称となるように送信され、
前記受信部は、前記複数(M)回の超音波信号の応答信号を整相処理する機能と、該整相処理された応答信号を加算又は減算処理して前記生体組織の応答信号を減弱する機能とを有してなる超音波造影描画装置。 - 生体との間で超音波を送受信する超音波探触子と、該超音波探触子に超音波信号を送信する送信部と、前記超音波探触子により受信された超音波の応答信号を処理する受信部と、該受信部で処理された前記応答信号に基づいて前記生体の断層像を作成する描画部とを備えてなり、
前記送信部は、超音波ビームを同一方向に時間間隔をおいて複数(M、但しM≧2の自然数)回送信する機能を有し、各回の超音波信号はそれぞれ周波数がf1、f2、…、fn、…、fN(但し、N≧2の自然数)のN個の波形を連続させてなり、前記f1乃至fNの平均周波数をf0としたとき、前記f1乃至fNの周波数分布幅Δfは、造影剤の注入後所定時間は0.0f0に、所定時間経過後は0.0f0乃至0.4f0の範囲内で可変設定されてなり、かつそれらの各回の信号は極性反転に関して互いに非対称となるように送信され、
前記受信部は、前記複数(M)回の超音波信号の応答信号を整相処理する機能と、該整相処理された応答信号を加算又は減算処理して前記生体組織の応答信号を減弱する機能とを有してなる超音波造影描画装置。 - 前記各回の波形は、周波数fと振幅Aと開始位相θとを規定するコードf(A、θ)によって設定され、
f1(A1、θ1)<f2(A2、θ2)<…<fn(An、θn)<…<fN(AN、θN)のN個の波形を連続させてなり、振幅がA1=A2=…=An=…=ANに、位相がθ1=θ2=…=θn=…=θN=180°に設定される第1波形と、
f1’(A1’、θ1’)>f2’(A2’、θ2’)>…>fn’(An’、θn’)>…>fN’(AN’、θN’)のN個の波形を連続させてなり、振幅がA1’=A2’=…=An’=…=AN’に、位相がθ1’=θ2’=…=θn’=…=θN’=0°に設定される第2波形とからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波造影描画装置。 - 前記f1乃至fNとf1’乃至fN’の周波数分布幅ΔfとΔf’は、それぞれ超音波照射フォーカスの深度に応じて0.0f0乃至0.4f0の範囲内で可変設定されることを特徴とする請求項3に記載の超音波造影描画装置。
- 前記f1乃至fNとf1’乃至fN’の周波数分布幅ΔfとΔf’は、造影剤の注入後所定時間は0.0f0に、所定時間経過後は0.0f0乃至0.4f0の範囲内で可変設定されることを特徴とする請求項3に記載の超音波造影描画装置。
- 前記受信部は、前記生体組織の応答信号が減弱された応答信号の中から特定の周波数成分を抽出するフィルタを有し、該フィルタの通過帯域幅は、前記平均周波数f0を基準として0.8f0乃至1.8f0の範囲内で、前記応答信号の深度に応じて可変設定されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の超音波造影描画装置。
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