JPH1075951A - 超音波イメージング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微小泡造影剤を使った心臓の超音波イメージン
グを行う際に超音波の照射によって微少泡造影剤が破壊
される速度を低減させる。 【構成・作用】イメージング・フレームの発射の際の超
音波エネルギーを、フレーム毎に異ならせる。これによ
って、映像のコントラストを高くし、かつそのコントラ
ストを持続させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波イメージング・シ
ステムに関する。特に、本発明は超音波造影剤からの応
答を検出する際の感度を増すことを目的としている。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】医用超音波イメージング・
システムは、入射する超音波エネルギーが線形応答を生
ずるという前提のもとに計画されてきた。線形であるた
めには、システムは次の条件に従わなければならない：
x1(t)がシステム入力であってy1(t)がそれに対応する出
力であり、またx2(t)がシステム入力であってy2(t)がそ
れに対応する出力であるならば、入力(a×x1(t)＋b×x2
(t))は出力(a×y1(t)＋b×y2(t))を与える。

【０００３】現在の研究の流れは超音波エネルギーに対
する非線形応答を研究することに集中している。たとえ
ば、幾つかの造影剤は基本励起周波数の照射超音波エネ
ルギーに対して２次高調波応答を与えることが見出ださ
れており、このエネルギーを使用して周りの組織につい
ての診断情報を増すことができる。２次高調波応答は、
造影剤が増大する超音波圧力のもとにあって、エネルギ
ーを基本波の他に基本周波数の高調波にも「マッピン
グ」するとき生ずる。最近、微小泡(microbubble)ベー
スの造影剤が共振すると、それらが破壊されることが見
出だされた。

【０００４】Johnson他が米国特許第5,456,257号に開示
している従来技術の一つの診断システムでは、患者の身
体の内部にコーティングされた微小泡造影剤が存在する
ことが、微小泡の破壊を生ずる超音波エネルギーを送出
することにより検出される。この診断システムは、微小
泡の破壊を、一連の超音波送信から受取ったエコーの位
相不感検波及び微分により検出する。

【０００５】泡検出の感度を向上させ、泡の破壊を最小
限にしてイメージのコントラスト効果の増大を長続きさ
せることができるフレーム・シーケンシング技術を設計
することが望ましい。

【０００６】

【概要】超音波エネルギーは大量の微小泡を急速に破壊
することが観察されている。イメージのコントラスト効
果の持続時間及び強度は通常のイメージング・フレーム
・レートやパワー・レベルのもとでは大幅に減少する。
超音波イメージ・フレームを種々の送信パワーで戦略的
に発射し、またフレーム毎の送信ラインの数を減らすこ
とによりイメージング・シーケンスを変えると、コント
ラスト効果を高める（最大強度及び持続時間を増す）こ
とができる。血流及び後方散乱は心搏周期を通じて変わ
るので、ＥＣＧでフレーム・シーケンスにトリガをかけ
るのが望ましいかもしれない。そのようにする代わり
に、シーケンスにＥＣＧ信号でトリガをかけさせて、呼
吸信号でゲートすることにより、心臓の呼吸による運動
及び心臓血流の呼吸による変動を補償することが望まし
いかもしれない。これらのシーケンスはカラー・ドップ
ラ、パワー・ドップラ、または２Ｄイメージング技術に
適用できるだろう。

【０００７】

【実施例】造影剤は超音波場が存在するとき共振し、受
信信号は今日の超音波スキャナにより検出することがで
きる。送信パワーが高くなれば、微小泡の後方散乱断面
積が、特に高調波モードで大きくなり、従って入射した
超音波信号の大部分が散乱する。しかし、コントラスト
効果の持続時間は、おそらく微小泡の破壊が増大しそれ
に従って濃度が低くなるため、短くなる。このコントラ
スト効果を最適にするのに別のイメージング・シーケン
スを使用することができる。

【０００８】現在の超音波スキャナは解剖学的構造をリ
アルタイムで動的に可視化するのに毎秒約３０フレーム
を送信する。フレーム・レートはイメージングを行う深
さ、フレーム毎の送信ラインの数、及びイメージング周
波数によって変わる。造影剤を用いてイメージングを行
うとき、大パワー・フレームを伝送し、続いて一連の小
パワー・フレームを伝送するのが良いであろう。小パワ
ー・フレームはコントラスト効果を持続させながらリア
ルタイムでのイメージングを可能にし、大パワー・フレ
ームは造影剤対組織（信号対雑音）比を大きくする。

