JPH11253445A - 超音波撮像方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、マイクロバルーンからのエコーを受信する周
波数範囲Ｂ２を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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(microballoo
n) 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(bloc
k) 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(trans
ducer)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 fo
rming)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６
０８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２０
０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１
０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)１
１０，１１２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Ｂ
２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(d
ata 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１
４２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１
４６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(p
otentiometer) 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１
６２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６１
２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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   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。
2. 【請求項２】 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。