JPH11123190A - 外部励起ラベリング手段を併用する音響映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 医用超音波診断における超音波造影法におい
て、生体内での寿命の長い、またイメージングを行う事
により破壊されないラベリング手段と、それに対応する
新奇なイメージング手法を実現する。 【構成】 目的領域（１）の中の選択された領域に磁性
体の粉末（２）をラベリング手段として導入し、目的領
域のほぼ全体に外部におかれたコイル（３）により交番
磁界を印加してこのラベリング用磁性体粉末に該交番磁
界に呼応する特徴的な運動を生じせしめ、該特徴的な運
動を探触子（５）および超音波診断装置（６）の超音波
ドプラ撮像系により可視化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は医用あるいは非破壊検査用の音
響映像装置に関し、特に新奇な外部励起コントラスト剤
と、その励起仕方と、その観測方法とに特徴のある該装
置に関する。

【０００２】医用超音波エコー映像の撮像における造影
剤（コントラストエージェント）とは、Ｘ線のそれが陰
影を増強させる事を趣旨とするのとは異なり、エコーを
“増強させる”事を長年にわたり基本的な趣旨として来
た。故に、超音波造影剤とは、実質的に反射効率の良い
（エコー源性の高い）微粉末であって、体内に無害に持
ち込む事ができ、また無害に消滅あるいは排出される事
ができる物質である事が趣旨であった。特に血管内に注
射して血行系を造影せんとする物においては、さらに、
毛細血管を無害に通過できる事が要求され、寸法として
４〜５μｍ径以下である事が必要である。この趣旨によ
り、最も好ましい生体適合性のある造影剤は、その様な
寸法の微小気泡そのもの、ないしは音響学的にそれに略
等価な、生体適合性のある物質を殻ないし袋として有す
るマイクロカプセルないしマイクロバルーンなどであ
る。従来、その様なガスバブルを現場で調製して注射す
る事、また事前に用意されたその様なガス入りマイクロ
カプセルないしマイクロバルーン製剤を緩衝液に懸濁し
て注射する事、が行われていた。しかしまた血行系では
ない、消化管系とか尿路系、羊水系などを造影せんとす
る時には寸法の制約は大幅に緩和され、また分解されな
くとも排出されてしまえば十分なので生体適合性に関す
る要求も緩和され、臓器の壁に付着などして残留する性
質とかがなければ一般の合成樹脂で出来たマイクロカプ
セルやマイクロバルーンをこの目的に使用する事が出来
る。

【０００３】しかるにこれらの従来手法ないし従来思想
による超音波造影法では造影剤はすみやかに分解ないし
排出されてしまうので、長時間にわたり体内に停留させ
る目的には適わない。また体内に放置された状態で分解
ないし排出されるよりも先に、観察のための超音波の照
射によりマイクロカプセルが音響的に瞬時音圧により破
壊され、またこの様な音響破壊の結果排出されたガスバ
ブルも速やかに周囲の水性環境に溶解、消滅するので、
この意味でも永久にどころかごく短時間のあいだしか観
測し続ける事は出来ない。またある種のイメージング手
法ではこの様な音響破壊の結果排出されたガスバブルを
選択的に画像化するので、検出感度は高いが検出機能の
寿命は殆ど一瞬でついえてしまう。

【０００４】そこで本発明の期する所はこの様な制約条
件に関してより有利な構造ないし機構と、イメージング
手法とを有する所の、従来手法とは大変異なるコントラ
スト剤およびイメージング装置を実現せんとする物であ
る。

【０００５】すなわち本発明においては、磁性体の粉末
を目的領域の中の選択された領域にラベリング手段とし
て導入し、これを含む目的領域のほぼ全体に交番外部磁
界を印加してこのラベリング用磁性体粉末に該交番磁界
に呼応する特徴的な運動を生じせしめ、該特徴的な運動
を超音波ドプラ撮像系により可視化する如く構成された
事を特徴とする、外部励起ラベリング手段（すなわちコ
ントラスト剤）と、それを用いる音響映像装置、またそ
のための外部励起手段、を実現せんとする。

【０００６】磁石あるいは磁性体を変化もしくは交番す
る磁界中におくとそれに呼応して応力を発生し、従って
音や振動を発生する事は良く知られている。また磁歪効
果がある物質では印加磁界に応じて体積が増減し、これ
もまた音や振動を発生する。さらにもととなる理由はど
うであっても突然の発熱は熱膨張による音波パルスの源
となる。パルス性のあるいは周期的な発熱はそのような
光あるいは電磁波が吸収損失される事により、または制
御されたまたはされない化学変化や原子核反応によりも
たらされる事が出来る。さらに物体に導電性があり外部
の電源から電流が流れている状態でこの物体に磁界を印
加すると、電流と磁界の相互作用で応力が発生し、磁界
の変調によっても電流の変調によっても音を発する事が
できる。