【０００９】イメージング・シーケンスを患者のＥＣＧ
に同期させると、一連の大パワー・フレームを戦略的に
得ることができる。これらのフレームが心搏周期の同じ
点、あるいは心摶周期上の違う点で発射起させて、シネ
ループ法を使用して多数の心搏周期を継ぎ合わせて完全
心搏周期を得ることができる。大パワー・フレームを極
小にするとコントラスト効果を持続させることができ、
それにより送り出しの割合及び量の計算や壁運動解析の
ための心臓内境界の検出を容易にする。同時に、大パワ
ー・フレームは心筋潅流及び、コントラストのウォッシ
ュイン及びウォッシュアウトのような重要なタイミング
・パラメータの測定を可能にする。呼吸信号を遮断する
ことにより、患者の呼吸により心搏周期毎に生ずる心臓
の移動から生ずるアーティファクトを極小にするのを助
ける。オプションとして、シーケンスを基本波イメージ
ングと高調波イメージングの混合により行ってよい。た
とえば、大パワー・フレームを高調波モードで、小パワ
ー・フレームを基本波モードで送信するのが最良であ
る。これらのシーケンスをすべての超音波イメージング
・モード−２Ｄイメージング、カラー・フロー、パワー
・ドプラ・イメージング、ドプラ組織カラー化など−に
わたって適用することができる。

【００１０】その他に、送信ラインの数を制限してもコ
ントラスト効果を増大し、持続させることができる。一
般に、各超音波イメージ・フレームは別々の角度で進む
100本以上の送信ラインから構成されている。送信され
るライン数がもっと少ない場合、受信パス上で並列処理
を行ってイメージを補填することができる。これを上述
のイメージング・シーケンスと組み合わせるとより長期
間のコントラスト効果が得られさえする。

【００１１】図１は超音波イメージング機器110の機能
ブロック図を示す。超音波プローブ114は受信回路116及
び送信回路117に接続されている。受信回路116は更に表
示装置118に接続されている。

【００１２】動作に当って、造影剤が患者の上大静脈の
ような血流に注入される。造影剤は組織に対する血液プ
ールの後方散乱を改善する。血液は黒で、組織は白であ
る。本発明に関して説明したように、超音波イメージ・
エネルギーは超音波プローブ114により心臓112に加えら
れる。受信イメージを使用して患者の心臓血流の特徴を
明らかにすることができる。

【００１３】図２は本方法に関する時間プロセス・フロ
ーチャートを示す。このフローチャートの各ブロックの
操作は以下のようになっている： １０：大パワー刺激を各心摶周期について印加し、イメ
ージを受信する ２０：Ｍ個の小パワー刺激を各周期ｔ毎に印加し、イメ
ージを処理する ステップ10で、周期当り１つの大パワー・フレーム（図
２ではＨで表す。図３以降についても同様）が発射さ
れ、イメージが集められる。大パワー・フレームは、オ
プションとして、ＥＣＧ波形によってトリガされ、また
はＥＣＧによってトリガされて呼吸波形により更にゲー
トされる。ステップ20で、Ｍ（Ｍ≧０）個の小パワー・
フレーム（図２ではＨで表す。図３以降についても同
様）が大パワー・フレーム間に発射される。大パワー・
フレームを別に処理してシネループに記憶させることが
できる。

【００１４】図３は図２に示すプロセス・フローチャー
トの変形を示す。このフローチャートの各ブロックの操
作は以下のような操作を行う： １０Ａ：Ｎ回の心摶周期毎に大パワー刺激を印加し、イ
メージを受信する ２０：各周期ｔ毎にＭ個の小パワー刺激を印加してイメ
ージを受信する ステップ10Aで、１つの大パワー・フレームがＮ（Ｎ≧
１）周期毎に発射される。

