JPH09108215A - 超音波画像形成におけるまたはこれに関する改良 - Google Patents

超音波画像形成におけるまたはこれに関する改良

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JPH09108215A
JPH09108215A JP7326658A JP32665895A JPH09108215A JP H09108215 A JPH09108215 A JP H09108215A JP 7326658 A JP7326658 A JP 7326658A JP 32665895 A JP32665895 A JP 32665895A JP H09108215 A JPH09108215 A JP H09108215A
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correlation value
image
tissue
contrast agent
contrast
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JP7326658A
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Jonny Ostensen
ヨニユー・オエステンセン
Morton Eriksen
モーテン・エーリクセン
Lars Hoff
ラルス・ホフ
Sigmund Frigstad
シグムン・フリスター
Nils Sponheim
ニールス・スポンヘアイム
Knut Dyrstad
クヌート・デイルスター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波画像形成における改良方法を提供す
る。 【解決手段】 脈管系内にある超音波コントラスト剤か
らのものでありそして散乱体の運動によって誘発される
後方散乱における時間的変化を連続する超音波画像間の
相関が低い領域を決定することによりコントラスト剤の
存在を可視化するために用いられた。脈管内コントラス
ト剤の運動に由来するこの低水準の相関が静止する全体
的な組織と運動する全体的な組織との間の弁別を可能に
するのは、後者の中実組織散乱体の運動が相関されるか
らである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は超音波画像形成に関し、一層特
定的には体組織および体液例えば血液の増強された画像
の生成を可能とする被験者または被験動物の脈管系を画
像形成する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】超音波画像形成が例えば脈管系の研究で
の貴重な診断手段であることは周知であり、この脈管系
という用語は脈管構造およびミクロ脈管構造の双方なら
びにこれらが貫通する組織を包含するものとして用いら
れる。この特定的応用には、心拍動記録法および組織の
ミクロ脈管構造の研究が含まれる。このような画像形成
は、超音波、例えば１〜１０MHzの周波数範囲にある超
音波の被験者への貫通を基礎としており、超音波は体組
織と体液との境界面と相互作用する。超音波画像のコン
トラストはこのような境界面での超音波の差動的な反射
および吸収に由来する。従って例えば、反射された超音
波は、適当な視覚的表示装置上にこのような境界面を表
わす「無彩色スケール（grey scale）」画像を生じるよ
うに解析することができる。血流を評価するためにドッ
プラー技術が使用でき、血流に関する情報がこのような
無彩色スケール画像上に例えば色付で重ねうる。
【０００３】異なる組織および（または）体液の間での
音響特性の差を増大させるためにコントラスト剤を有利
に使用できることがずっと以前から認められており、こ
のようなコントラスト剤は脈管の研究を行うべき時に脈
管内注射によって一般に投与されている。乳濁液、固体
粒子、水溶性化合物、遊離ガス気泡およびカプセル封入
されたガスを含む種々なタイプの系を含め多くのコント
ラスト剤処方物がこの２５年にわたって提案されてい
る。しかしながら容易に圧縮可能である低密度コントラ
スト剤は、それが生起する音響的後方散乱の点で特に効
率が良いことは一般に認められており、従ってガスを含