【０００７】この様な電磁、磁歪、動電あるいはその他
の作用により目的物体に直接音を発生せしめてこれを検
出し、目的物体それ自身の、もしくはその様な作用をも
たらし得る作用効果の場の、存在ないしその分布を画像
化する事はすでに行われている。たとえば学会報告集
“Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ”Ｖｏｌ．
８．ｐｐ３３１−３４５においてはＤ．Ｄａｍｅｒｏ
ｎ，Ａ．Ｍａｃｏｖｓｋｉ両氏が磁性体を含む物体が立
上りの鋭い磁界パルスの印加により超音波を発する事が
実用的に検出可能である事を、またその検証のためのコ
イルと電流パルス発生手段を報告している。また一般に
レーザー光パルスなどの吸収発熱による、いわゆる“Ｐ
ｈｏｔｏ−Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ”は非破
壊検査の領域では汎用技術となっている。

【０００８】しかしながらこれらの手法はおしなべて目
的物体に与えた刺激に呼応する音波ないし超音波を自ら
直接発せしめようとする原理の物であるため、例えば印
加すべき交番磁界がやはり同じ超音波周波数の物となら
ざるを得ず、装置は大袈裟にならざるを得ず、またそれ
にもかかわらず変換効率は極端に悪い。しかし少なくと
も画像信号となる超音波信号の伝搬は片道しか必要ない
ので、送波パルスの発生から見て往復両伝搬が必要な一
般の超音波パルスエコーシステムに比して本質的に有利
な場合がある。

【０００９】しかしながらここで本発明が提案する手法
は磁気刺激により直接的に信号周波数の超音波を発せし
めんとする物ではなく、磁気刺激により発生する変位な
いし運動を超音波パルスエコーシステムにおけるドプラ
効果検出機能を援用して検出せんとする物であり、前記
の直接励起片道伝搬の方式よりも、同じ検出感度を得る
ために必要な印加外部磁界の強さが桁違いに小さい、ま
たそれ故に必要な印加外部磁界を発生する手段が小型軽
量である、ないし場合によってはこれを手持ち探触子に
併設する事も出来る、という特徴を有する。以下これを
図面などを用いて詳説する。

【００１０】図１は本発明の原理を示す物で、これにお
いて、生体内の目的領域（１）にはコントラスト剤ない
しマーカー剤として、この場合、軟鉄またはソフトフェ
ライトなどの磁性体の微粉末（２）が適当なバインダー
によりくるまれて、導入されている。バインダーとして
は生体には無害だが即座に分解吸収されはしないである
程度の長期間残留する物質、あるいは消化管系の場合に
は便と共に安全に排泄されてしまう物質が用いられる。
この様な物質としては寒天、こんにゃく、ポリ乳酸、ア
ルブミン、ある種の生体分解性のあるポリエステル樹脂
などの中から、またこれらに限らず目的適合性に応じて
種々の毒性のない樹脂などの中から選択して、また場合
によっては複数の物質の混和物の形で、用いる事が出来
る。いづれにせよこの様なコントラスト剤ないしマーカ
ー剤は固体粒子であるから、マイクロバルーンや中空マ
イクロカプセルのコントラスト剤の様に音響パルスによ
り破壊される事もない。またその体内寿命ないしはバイ
ンダーの分解消滅の速度をほとんど任意に設計できる事
から、設計上の白由度はかえって大きい。

【００１１】一方、目的領域（１）を取り囲む外界には
大きなコイル（３）とそれに繋がれた発振機（４）があ
り、目的領域（１）に交番磁界を発生させる。ここで該
交番磁界は磁界強度に常に空間的な勾配がある物で、均
一度は故意に考慮の対象外とされている。同心円、背丈
の低いソレノイド、ないしドーナツやパンケーキなどの
簡単な構造の物はこの条件に必ず適う物である。磁界強
度に空間的な勾配があると、中の磁性体に常に磁界がよ
り強い方向に向おうとする吸引力が発生するので、これ
が本発明の狙いとする所の動作に必要な事である。すな
わら磁性体の微粉末（２）は外界からかけられた不均一
な磁界のため、その絶対値に応じて応力を被り、結果と
して、まわりの物質の弾性との兼ね合いで変位を生ず
る。磁性体が履歴現象の少ない、即ち保磁力に乏しい、
いわゆる磁気的に軟らかい物である場合（軟鉄やソフト
フェライトはこれに該当する）、磁界が交番磁界の場合
にその駆動電流の正の半サクルも負の半サイクルも吸引
力は同じ方向に発生するので駆動周波数の倍の周波数の
応力が発生し、もって倍周波数の微小変化が生ずる。

【００１２】そこで、この微小変位ないし微小運動を、
図示のごとく、目的領域（１）に当接せられる探触子
（５）とその結合せられている超音波診断装置（６）に
よりそのドプライメージング機能を用いて画像化して観
察ないし測定する。即ち磁性体粉末のある所は外部から
印加された交番磁界により微小な振動をするのでドプラ
シフトがあると見なされ、ドプラ振幅モードないしドプ
ラパワーモードの画像上に有意なピクセル値をもたらす
が、ない所は何ももたらさない。さらに磁性体粉末の分
布の局所濃度の大小に応じてそのピクセル値の大小が決
まる。もって磁性体粉末はコントラスト剤ないしはラベ
リング剤として機能する。

