KR20030059333A

KR20030059333A - 초음파진단장치와 초음파진단장치 제어방법

Info

Publication number: KR20030059333A
Application number: KR10-2003-7007743A
Authority: KR
Inventors: 가미야마나오히사
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-07
Also published as: CN1482884A; EP1354555A4; US6991606B2; CN100366225C; KR100790083B1; US20040010194A1; WO2002051317A1; JP2002191599A; JP4768914B2; EP1354555A1; EP1354555B1

Abstract

본 발명은 초음파진단장치와 초음파진단장치 제어방법에 관한 것으로서, 간헐송신의 프레임마다의 송신에 있어서, 기계적 작용을 단계적으로 증대시킨 초음파송신을 실시하는 것으로 사이즈가 다른 조영제 버블마다 단계적인 붕괴를 발생시키고, 각각의 단계에서의 붕괴를 에코원으로 한 초음파화상 생성을 실시하는 것으로, 예를 들면 적혈구 보다도 작은 물질의 동태를 반영한 정보, 포식세포의 분석, 새로운 진단정보 등의 새로은 생태 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파진단장치와 초음파진단장치 제어방법{ULTRASONIC DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD OF CONTROLLING ULTRASONIC DIAGNOSIS APPARATUS}

초음파 화상진단장치는 초음파를 사용한 무침습검사법에 의해 조직의 진단층을 표시하는 것이다. 이 초음파화상진단장치는 임상의 장에서도 실용성이 높고, 예를 들면 초음파 프로브를 체표에서 대는 간단한 조작으로 심장의 박동이나 태아의 움직임의 모습이 리얼타임 표시로 얻어지고, 안전성이 높고 반복하여 검사를 실시할 수 있고, 시스템의 규모가 X선, CT, MRI 등 다른 진단기기에 비해 작아, 베드사이드로 이동하여 검사하는 것 등을 가능하게 한다. 또, 최근, 종류에 따라서 여러가지 다르지만, 한손으로 잡아 운반할 정도의 크기를 갖는 초음파진단장치도 개발되고 있다. 장래적으로는 환자가 스스로 조작할 수 있는 초음파진단장치도 개발될 가능성이 있다.

그런데, 최근 정맥투여형 초음파조영제가 제품화된 것에 따라, 조영에코법에 의한 초음파진단이 보급되고 있다. 이 조영에코법은 예를 들면 심장 및 복부장기 등의 검사에 있어서, 정맥으로 초음파조영제를 주입하여 혈류신호를 증강하고,혈류동태의 평가를 실시하는 것이 목적이다. 조영제의 대부분은 미소기포(마이크로버블)이 반사원이 되고, 그 주입량·농도가 높으면 조영효과는 커진다. 한편, 기포라는 델리케이트한 기재의 성질상, 초음파조사에 의해 기포는 파괴되고, 조영효과 시간의 단축 등이 생기는 것도 이해할 수 있다.

일반적으로, 혈류라는 것은 적혈구의 것을 가리키는 경우가 많다. 이상적으로는 초음파진단에 사용되는 조영제는 이 적혈구와 동일 형태를 나타내는 것이 바람직하다. 그러나, 현실적으로는 조영제는 적혈구와는 다른 동태를 취할 수 있는 것을 이해할 수 있다.

예를 들면 대부분의 초음파조영제는 간장내실질에 정체하는 것이 알려져 있고, 이 정체한 조영제는 간장류 동(洞)내의 이물 섭취 세포에 의해 포식되어 있다고 생각되어지고 있다(물론 적혈구는 이와같은 포식은 되지 않는다.). 또, 체내 중의 모세혈관에는 액체성분(혈장)이 배어나올 정도의 강(腔)이 비어 있고, 세포에 영향 또는 산소 등을 공급하고 있다. 이 모세혈관의 강은 적혈구가 나가지 않을 정도의 크기이지만, 버블 사이즈에 따라서는 이 모세혈관벽의 강에서 외부로 새어나가는 조영제도 있다고 예상된다(적혈구의 평균직경은 약 8㎛, 조영제의 버블은 최대 8㎛ 정도, 최소 0.5㎛이하의 것이 체내를 순환하고 있다고 생각되어지고 있다).