むまたはガスを発生する系に特別な関心がこれまでに示
されている。
【０００４】このような系の代表例には、ガスを含有す
るミクロ粒状コントラスト剤、例えばＵＳ−Ａ−４４２
８４３、ＥＰ−Ａ−０１２２６２４、ＥＰ−Ａ−０１２
３２３５、ＤＥ−Ａ−３８３４７０５、ＷＯ−Ａ−９２
２１３８２、ＷＯ−Ａ−９３００９３０、ＷＯ−Ａ−９
３１３８０２、ＷＯ−Ａ−９３１３８０８またはＷＯ−
Ａ−９３１３８０９に記載のごときもの；蛋白質カプセ
ル封入されたガスまたはガス前駆体を含有するコントラ
スト剤例えばAlbunexR あるいは例えばＷＯ−Ａ−９２
１７２１３、ＷＯ−Ａ−９４０６４７７またはＷＯ−Ａ
−９５０１１８７に記載のごときもの；ポリマーが、ま
た他の合成物質のカプセルに封入されたガスまたはガス
前駆体を含有するコントラスト剤、例えばＥＰ−Ａ−０
３９８９３５、ＥＰ−Ａ−０４５８７４５、ＷＯ−Ａ−
９２１７２１２、ＷＯ−Ａ−９３１７７１８、ＷＯ−Ａ
−９５０６５１８またはＷＯ−Ａ−９５２１６３１に記
載のごときもの；インビボで長期安定性を示すように選
定されたガスを用いる系、例えばＵＳ−Ａ−５４１３７
７４またはＷＯ−Ａ−９３０５８１９に記載のごときも
の；ならびにガスを含有するリポソーム系、例えばＵＳ
−Ａ−５２２８４４６またはＵＳ−Ａ−５３０５７５７
に記載のごときものがある。上記の文書のすべての内容
は参照によって本明細書に加入されるものとする。
【０００５】脈管内注射による投与が意図されるこのよ
うなコントラスト剤は、肺系統の毛細管床を自由に通過
することを確実にするために、１〜１０μmまたはそれ
より小さい範囲内の例えば１〜７μmの寸法を有するガ
スのミクロ気泡を発生するように一般に計画される。こ
のようなミクロ気泡は超音波の点状の散乱体ととして効
果的に作用し、また血液のような体液中でのこの散乱体
の不規則な運動のため、これの発生する後方散乱は、か
えって来る個々の反響の間での干渉による干渉パターン
を含むであろう。この現象はスペックル（speckle）と
称され、 また斑紋の運動する効果（moving mottled ef
fect）を超音波画像中に典型的に生じさせる。このよう
なスペックルの存在は、画像の質が低下するため一般に
不利であると考えられ、そして例えばＵＳ−Ａ−５４０
９００７に記載のごとくスペックルを減少するために種
々な技術が提案されている。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、個々の散乱体の運動によって
誘起される、超音波コントラスト剤からの後方散乱の時
間的変化をコントラスト剤の存在を検知するための貴重
な手段として用いることができ、このことによってコン
トラスト剤を含む組織およびまたは血液のような体液を
効果的に視覚化できるという知見に基づいている。本発
明は灌流されている組織と灌流されていない組織との弁
別も容易にし、従って特定の組織中の血液の灌流の不足
はコントラストの不足として明らかになるであろうし、
一方、標準を下まわる灌流はコントラスト剤の注射の後
にコントラストが現われるのが遅れることによって示さ
れよう。
【０００７】原則的に、コントラスト剤によってもたら
される測定可能な作用はいずれも用いることができ、コ
ントラスト剤の存在は、連続する超音波画像間の相関が
低い領域を検知するように解析することによって決定さ
れ、これによって、コントラスト剤の運動する部分の存
在が表示される。脈管内のコントラスト剤の運動に由来
する上記のような相関の相対的な不足は、中実組織錯乱
体（solid tissue scatterers）の運動は相関するであ
ろうから、組織全体の運動（bulk tissue movement）か
ら容易に識別されうることが判るであろう。
【０００８】従って本発明の一態様によれば、超音波コ
ントラスト剤を含有する被験者または被験動物の脈管の
走る組織の画像化方法が提供されるもので、この方法で
は、被験者または被験動物の脈管の走る組織の連続する
超音波画像を生成し、一つまたはそれ以上の画像パラメ
ータに関してこれらの画像の各々の複数の構成要素を走
査し、これらの連続する画像における対応する構成要素
に対して上記画像パラメータについて相関値を算出し、