【００１５】図４は図２に示すプロセス・フローチャー
トの他の変形を示している。このフローチャートの各ブ
ロックは以下のような操作を行う： １０Ｂ：Ｎ（Ｎ≧１）回の心摶周期毎に大パワー刺激を
印加し、イメージを受信する。それ以降の大パワー刺激
毎に遅延を入れる。 ２０：各周期ｔ毎にＭ個の小パワー刺激を印加してイメ
ージを受信する ステップ10Bで、１つの大パワー・フレームがＮ（Ｎ≧
１）心搏周期毎に発射され、それ以降の各大パワー・フ
レームがＥＣＧトリガ（すなわち、Ｒ波）に対して増分
的に遅延させられる。また、呼吸ゲート処理付きでＥＣ
Ｇによるトリガを行うことは、呼吸による肺のアーティ
ファクト及び心臓の動きを減らすのに望ましい。

【００１６】図５は図２に示すプロセス・フローチャー
トの他の変形を示す。このフローチャートの各ブロック
は以下のような操作を行う： １０Ｂ：Ｎ（Ｎ≧１）回の心摶周期毎に大パワー刺激を
印加し、イメージを受信する。それ以降の大パワー刺激
毎に遅延を入れる。 ２０：各周期ｔ毎にＭ＝０個の小パワー刺激を印加して
イメージを受信する ステップ10Bで、１つの大パワー・フレームがＮ（Ｎ≧
１）心搏周期毎に発射され、各大パワー・フレームがＥ
ＣＧトリガ（すなわち、Ｒ波）から増分的に遅延され
る。このようにする代わりに、フレームをＥＣＧトリガ
から遅延させ、呼吸によりゲートすることもできる。図
５に示すものは、図３において小パワー・フレームをな
くした特別の場合である。

【００１７】図６は図２に示すプロセス・フローチャー
トの他の変形を示す。このフローチャートの各ブロック
は以下のような操作を行う： １０：Ｑ（Ｑ≧１）個の大パワー刺激をＮ（Ｎ≧１）回
の心摶周期毎に印加し、イメージを受信する １０Ａ：Ｎ回の心摶周期毎に第２の大パワー刺激を印加
する。第１の大パワー刺激に対する第２の大パワー刺激
の遅延は回を経る毎に増分的に大きくなっていく。 ２０Ａ：周期ｔ毎にＭ個の可変小パワー刺激を印加し、
イメージを受信する これは図２と図４に示した方法を組合せたものである。
この方法によってフローを測定することができる。心搏
周期の同じ点でＮ周期（Ｎ≧１）毎に発射される大パワ
ー・フレームは造影剤を破壊するのに使用される。Ｎ周
期（Ｎ≧１）毎に発射されるが第１の大パワー・フレー
ムと必ずしも同じ周期ではない第２の大パワー・フレー
ムは、第１の大パワー・フレーム以来復帰した造影剤の
量を測定する。このシーケンスは心筋（または他の器
官）の血流の表示を与えることができる。

【００１８】図７は大パワー・フレームだけが発射され
る図６の特別の場合である。このフローチャートの各ブ
ロックは以下のような操作を行う： １０：大パワー刺激を各心摶周期について印加し、イメ
ージを受信する １０Ａ：Ｎ回の心摶周期毎に大パワー刺激を印加し、イ
メージを受信する ２０：各周期ｔ毎にＭ＝０個の小パワー刺激を印加して
イメージを受信する

【００１９】図８は図２及び図３の変形を示す。このフ
ローチャートの各ブロックは以下のような操作を行う： １０Ｃ：２種の遅延を交互に取る大パワー刺激を印加し
て、イメージを受信する ２０Ａ：周期ｔ毎にＭ個の可変小パワー刺激を印加し、
イメージを受信する ステップ10Cで、一つの大パワー・フレームが交互に変
化する遅延を伴って（すなわち、或るサイクルでは心収
縮期、次のサイクルでは心拡張期）Ｎ周期（Ｎ≧１）毎
に発射される。ステップ20Aで、Ｍ（Ｍ≧０）個の可変
小パワー・フレームが大パワー・フレーム間に発射され
る。フレームはＥＣＧと同期しているかまたはＥＣＧに
よってトリガされ、呼吸信号によりゲートされる。

【００２０】図９は小パワー・フレームが発射されな
い、図８の変形を示す。このフローチャートの各ブロッ
クは以下のような操作を行う： １０Ｃ：２種の遅延を交互に取る大パワー刺激を印加し
て、イメージを受信する ２０Ａ：周期ｔ毎にＭ＝０個の小パワー刺激を印加し、
イメージを受信する