그러나, 조영제가 항상 혈행 동태를 반영하고 있을지는 불명확하며, 예를 들면 미소(微少) 순환중에 정체해 있는 버블이 있으면 버블의 붕괴를 에코원으로 하는 생태 정보는 혈행 동태를 반영하고 있지 않다고도 생각할 수 있다. 이와 같은경우, 조영제에 의한 휘도 증강이 달성되어도 진실한 적혈구의 동태를 관찰하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 송신조건을 변화시키는 것으로 버블 소실의 정도를 제어하고, 적혈구 상당의 크기의 조영제 버블과, 그 보다도 충분히 작은 조영제 버블을 독립으로 관찰 또는 정량화하는 것이 가능한 초음파진단장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 조영 에코진단에 대응 가능한 초음파진단장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 본 실시형태에 따른 초음파진단장치의 개략 구성도,

도 2는 버블의 사이즈와 붕괴에 필요한 인압(引壓)의 이론적인 관계를 나타낸 그래프,

도 3A, 도 3B, 도 3C는 사이즈가 다른 버블의 미시적인 존재 영역을 나타내는 개념도,

도 4는 본 초음파진단장치(10)의 진단에 관한 시퀀스의 일례를 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 초음파진단장치(10)가 실행하는 스캔프로토콜을 나타내는 플로우차트,

도 6은 본 실시형태의 기록화상에 대한 나열변환 처리를 나타내는 개념도 및

도 7은 본 실시형태에 따른 수법을 기초로 하여 얻어지는 휘도변화곡선의 개념도이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 강구하였다.

즉, 본 발명은 피검체 내부의 진단 대상을 초음파로 주사하고, 초음파 단층 화상을 취득하는 초음파진단장치에 있어서, 상기 피검체의 소정의 단층면에 대해 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중 및 혈관 외의 조직액 중 및 림퍼액 중의 각각에 존재하는 조영제 버블을 붕괴시키기 위한 제 1 초음파와, 상기 제 1 초음파에 의해 붕괴되지 않은 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중을 흐르는 잔여 조영제 버블을 붕괴시키기 위한 제 2 초음파를 조사하는 조사수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치이다.

이와 같은 구성에 의하면 송신조건을 변화시키는 것으로 버블 소실의 정도를 제어하고, 적혈구 상당의 크기의 조영제 버블과, 그 보다도 충분히 작은 조영제 버블을 독립으로 관찰 또는 정량화하는 것이 가능한 초음파진단장치를 실현할 수 있다.

본 발명의 실시형태를 도면에 따라서 설명한다. 또, 이하의 설명에서 대략 동일한 기능 및 구성을 가진 구성요소에 대해서는 동일부호를 붙이고, 중복 설명은 필요한 경우에만 실시한다.

우선, 본 실시형태에 따른 초음파진단장치의 개략구성에 대해 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 초음파진단장치(10)의 개략구성도를 도시하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 초음파진단장치(10)는 피검자와의 사이에서 초음파신호의 송수신을 담당하는 초음파 프로브(12)와, 이 초음파 프로브를 구동하고, 또 초음파 프로브의 수신신호를 처리하는 장치본체(11)와, 이 장치본체에 접속되고, 또 작동자로부터의 지시 정보를 장치본체에 입력 가능한 입력부(13)와, 심전파형을 계측하는 ECG(14)를 구비한다. 입력부(13)에는 진단장치의 제어나 여러가지 화질조건 설정을 실시하는 것이 가능한 버튼, 키보드, 트랙볼 등이 포함된다.

장치본체(11)는 초음파송신유닛(21), 초음파수신유닛(22), B모드 처리회로(23), 도플러처리회로(24), 화상처리회로(25), 이미지메모리회로(26), 표시부(28), 심박검출유닛(29), 기억매체(30), 네트워크회로(31), 컨트롤러(32)를 구비하고 있다.

초음파송신유닛(21)은 트리거발생기, 지연회로 및 펄서회로(도시하지 않음)로 이루어지며, 펄스상의 초음파를 생성하여 프로브(12)의 진동소자로 보내는 것으로 수속초음파펄스를 생성한다. 본 송신유닛(21)은 컨트롤러(32)의 지시에 따라서 송신주파수, 송신구동전압 등을 순간 변경 가능한 전환 기능을 갖고 있다. 특히 송신 구동 전압에 관해서는 순간 그 값의 전환이 가능한 리니어앰프형 발신회로를 갖거나 또는 복수의 전원 유닛을 전기적으로 전환하는 것에 의해 표현한다.

또, 초음파송신유닛(21)은 컨트롤러(32)의 제어에 기초하여, 후술하는 시퀀스(도 4 참조)에 따라서 초음파의 간헐송신을 실시한다. 여기서, 간헐송신이라는 것은 예를 들면 조영제 에코법에 있어서, 초음파 송신을 일시 정지(예를 들면 4초간)한 후에 다시 초음파 송신을 개시하는 것을 주기적으로 반복하는 송신법이다. 이 간헐 송신에 의하면 걸리는 시간에 유입된 혈액에 대응한 조영제 에코신호를 얻을 수 있다. 예를 들면 USP6,149,597에서는 일시정지의 시간간격을 변화시키는 것으로 혈류동태의 시간 변화를 취득하는 방법이 개시되어 있다.