この相関値が規定の水準を超えて変化する一つまたはそ
れ以上の領域を識別し、そしてこれらの領域の表示を行
うことからなる。
【０００９】
【発明の詳述】本発明に従って用いうる超音波画像に
は、信号包絡線の時間とともに変動する振巾のＢ−モー
ド画像と、個別的な走査線例えばラジオ周波数の超音波
走査線との双方があり、画像はデジタル型で解析される
のが好ましい。連続する画像間の相関の変化は、場合に
応じて例えば時間領域、周波数領域または強度領域にお
いて決定されうる。
【００１０】運動の効果を低減するために心臓または肝
臓のような組織の連続する画像は適切な同期化技術例え
ばＥＣＧまたは呼吸運動の記録において用いる技術に似
た技術を用いて収集することができる。
【００１１】従って例えば像ｉとｉ−１との間の画素
（ｌ,ｋ）に関する強度相関係数ｄi(l,k)の不足は、画
像ｉ−１とｉの画素（ｌ,ｋ）の強度Ｉi-1(l-k)の相対
的な差から式（Ｉ）
【数１】 （式中、ωは時間平均係数またはメモリー平均係数であ
り０＜ω＜１である）によって決定できる。別法とし
て、類似の相関係数ｄAi(l,k)が強度の絶対的な差から
式（II）
【数２】 によって決定できる。
【００１２】画像から画像への強度の相関が低い時に相
関係数が大きく、従ってｄi(i,k)が閾値を超える領域が
本発明に従って表示されようことが認められるであろ
う。信号とノイズとの比を改善するために空間的なある
領域にわたって、例えば選定した数の画素にわたって、
ｄi(l,k)をまず平均するのが有利であろう。
【００１３】別法として、ａおよびｂが、連続する画像
の対応する二次元領域例えばある数の画素の長方形配置
の領域の強度を表わすとするとし、これら領域が中心点
(ｘ0,ｙ0）を有したｘ方向およびｙ方向の画素の寸法が
±ｗであるなら、式（III）
【数３】 を用いて、局限された二次元の範囲（△ｘ，△ｙ）につ
いて強度相関係数ｒを繰り返し算出できる。
【００１４】これらの計算により局所的な組織の運動ベ
クトルの識別が可能となり、ここで組織の弾性的な変形
が計算に入れられる。脈管内に運動するコントラスト剤
がない場合、ｒのピーク値（つまりｒmax）はおそらく
１に近いが、コントラスト剤の存在により低下する。画
像全体は（ｘ0，ｙ0）を変化することにより走査でき、
得られるｒmaxの二次元の行列は、例えば着色したまた
は疑似着色した重ねられた画像として脈管内の超音波コ
ントラスト剤の存在の表示を行うよう用いられる。
【００１５】組織の解剖学的な細部のより粗い部分を除
去しつつ、一方で、運動によって惹起される後方錯乱強
度のより細い変化を保持するために、画像は、上記の計
算を行う前に、空間的に高域フィルターにかける（spat
ially high pass filtered）ことができ、これにより組
織の画像の細部によって無彩色スケールのコントラスト
が生み出される領域での本発明の方法の感度が増大す
る。高域フィルターにかけた一組の画像の使用の結果、
ａmeanとｂmeanの値もゼロに近づくであろうから、検査
する各領域についてのこれらの値の計算は不要であろう
し、それによって計算が高速化する。
【００１６】各画像について、画素または一群の画素の
ような構成要素のうちその信号強度と隣接する構成要素
の信号強度との相関が低いものもまた同定でき、連続す
る画像についての結果を比較しそして相関が閾値を越え
て変化するすべての領域が表示される。
【００１７】上記に述べたような相関係数は無次元であ
りまた計算は絶対値の影響を本来的にうけないことが認
められよう。従って本発明の方法はゲイン設定値のよう
な計器パラメータや、計測の特性によってもたらされる
画像の明るさやコントラストの領域的な変動に対して不
感である。
【００１８】時間領域での相関における変化を知ろうと
する場合、例えば、連続するラジオ周波数超音波走査線
の相関に関わる検知技術、例えばＵＳ−Ａ−４８０３９
９０に開示のごとき技術を用いることができ、この特許
の内容は参照によって本明細書に加入されるものとす
る。このような技術は、最大の相関が得られるまで時間
軸に沿って走査線をシフトすることにより、組織の運動
に対して補償することができる。従って残存する変動値
は運動する超音波コントラスト剤の存在の尺度となろ
う。
【００１９】二つのエコーグラフ線ｅiおよびｅi+1の間