【００２１】図１０は図２の変形を示す。このフローチ
ャートの各ブロックは以下のような操作を行う： １０Ｄ：心摶周期毎に複数の大パワー刺激を印加して、
イメージを受信する ２０Ａ：周期ｔ毎にＭ個の可変小パワー刺激を印加し、
イメージを受信する Ｑ（Ｑ≧１）個の大パワー・フレームが心摶周期毎に発
射され、大パワー・フレーム間にＭ（Ｍ≧０）個の可変
小パワー・フレームが発射される。シーケンスは今回も
ＥＣＧと同期しているか、あるいはＥＣＧによってトリ
ガされ、呼吸信号によりゲートされる。

【００２２】図１１は図２の変形を示す。このフローチ
ャートの各ブロックは以下のような操作を行う： １０Ｄ：心摶周期毎に複数の大パワー刺激を印加して、
イメージを受信する ２０：各周期ｔ毎にＭ＝０個の小パワー刺激を印加して
イメージを処理する Ｑ（Ｑ≧１）個の大パワー・フレームが心搏周期毎に発
射される。これはＥＣＧに同期したフレーム・レート制
御である。オプションとして、非同期フレーム・レート
制御を造影剤と共に使用し、標準の３０Ｈzイメージン
グからダイアル・バックすることができる。

【００２３】図１２は図１０の変形である。このフロー
チャートの各ブロックは以下のような操作を行う： １０Ｄ：Ｎ回の心摶周期毎に複数の大パワー刺激を印加
して、イメージを受信する ２０：各周期ｔ毎にＭ個の小パワー刺激を印加してイメ
ージを受信する Ｑ（Ｑ≧１）個の大パワー・フレームが、Ｎ（Ｎ≧１）
心搏周期毎に発射され、その間に可変量の小パワー・フ
レームが発射される。このシーケンスはＥＣＧによって
トリガされ、またはＥＣＧによってトリガされ、呼吸に
よってゲートされる。

【００２４】図１３は小パワー・フレームが発射されな
い、図１２の変形である。このフローチャートの各ブロ
ックは以下のような操作を行う： １０Ｄ：Ｎ回の心摶周期毎に複数の大パワー刺激を印加
して、イメージを受信する ２０Ａ：各周期ｔ毎にＭ＝０個の小パワー刺激を印加し
てイメージを受信する Ｑ（Ｑ≧１）個の大パワー・フレームがＮ（Ｎ≧１）心
搏周期毎に繰り返される周期毎に発射される。

【００２５】以下に本発明の実施の態様の例を列挙す
る。

【００２６】〔実施態様１〕超音波造影剤を患者に投与
し、各周期に大パワー刺激を加えて大パワー刺激イメー
ジを作成し（10）、前記大パワー刺激イメージを受取っ
て処理し（10）、各周期にＭ（Ｍ≧０）個の小パワー刺
激を印加して多数の小パワー刺激イメージを作成し（2
0）、多数の前記小パワー刺激イメージを受取って処理
する（20）、超音波イメージング方法。

【００２７】〔実施態様２〕前記大パワー刺激により各
周期が始まることを特徴とする実施態様１に記載の方
法。

【００２８】〔実施態様３〕前記大パワー刺激は患者の
ＥＣＧと同期しており、前記周期の持続時間はＮ（Ｎ≧
１）心搏周期であることを特徴とする実施態様２に記載
の方法。

【００２９】〔実施態様４〕前記周期は患者の呼吸信号
によりゲートされることを特徴とする実施態様３に記載
の方法。

【００３０】〔実施態様５〕後続の各周期はＥＣＧに同
期したトリガから増分的に遅延し、トリガはＮ（Ｎ≧
１）心搏周期毎に生ずる（10B）ことを特徴とする実施
態様２に記載の方法。

【００３１】〔実施態様６〕前記ＥＣＧに同期したトリ
ガは更に患者の呼吸信号によってゲートされることを特
徴とする実施態様５に記載の方法。

【００３２】〔実施態様７〕一連の周期はＥＣＧに基づ
くトリガに同期しており、前記トリガはＮ（Ｎ≧１）心
搏周期毎に生ずる（10A）ことを特徴とする実施態様２
に記載の方法。