초음파수신유닛(22)은 프로브(12)로부터 소자마다 출력되는 피검체내의 조직으로 산란한 에코신호를 수신한다. 이 에코신호는 상기 초음파수신유닛(22)에 있어서, 채널마다 프리앰프로 증폭되고, A/D변환 후에 수신지연회로에 의해 수신지향성을 결정하는데 필요한 지연시간을 부여받아 가산기에서 가산된다. 이 가산처리는 반사파의 수신지향성에 따른 방향으로부터의 반사 성분을 강조하기 위한 것이며, 상기 처리에 의해 얻어진 송신 지향성과 수신 지향성에 의해 송수신의 종합적인 초음파 빔을 형성할 수 있다.

B모드처리회로(23)는 초음파수신유닛(22)으로부터 입력한 에코신호에 대해, 에코신호대수증폭, 포락선 검파 처리 등이 실시되고, 신호강도가 휘도의 밝기로 표현되는 데이터를 생성한다.

도플러처리회로(24)는 에코신호로부터 속도 정보를 주파수 해석하고, 해석 결과를 화상처리회로(25)로 보낸다.

화상처리회로(25)는 초음파 스캔의 주사선 신호열을 텔레비젼 등으로 대표되는 일반적인 비디오포맷의 주사선 신호열로 변환한다. 또, 화상처리회로(25)는 여러가지 설정 매개변수의 문자 정보나 눈금 등과 함께 합성되어, 비디오 신호로서 표시부(28)에 출력한다. 이와같이 하여 피검체 조직 형상을 나타내는 단층상이 표시된다.

또, 화상처리회로(25)는 취득한 복수의 초음파 화상 정보에 기초하여TIC(Time Intensity Curve)를 생성한다. TIC라는 것은 관심 영역에 있어서, 조영제 투여 후에 에코신호가 증강되는 과정을 추적하여, 그 휘도의 경시변화를 나타내는 그래프이며, 혈류의 동태 평가를 실시하기 위한 정량 해석에 이용된다.

이미지메모리회로(26)는 화상데이터를 저장하는 기억메모리로 이루어진다. 상기 이미지메모리회로(26)에 기억된 정보는, 예를 들면 진단 후에 호출 가능하고, 또 복수개를 사용한 동화 재생도 가능하다.

심박 검출 유닛(29)은 ECG(14)로 얻어진 심전도 등의 생체 신호 정보를 디지털 신호로 변환한다. 상기 생체 신호 정보에 관한 디지털 신호는 화상처리회로(25)에서 진단 화상에 합성되어, 표시부(28)에 표시되거나 또는 이미지메모리회로(26)가 구비하는 메모리에 기록된다. 또, 생체 신호 정보는, 추가로 후술하는 테크니컬플로우의 해석에 필요한 경우는 기억매체(30)에 보관 또는 네트워크회로를 경유하여 외부로 전송된다.

기억매체(30)는 후술하는 진단 해석 프로그램이 보관되어 있다. 또, 이미지메모리회로(26) 중의 화상의 보관 등에도 사용된다. 기억매체(30)의 데이터는 네트워크회로(31)를 경유하여 외부 주변장치로 전송하는 것도 가능하게 되어 있다.

컨트롤러(32)는 정보처리장치(계산기)로서의 기능을 갖고, 본 초음파진단장치 본체(11)의 동작을 제어하는 제어수단이다. 본 컨트롤러(32)는 특히 송신유닛의 주파수, 구동전압 등의 송신 조건을 수시 변경하고, 그 조건에 따라서 얻어진 진단화상에 상기 송신조건의 정보를 부가하여 화상정보에 부가하거나 또는 기억매체에 기억된다. 또 본 발명의 특징적인 송신 시퀀스를 실시하기 위한 프로그램 기능을 갖고 있다.

계속해서, 본 발명에 따른 초음파진단장치의 동작을 설명하기 전에 전제가 되는 이론 고찰에 대해 설명한다.

우선, 조영제로서 사용되는 마이크로버블의 일반적 성질을 설명한다. 마이크로버블(이하, 단지 버블이라고 함)은 초음파 음압의 기계적 작용에 의해 붕괴할 수 있다. 그 임계값은 주파수 또는 음압의 함수가 되는 것이 이론적으로 요구되고 있다(예를 들면, Holland AK, ApfelRE, An improved theory for the prediction of microcavitation thresholds. IEEE Trans Ultrason Ferroelec Freq Contr 1989; 36, No. 2, 204-208).