の相互相関関数ｆiは式（IV）
【数４】 （式中、ｔ0は目的とする領域の開始までの超音波の経
過時間（time of flight)であり、またｗは目的とする
領域を規定するタイムウィンドーの長さである）によっ
て表わせる。
【００２０】従ってｔ0で出発する選定された領域につ
いてｆi（ｔ0,ｕ）を最大にするｕの値（つまりｕmax）
を決定することができ、ｆi（ｔ0,ｕmax）の最大値は、
信号の全体的強度または同一の領域における他のパラメ
ータと組合わせて、コントラストの存在を決定するため
に用いることができる。従って低い信号強度はコントラ
スト剤を含まない血液を示すものと解釈され、高いｆi
（t0，ｕmax）を有する高い信号強度はコントラスト剤
を含まずに運動する組織および（または）コントラスト
剤を含む血液の層流を示すものと、そして低いｆ
i（t0，ｕmax）と組合わさった高い信号強度は、コント
ラスト剤が存在する組織および（または）コントラスト
剤を含む血液の乱流を示すものと解釈されてよい。
【００２１】このような技術においては、例えば毛細管
流の存在の検知を最適化しまたこれを組織の運動から弁
別するために、超音波ビームのパルス反復周波数を調整
できる。周波数領域法による相関の変化は、カラーフロ
ードップラー測定において決定可能なパラメータ特に信
号パワー、平均周波数および帯域巾を容易にベースとし
うる。従ってコントラスト剤で灌流されている領域は、
散乱体の不規則な運動にこのような領域内の毛細管を通
過する血液の不規則な運動が組合わされる結果として、
帯域巾と平均周波数との比が大きいドップラー信号を発
生し、これによってこのような領域の連続する画像間の
相関の不足が効果的に視覚化表示される。
【００２２】従って帯域巾：周波数の比が大きい、つま
り選定した閾値を越えるドップラー信号は、血液の後方
散乱水準と対比して信号パワーが大きい場合、コントラ
スト剤が灌流する組織の存在を示すものと解釈されてよ
い。所望ならば上記した態様のいずれかと組合わせて、
主成分解析、主因子解析、部分的最小二乗解析またはク
ラスター分析のような多変量的方法を用いてもよく、超
音波画像の一層広汎な解析が可能になる。このような性
質をもつ解析は実時間でこれを行うより、むしろ、ビデ
オ上にあるいは他の電子的保存媒体内に貯えられたデジ
タル化された画像の系列を解析するほうが好ましいこと
が認められよう。
【００２３】本発明の方法の大きな利点は、慣用的な超
音波画像形成が、コントラスト剤からの後方散乱は強度
の増大を記録するために周囲にある組織からの後方散乱
より強くなければならないことを要求するのに対して、
本方法においては、周囲にある組織からの後方散乱を連
続する画像間でのその相関の高さによって考慮外におけ
るので、本方法はコントラスト剤からの後方散乱が周囲
にある組織からの後方散乱と強度的に同程度であること
しか要求しない点である。従って、慣用的な強度画像形
成をベースとするシステムにおける場合より少ないコン
トラスト剤の投与量で効果が生まれるであろう。このよ
うな減少された投与量はコントラストによって誘発され
る減衰を減少させ、従って身体の深部にある領域での灌
流のないまたは灌流の少ない組織の診断に役立つ。
【００２４】本発明の方法は脈管内注射によって通常投
与されるであろう任意の適当なコントラスト剤を利用で
きる。使用できる代表的なコントラスト剤には前述した
ガスまたはガス前駆体を含む任意の系がある。以下の非
限定的な実施例は本発明を例示するのに役立つ。
【００２５】
【実施例】
イヌの腎臓の生体画像形成 麻酔をかけたイヌにガスを含有するミクロ粒状コントラ
スト剤（例えばＷＯ−Ａ−９３／１７７１８に記載のご
ときもの）を２ml脈管内注射で投与した。腎臓の位置の
上方に変換器を置き、Vingmed ７５０超音波走査器を５
MHzで用いることにより、コントラスト効果が３０秒の
遅延の後記録された。Ｂ−モード画像を０.５秒間隔で
記録した。アナログデジタル変換により画像を１８０×
１８０画素行列へと後処理した。パラメータｗの値５を
用い前記の（III）式を用いて後続の計算を実施した。
灌流を指示するために相関値として０.７より低い値を
用いた。腎臓の灌流のある部域は、皮質領域では早くそ