【００１３】ラベリング手段として磁気的に軟らかい磁
性体の粉末を使用する一つの理由は、もし磁気的に硬
い、有意に保持力のある物（例えばハードフェライト）
を使うと、放置時にも自らの発する磁界により粉末自身
同志ないしそれをを含む粒子同志がはりつき合って巨大
な団塊を成してしまい、均一な造粒が難しかったり、ま
た目的領域に適宜偏りなく分布させる事が難しかったり
するからである。

【００１５】また軟鉄ないし純鉄の微粒子を使う場合の
利点は、この物質が、これを包むカプセルが消滅した後
にも、ごく微量ならばさらに体内で代謝消滅せられる事
が出来る点である。しかしまた体内で代謝消滅もしくは
異物搬出の生理機能にのせられる事が出来る磁性金属と
しては鉄の他にニッケル、コバルトなども可能性があ
る。しかしこれらの金属の酸化物その他の水に不溶性の
化合物や、ソフトフェライトなどの場合、自ずと代謝の
過程に入る事は出来ないので、少なくとも原理的には完
全に排泄せられる尿路系あるいは消化管系の用途などに
しか採用は困難である。しかしながら磁性体微粒子とし
て、またバインダーとして何を用いるか、またどの様な
形態の造粒ないし薬剤様形態を採るか、どの様にして、
またどの様な目的意識でもってラベリング手段として目
的領域にの中に持ち込み、また分布などさせるかは、す
べて本発明の実施上の自由度の内に入るものである。

【００１６】交番磁界を作るための発振機（４）は、最
も簡便には商用電源その物ないしそれを図示せぬ変圧器
により適宜変換した物である事が出来る。しかしまた別
途発振回路と電力増幅器を用いる事を妨げない。また図
示せぬものの使用する超音波診断装置との間に適宜連携
関係を設定し、その送受信繰り返し周波数とこの発振機
の発振周波数とが調和関係に陥り、実際には振動してい
てもそれがパルスドプラ系により見掛上検出されない様
な事態（ブラインドスピードに陥ること）を避ける工夫
をするのも好ましい。この様な工夫のうち最も好ましい
工夫の一つは、送受信周波数を１／２分周した周波数で
もって外部磁界発生用コイルを駆動することである。し
かしどの様な手段手法でもって、またどの様な形態の、
またどの様な変化様式の交番磁界ないし変動磁界を発生
させまた目的領域に印加するか、はこれもまたすべて本
発明の実施上の自由度の内に入るものである。場合によ
っては永久磁石片を目的領域の近傍で回転ないし移動さ
せる様な手法であっても良い。

【００１７】図示による詳説は省略するが、目的領域に
導入された磁性体粉末が体腔内で体液ないし何らかの液
体の中に浮遊していて、担う液体の粘性摩擦の制約のみ
の自由な行動が出来る場合には、外部から単なる交番磁
界ではなく移動磁界ないし回転磁界を印加することによ
りこの液体全体に局所運動を誘発する事が出来、これも
またドプライメージング機能により選択的に検出される
事が出来る。

【００１８】図２は本発明の実施の上で好ましい工夫の
一つを示す物で、これにおいて、外部から交番磁界を印
加する手段であるコイル（３）が探触子（５）に機械的
に一体化されて実装せられている。具体的には図３の場
合このコイル（３）のための巻き枠（ボビン）およびそ
の他の付属構造物が一体として探触子（５）を受入れ、
くわえて保持するアダプタの形態を採っている。これに
より交番磁界をこの探触子の視野の至近距離部分に集中
的に印加する。このような構成は患者の体全体を収容す
る様な大きなコイル（ボデイコイル）に代えて、体表面
近くを集中的に観測領域とする場合に適した体表面コイ
ル（サーフェイスコイル）を実現する。その他にもこの
外部から交番磁界を印加するためのコイル（３）に関し
ては、被観測部位の構造や状況に応じて形態上無数の工
夫が可能である。

【００１９】またこの図２の実施例では特に、また図１
の実施例においても、コイル（３）を駆動する発振機
（４）を超音波診断装置（６）の中に一体化して組み込
む事は一つの好ましい工夫である。

【００２０】以上の説明により明らかにされた如く、本
発明によれば体内寿命の設計の自由度の高い、また設計
次第では大変長時間にわたって体内に無害停留して超音
波的なマーカーとして機能する事が出来る所の外部励起
ラベリング手段と、それを用いる音響映像装置（超音波
診断装置）とが実現され、医療目的上好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理を示すスケッチである。

【図２】 本発明の実施上好ましい工夫の一つを示すス
ケッチである。これらにおいて、 （１） 目的領域 （２）磁性体微粒子 （３） コイル （４）発振機 （５） 探触子 （６）超音波診断装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体の粉末を目的領域の中の選択され
   た領域にラベリング手段として導入し、これを含む目的
   領域のほぼ全体に交番外部磁界を印加してこのラベリン
   グ用磁性体粉末に該交番磁界に呼応する特徴的な運動を
   生じせしめ、該特徴的な運動を超音波ドプラ撮像系によ
   り可視化する如く構成された事を特徴とする、外部励起
   ラベリング手段を併用する音響映像装置。