도 2는 상기 논문의 이론식으로 계산한 버블의 초기 직경과 각 초기 직경의 버블을 붕괴시키기 위한 음압의 임계값의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 조사 음압이 높을수록 버블은 붕괴하기 쉽고, 또 조사 주파수가 낮을수록 붕괴하기 쉬운 것을 알 수 있다. 또, 붕괴에 필요한 음압 레벨은 버블의 사이즈에 따라서도 변화하고, 더 큰 버블을 붕괴시키는데는 조사 음압도 크게 하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

계속해서, 생체내의 조영제 버블의 동태에 대해 설명한다. 시판되는 조영제 버블의 평균 직경, 단위 체적당 포함되는 갯수 등은 제품의 종류에 따라서 다르다. 통상 버블의 직경은 약 평균 2∼4㎛이며, 적혈구보다 조금 작은 사이즈로 되어 있다. 따라서, 조영제 버블은 모세혈관을 용이하게 통과할 수 있다.

그러나, 버블의 성질상, 모든 버블의 직경이 2∼4㎛로 되어 있을 뿐만 아니라, 일부의 버블은 상기 범위외의 직경을 갖는다. 이 2∼4㎛ 이외의 직경을 가진 버블, 예를 들면 1㎛ 정도의 버블은 그 크기를 유지하고 있는 한, 매우 작은 에코원으로서 기능한다. 한편, 1㎛정도의 버블은 도 2와 같이 음압에 대해 매우 붕괴되기 쉽고, 특히 인압에 의해 팽창하여 큰 에코원이 되는 성질을 갖는다. 또, 예를 들면 6㎛정도의 버블은 포함되는 갯수의 비율이 낮지만 1개당 반사 에코는 원래 크기 때문에 큰 에코원으로서 기능한다.

따라서, 직경이 6㎛ 정도의 버블은 적혈구와 동일하게 행동하고, 모세혈관벽에서 새지 않고 체내를 순환할 가능성이 있다고 생각된다. 한편, 직경이 1㎛정도의 버블은 모세혈관벽에서 새어나가 세포막사이의 강(腔)까지 습윤해 갈 가능성이 있다고 생각된다. 특히 후자는 다음에 설명하는 사실에 의해 뒷받침된다.

간장의 유동(類洞)에는 1㎛ 정도의 딧세강라고 불리우는 틈이 다수 존재한다. 영양이나 산소분자레벨의 물질은 이 딧세강에 용이하게 유입된다. 따라서, 1㎛정도의 버블이 상기한 바와 같이 모세혈관벽에서 새어나가 세포막사이의 강까지 습윤해가는 것이면 상기 1㎛정도의 버블은 이 강에도 유입되는 것을 생각할 수 있다. 사실, 조영제 투여 후부터 초음파 스캔을 정지하고, 약 5분 후에 조사를 개시하면 간장에는 모세혈관 혈류이상의 큰 에코가 관찰되는 것을 알 수 있다. 이 사실은 적혈구보다 작은 순환계에도 버블이 유입되어 있는 것을 시사하고 있다.

이상의 내용으로 초음파진단에 있어서 다음과 같은 것이 추찰(推察)된다. 즉, 예를 들면 관심영역에 조영제가 충분히 채워진 상태에서는 적혈구 레벨의 혈류순환계에는 큰 사이즈도 포함한 넓은 사이즈 분포를 갖는 버블군이 존재하고, 한편적혈구보다 작은 혈류(혈장) 순환계에서는, 예를 들면 1㎛ 이하의 사이즈로 한정된 버블군이 존재한다고 생각된다. 이 특성은 일반적인 복부계, 특히 간장, 신장, 비장 등에 적합하다고 추찰된다. 또, 다른 예로서는 간장내에는 쿠퍼세포(Kupffer cells)라고 불리우는 빈식(貧食)세포가 있고, 버블을 빈식하는 것을 생각할 수 있다. 이 세포에 취입되는 버블의 사이즈도 비교적 작은 것에 한정된다고 생각된다.

도 3A는 버블의 사이즈에 따라서 유입할 수 있는 순환계가 다른 것을 설명하기 위한 모식도이다.