して髄質では遅れて、明確な領域として認められた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーテン・エーリクセン ノールウエー国エン−0401オスロ４．ピ ー・オー・ボツクス4220トルシヨヴ．ニユ コヴエイエン２．ニユコメド・イメージン グ・アクシエセルカペト内 (72)発明者 ラルス・ホフ ノールウエー国エン−0401オスロ４．ピ ー・オー・ボツクス4220トルシヨヴ．ニユ コヴエイエン２．ニユコメド・イメージン グ・アクシエセルカペト内 (72)発明者 シグムン・フリスター ノールウエー国エン−0401オスロ４．ピ ー・オー・ボツクス4220トルシヨヴ．ニユ コヴエイエン２．ニユコメド・イメージン グ・アクシエセルカペト内 (72)発明者 ニールス・スポンヘアイム ノールウエー国エン−0401オスロ４．ピ ー・オー・ボツクス4220トルシヨヴ．ニユ コヴエイエン２．ニユコメド・イメージン グ・アクシエセルカペト内 (72)発明者 クヌート・デイルスター ノールウエー国エン−0401オスロ４．ピ ー・オー・ボツクス4220トルシヨヴ．ニユ コヴエイエン２．ニユコメド・イメージン グ・アクシエセルカペト内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被験者または被験動物の脈管の走る組織
    の連続する超音波画像を生成し、一つまたはそれ以上の
    画像パラメータに関してこれらの画像の各々の複数の構
    成要素を走査し、これらの連続する画像における対応す
    る構成要素に対して上記画像パラメータについて相関値
    を算出し、この相関値が規定の水準を超えて変化する一
    つまたはそれ以上の領域を識別しそしてこれらの領域の
    表示を行うことからなる、上記組織の画像を形成する方
    法。
  2. 【請求項２】 連続する画像の間の相関値が強度領域に
    おいて決定される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 Ｂ−モード画像から強度パラメータが走
    査される請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 連続する画像の間の相関値がラジオ周波
    数走査線の時間領域解析によって決定される請求項１記
    載の方法。
  5. 【請求項５】 連続する画像の間の相関値がラジオ周波
    数走査線の周波数領域解析によって決定される請求項１
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 ガスを含むまたはガス前駆体を含む超音
    波コントラスト剤が使用される請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 コントラストの存在を決定するために、
    相関値が、同一の構成要素に関する全信号強度とまたは
    他の画像パラメータと組合わせて用いられる請求項１記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 電子的保存媒体を用いて表示が保存され
    る請求項１記載の方法。
JP7326658A 1995-10-02 1995-12-15 超音波画像形成におけるまたはこれに関する改良 Pending JPH09108215A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US538286 1995-10-02
US08/538,286 US5601085A (en) 1995-10-02 1995-10-02 Ultrasound imaging

Publications (1)

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JPH09108215A true JPH09108215A (ja) 1997-04-28

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ID=24146259

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