【００３３】〔実施態様８〕前記一連の周期についての
各周期の持続時間は心搏周期の一定の割合であることを
特徴とする実施態様７に記載の方法。

【００３４】〔実施態様９〕前記一連の周期は更に呼吸
信号によりゲートされることを特徴とする実施態様８に
記載の方法。

【００３５】〔実施態様１０〕前記Ｎは１であることを
特徴とする実施態様９に記載の方法。

【００３６】〔実施態様１１〕前記Ｍは０であることを
特徴とする実施態様１０に記載の方法。

【００３７】〔実施態様１２〕前記一連の周期は２つの
周期から成り、その一方の周期は終端心拡張期で始ま
り、その他方の周期は終端心収縮期で始まる（10C）こ
とを特徴とする実施態様８に記載の方法。

【００３８】〔実施態様１３〕前記Ｎは１であることを
特徴とする実施態様８に記載の方法。

【００３９】〔実施態様１４〕前記Ｍは０であることを
特徴とする実施態様１３に記載の方法。

【００４０】〔実施態様１５〕前記小パワー刺激は前記
大パワー刺激よりも３dＢ以上小さいことを特徴とする
実施態様１に記載の方法。

【００４１】〔実施態様１６〕超音波造影剤を患者に投
与し、各周期でＱ（Ｑ≧１）個の大パワー刺激を加えて
造影剤を破壊し、複数の大パワー刺激ベースライン・イ
メージを発生し（10）、複数の前記大パワー刺激ベース
ライン・イメージを受取って処理し（10）、各周期でＭ
（Ｍ≧１）個の前記大パワー刺激を加えて複数の小パワ
ー刺激イメージを作成し（20）、複数の前記小パワー刺
激イメージを受取って処理し（20A）、同じ期間中にＱ
個の前記大パワー刺激に対して遅延された別の大パワー
刺激を印加し（10A）、第２の前記大パワー刺激イメー
ジを受取って処理し（10A）、各周期で第２のグループ
のＳ（Ｓ≧０）個の前記小パワー刺激を印加してて多数
の前記小パワー刺激イメージを作成し（20）、複数の前
記小パワー刺激イメージを受取って処理する（20A） 超音波イメージング方法。

【００４２】〔実施態様１７〕周期は、Ｑ（Ｑ≧１）個
の前記大パワー刺激で始まり、Ｍ（Ｍ≧１）個の前記小
パワー刺激がそれに続き、更に１つの前記大パワー刺激
が続き、Ｓ（Ｓ≧０）個の前記小パワー刺激で終わるシ
ーケンスであり、前記周期はＥＣＧの特定の点に同期
し、その持続時間はＮ（Ｎ≧１）心搏周期であり、刺激
はイメージを形成する一群の送信ラインであることを特
徴とする実施態様１６に記載の方法。

【００４３】〔実施態様１８〕前記第２の大パワー刺激
は前記第１のＱ個の大パワー刺激に対して増分的に遅延
させられていることを特徴とする実施態様１７に記載の
方法。

【００４４】〔実施態様１９〕前記シーケンスは更に呼
吸信号によりゲートされることを特徴とする実施態様１
８に記載の方法。

【００４５】〔実施態様２０〕前記小パワー刺激は前記
大パワー刺激よりも３dＢ以上小さいことを特徴とする
実施態様１８に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波イメージング機器の機能ブロック図。

【図２】方法の、時間的プロセス・フローチャート。

【図３】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図４】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図５】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図６】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図７】図６に示すフローチャートの変形を示す図。

【図８】図２及び図３に示すフローチャートの変形を示
す図。

【図９】図８に示すフローチャートの変形を示す図。

【図１０】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図１１】図２に示すフローチャートの変形を示す図。

【図１２】図１０に示すフローチャートの変形を示す
図。

【図１３】図１２に示すフローチャートの変形を示す
図。

【符号の説明】

110：超音波イメージング機器 112：心臓 114：超音波プローブ 116：受信回路 117：送信回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オーウィン・ピー・ディサ アメリカ合衆国マサチューセッツ州ケンブ リッジ、マス・アヴェニュー1600 ナンバ ー608

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波造影剤を患者に投与し、 各周期に大パワー刺激を加えて大パワー刺激イメージを
   作成し、 前記大パワー刺激イメージを受取って処理し、 各周期にＭ（Ｍ≧０）個の小パワー刺激を印加して多数
   の小パワー刺激イメージを作成し、 多数の前記小パワー刺激イメージを受取って処理する、
   超音波イメージング方法。