도 3A에 도시한 바와 같이 2∼4㎛ 정도의 사이즈를 갖는 버블(52, 53) 및 1㎛ 정도의 사이즈를 갖는 버블(54)은 적혈구 레벨의 순환계(50)(예를 들면, 혈관 등)로 유입되어, 예를 들면 적혈구와 함께 순환한다. 또, 혈장 등이 순환하는 순환계(51)에서는 버블(52, 53)은 혈관벽을 통과해 빠져나갈 수 없고, 따라서 1㎛ 정도의 사이즈의 버블(54)에 의해 만족되게 된다.

본 발명의 중요한 점은 생체내의 조영제 버블의 동태가 사이즈에 따라서 다른 것에 착안하여 적혈구 정도의 크기를 갖는 조영제 버블에 기초한 제 1 생체 정보와 적혈구보다도 작은 조영제 버블(예를 들면 1㎛ 이하의 버블)에 기초한 제 2 생체정보를 독립으로 화상화 또는 정량화하는데 있다. 이 제 1 생체정보와 제 2 생체정보를 적절히 취득하기 위해, 본 실시형태에 따른 초음파 진단 장치는 후술하는 송신 조건을 강구하여 초음파 송신을 실시하는 것으로 버블을 소멸시키는 타이밍을 사이즈에 따라서 제어하고 있다.

도 3B, (c)는 제 1 생체정보와 제 2 생체정보를 취득하는 원리를 설명하기위한 모식도이다.

버블이 충만한 관심 영역내(예를 들면, 도 3A에 도시한 영역내)에, 예를 들면 처음에 500k파스칼 정도의 음압에 의해 초음파 조사를 실시하면 1㎛정도의 버블을 주로 붕괴할 수 있고, 큰 에코(플래시에코로서의 에코)원을 얻을 수 있다. 그 결과, 1㎛정도의 버블이 존재한 순환계(50)와 순환계(51)를 합한 영역(도 3B의 점으로 나타낸 영역)으로부터의 생태 정보를 얻을 수 있다. 또, 명확하지는 않지만 이 생태 정보는 적혈구 레벨 이하의 순환으로부터의 에코 신호에도 기초하기 때문에 틈의 크기, 섭취세포의 기능, 대사기능 등, 새로운 진단정보를 제공할 수 있을 가능성도 있다.

계속해서, 예를 들면 1000k파스칼의 음압 레벨로 조사하면 전회 붕괴하지 않고 남아 있던 버블 중 비교적 붕괴하기 쉬운 것(도 3A에 있어서의 2∼4㎛의 버블(52, 53)을 포함)을 주로 붕괴할 수 있고, 큰 에코(플래시에코로서의 에코)원을 얻을 수 있다. 그 결과, 주로 버블(52, 53)이 존재했던 적혈구 레벨의 순환계(50)(도 3C의 점으로 나타낸 영역)로부터의 생태 정보를 얻을 수 있다. 이 생태 정보는 적혈구의 동태를 반영한 것이 되고, 일반적인 혈류 진단이나 정량화에는 유용한 정보가 된다.

계속해서, 조영에코법에 의한 초음파 진단에 있어서, 본 초음파진단장치(10)가 실현하는 동작에 대해 피검체로의 초음파 송신을 중심으로 설명한다.

도 4는 본 초음파진단장치(10)가 실행하는 복부 진단용 초음파 송신 시퀀스의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 있어서, 횡축은 시간경과를 나타내고 있다. 종축은 송신에 의한 버블로의 기계적 작용의 강도를 나타내고 있으며, 상기 종축의 값이 클수록 송신 주파수는 낮아진다(또는 송신구동음압은 커지거나 이것들의 복합이 된다). 본 시퀀스에서는 붕괴시킬 버블의 사이즈에 따라서 기계적 작용을 단계적으로 제어한다.

또, 도면중의 각 화살표군(도면 중, G1, G2, G3…)은 1프레임의 초음파 스캔을 나타내고 있고, 각 화살표의 길이는 해당 프레임의 송신음압의 기계적 작용의 강도를 반영하고 있다(즉, 긴 화살표만큼 강도는 강하다). 예를 들면, 송신 프레임의 그룹(G1)은 초음파 진단에 있어서의 이른바 4회의 연속적 송신을 나타내고 있고, 그 간격(t1)은 프레임 간격이다. 각 그룹에 있어서의(예를 들면 그룹(G1)에 있어서의) 4회의 초음파 송신은 반드시 같은 시간 간격으로 실행될 필요는 없다.

또, 역수(1/t1)는 이른바 프레임레이트에 상당한다. 또, 시간간격(t2)은 이른바 간헐송신간격을 나타내고 있고, 통상의 진단의 프레임 간격 보다도 비교적 큰 시간 간격이다. 구체적으로는 버블이 관심 영역에 충만하는 3∼5초 정도 또는 그 이상인 것이 바람직하다.

이 도 4에 도시한 초음파 송신 시퀀스에서 특징적인 점은 간헐송신에 의해 버블을 장기의 관심영역에 충만시킨 후에 기계적 작용이 서서히 증대하는 송신을 실시하여, 2장 이상의 프레임을 취득하는 것이다. 이와 같이 기계적 작용을 단계적으로 증대시키는 것으로 적혈구보다도 작은 조영제 버블(예를 들면 1㎛ 이하의 버블)의 붕괴와 적혈구 정도의 크기를 갖는 조영제 버블의 붕괴를 다른 타이밍으로 발생시킬 수 있고, 적혈구를 순환시키는 혈류순환계로부터의 생체 정보와 적혈구보다 작은 혈류(혈장) 순환계로부터의 생체 정보를 분리하는 것이 가능해진다.

또, 본 초음파진단장치에 의한 초음파 송신은 2종류의 버블(상기한 바와 같이 적혈구보다도 작은 조영제 버블과, 적혈구 정도의 크기를 갖는 조영제 버블)을 다른 타이밍으로 붕괴시키는 것을 목적으로 하고 있다. 따라서, 1프레임의 초음파 스캔에 있어서 최소한 필요한 초음파 송신 횟수는 2회이다. 이에 대해, 도 4에서 1프레임에 있어서 4회의 초음파 송신을 실시하고 있는 것은 적혈구 정도의 크기를 가진 조영제 버블의 붕괴가 4회 중 어떤 초음파 조사에서 발생했는지를 보다 정밀하게 판단 가능하게 하기 위해서이다. 이와 같이, 1프레임의 초음파 스캔에 있어서 보다 많은 초음파 송신을 실시하는 것으로 적혈구를 순환시키는 혈류 순환계로부터의 생체 정보와, 적혈구보다 작은 혈류(혈장) 순환계로부터의 생체 정보를 보다 성격으로 구별하는 것이 가능해진다.

또, 상기 시퀀스는 G2, G3…으로 반복된다. 이것은 초음파 화상의 취득뿐만 아니라 적혈구를 순환시키는 혈류 순환계로부터의 생체정보와, 적혈구보다 작은 혈류(혈장) 순환계로부터의 생체정보의 각각의 정보로 이루어진 TIC를 생성하기 위해서이다.

계속해서 도 4의 송신 시퀀스를 채용한 진단 프로토콜에 대해 도 5에 기초하여 설명한다.

도 5는 본 초음파진단장치(10)가 실행하는 진단 프로토콜을 설명하기 위한 플로우차트를 나타내고 있다.

도 5에 있어서, 우선 조작자는 검사를 시작하기 전의 준비로서 각 매개변수를 프로그램하여 도 4에 도시한 시퀀스를 일의적으로 결정한다(단계(S1)).

구체적으로는 송신 프레임 장수(N)(즉, 도 4의 화살표군(G1, G2)등의 수), 각 송신에 대한 구동 주파수 및 구동 음압(즉, 송신조건), 프레임 간격(t1), 간헐송신간격(t2) 등의 값을 입력한다. 여기서는 송신 프레임 장수 N=6으로 하고, 1프레임에 있어서의 초음파 송신은 도 4에 도시한 바와 같이 기계적 작용을 4단계적으로 증대시켜 실행된다.

또, 미리 준비된 복수의 프로그램으로부터 원하는 프로그램을 대화적으로 선택하는 것으로 시퀀스를 결정할 수 있는 구성이라도 좋다.

계속해서 조작자는 통상의 시퀀스에 의한 피검체의 스캔을 개시한다(단계(S2)).

본 단계에 있어서의 스캔은 일반적으로 조영제의 투여전에 실시되는 B모드, 도플러모드 등에 의한 관찰이다. 따라서, 본 단계에서는 도 4에 도시한 시퀀스가 아니라 통상의 시퀀스에 의한 스캔이 실행된다.

계속해서 조영제를 투여하고, 도 4에 도시한 시퀀스에 기초한 초음파송신 등을 개시한다(단계(S3)).

또, 개시 조작은 입력부(13)에 구비되는 버튼을 누르는 것 등에 의해 실행된다.

그 후, 자동적으로 도 4에 도시한 송신 시퀀스에 기초한 스캔이 실행된다(단계(S4) 내지 단계(S6)). 즉, 우선 도 4의 G1에 대응하는 1프레임의 초음파 송신이 실행되고, 각각의 초음파에 따른 에코신호가 수신된다. 수신된 각 에코신호는 소정의 처리의 후(後) 화상 정보로서 송신 조건의 정보와 함께 화상을 이미지메모리 또는 기억매체에 기계적 작용의 단계마다 기록된다.

계속해서, 설정된 간헐간격(t2)(t2는 각 회마다 가변이 되도록 설정 가능함)을 가지고, 송신 프레임 6장분의 초음파 송신이 반복된다(단계(S7)등). 단계(S7)에 있어서, 송신 프레임의 합계가 6장이라고 판단된 경우에는 초음파진단장치(10)는 도 4에 도시한 송신 시퀀스를 종료한다(단계(S8)).

또, 본 시퀀스의 종료는 조작자가 입력부의 종료 버튼을 누르는 것 등에 의해 실행되지만, 예를 들면 미리 준비된 프로그램에 반복 횟수가 기록되어 있고, 소정의 횟수를 실행한 시점에서 자동적으로 종료하는 구성이라도 좋다.

상기 순서에 따라서 기록된 화상군은 사후에 호출되어 표시부(28)에 표시된다. 이 때, 표시부(28)에는 표시 화상에 대응한 송신 조건도 동시에 표시된다. 또, 기록된 프레임군을 연속적으로 재생하거나, 코마보내기, 역재생, 병렬표시 등이 가능하다.

또, 본 초음파진단장치는 도 4에 도시한 시퀀스에 의해 얻어진 복수의 초음파 화상을, 동일 송신 조건을 갖는 화상군마다 재편하여 표시하는 기능을 갖고 있다. 상기 화상의 재편은 각 화상 데이터에 부여된 송신 조건 및 시간 정보에 기초하여 실현된다. 구체적으로는 동일 송신 조건이 부여된 화상 데이터를 추출하고, 이것들의 추출된 화상 데이터를, 또 시간 정보에 기초하여 경시적으로 배열하면 좋다.

도 6은 상기 화상재편기능을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 상단에 도시한, 각 화상 프레임의 각 화상 「a」,「b」,「c」,「d」(도 6 상단)는 도 6 하단에 도시한 바와 같이 송신 조건을 기준으로 한 화상군으로 분류되고, 또 시계열적으로 배열된다. 이와 같이 재편된 각 화상군은 동일한 송신조건을 갖는 화상에 의해 구성되므로 거의 동일 정도의 직경을 가진 조영제 버블에 기초한 생체 정보를 반영하고 있다고 할 수 있다. 즉, 각 화상군은 적혈구를 순환시키는 혈류 순환계로부터의 생체 정보가 지배적인 초음파화상 또는 적혈구보다 작은 혈류(혈장) 순환계로부터의 생체 정보가 지배적인 초음파 화상중 어느쪽에 의해 통일되어 있다.

또, 본 초음파진단장치(10)에서는 각 화상군을 구성하는 모든 화상의 루프 재생, 하나의 화상군을 구성하는 모든 화상의 루프 재생, 여러개의 화상군에 의한 루프 재생, 코마보내기 재생 등 임의의 형태로 화상 표시하는 것이 가능하게 되어 있다.

또, 본 초음파진단장치는 얻어진 화상군(예를 들면 도 6 하단)에 대해 적당한 부분 영역을 지정하고, 그 영역내의 휘도 히스토그램 또는 평균 휘도값을 구하는 기능과 휘도변화곡선(TIC)을 연산하는 기능을 갖는다.

도 7은 화상군(A)과 화상군(B)에 의해 얻어진 각 TIC의 일례를 나타내고 있다. 곡선(A)이 화상군(A)에 의한 TIC이고, 곡선(B)이 화상군(B)에 의한 TIC이다. 또, 도 7의 종축은 수신한 초음파에 관한 신호 강도를, 횡축은 경과시간(즉, 간헐송신의 반복에 대응한 경과시간)을 나타내고 있다.

도 7에 있어서, 곡선(A)에 의해 나타내는 버블의 흐름은 적혈구의 흐름외에적혈구보다 충분히 작은 입자의 흐름을 반영하고 있다. 곡선(A)은 각 프레임에 있어서 비교적 저음압의 송신에 의해 얻어진 화상 「a」에 기초하고 있기 때문이다. 또, 곡선(A)은 혈관벽에서 새어나가는 매우 늦은 흐름도 포함하고 있기 때문에, 이른바 혈류 바퓨젼이 포화상태에 도달한 후에도 휘도 상승은 미소하게 상승을 계속하고 있다.

한편, 곡선(B)은 혈류중의 조영제는 수초간에 포화에 도달하고 있다. 이것은 곡선(B)이 각 프레임에 있어서 저음압 송신 후의 대음압 송신에 의해 얻어진 화상 「b」에 기초하고 있고, 직접적인 적혈구의 흐름을 반영하기 때문이다.

또, 본 TIC에서는 예를 들면 상술한 스캔의 간헐간격을 크게 하면 버블이 관심영역에 충만하기 때문에 보다 급격하게 신호강도가 상승하게 된다.

또, 본 초음파진단장치는 더 부가적인 기능으로서 얻어진 복수의 곡선에 대해 가산, 감산 등의 화상처리가 가능하게 되어 있다.

이상 설명한 구성에 의하면 1프레임에 있어서 기계적 작용을 단계적으로 증대시킨 초음파 송신을 실시하기 때문에 사이즈가 다른 조영제 버블마다 단계적인 붕괴를 발생시킬 수 있다. 조영제 버블은 그 사이즈에 따라서 유입할 수 있는 생체 영역이 다르므로 각각의 붕괴를 에코원으로 한 초음파 화상 생성을 실시하면 더 많은 생태 정보, 예를 들면 보다 상세한 혈행 동태, 적혈구보다도 작은 물질의 동태를 반영한 정보, 포식 세포의 분포 정보 등을 초음파 진단에 있어서 제공할 수 있다.

또, 본원 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 실시 단계에서는 그 취지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변형하는 것이 가능하다. 또, 각 실시형태는 가능한한 적절히 조합하여 실시해도 좋고, 그 경우 조합한 효과가 얻어진다. 또, 상기 실시형태에는 여러가지 단계의 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건의 적절한 조합에 의해 여러가지 발명이 추출될 수 있다. 예를 들면 실시형태에 나타내는 전체 구성요건에서 몇개의 구성 요건이 삭제되어도 발명이 해결하고자 하는 과제란에서 설명한 과제를 해결할 수 있고, 발명의 효과란에서 설명하고 있는 효과의 적어도 1개가 얻어지는 경우에는 이 구성요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.

이상 본 발명에 의하면 송신조건을 변화시키는 것으로 버블 소실의 정도를 제어하고, 적혈구 상당의 크기의 조영제 버블과 그 보다도 충분히 작은 조영제 버블을 독립으로 관찰 또는 정량화하는 것이 가능한 초음파진단장치를 실현할 수 있다.

Claims

조영제가 투여된 피검체의 소정 부위에 대해 초음파를 송수파하는 초음파 프로브;

상기 초음파 프로브의 구동신호를 발생하는 구동신호발생기; 및

상기 초음파 프로브로부터 상기 조영제 버블을 붕괴시키기 위한 제 1 초음파와, 상기 제 1 초음파에 의해 붕괴되지 않은 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중을 흐르는 잔여 조영제 버블의 적어도 일부를 붕괴시키기 위한 제 2 초음파가 송파되도록 하여 상기 구동신호발생기를 제어하는 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 1 항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 제 1 초음파보다도 높은 음압으로 상기 제 2 초음파가 송파되도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 1 항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 제 1 초음파보다도 낮은 주파수로 상기 제 2 초음파가 송파되도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 1 항에 있어서,

상기 컨트롤러는 상기 피검체에 조영제를 축적시키는 소정의 시간간격에 의해 상기 제 1 초음파 또는 제 2 초음파를 간헐송파하도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 4 항에 있어서,

상기 간헐송파에 의해 복수의 초음파화상을 취득한 경우, 상기 제 1 초음파에 기초하여 복수의 초음파 화상을 동시에 표시하거나 또는 상기 제 2 초음파에 기초한 복수의 초음파 화상을 동시에 표시하는 표시장치를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 5 항에 있어서,

상기 표시장치는 상기 동시에 표시하는 복수의 초음파 화상을 경시적으로 배열하여 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 초음파는 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중 및 혈관 외의 조직액 중 및 림퍼액 중의 각각에 존재하는 조영제를 붕괴시키는 음압인 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 초음파는 소직경의 조영제 버블을 파괴하고, 또 대직경의 조영제 버블을 파괴하기 어려운 송파 조건으로 송신되고, 상기 제 2 초음파는 소직경 및 대직경의 조영제 버블을 파괴하는 송파 조건으로 송파되도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치.
조영제가 투여된 피검체의 소정 부위에 대해 초음파를 송수파하는 초음파 프로브로부터 상기 조영제 버블을 붕괴시키기 위한 제 1 초음파와, 상기 제 1 초음파에 의해 붕괴하지 않은 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중을 흐르는 잔여 조영제 버블의 적어도 일부를 붕괴시키기 위한 제 2 초음파가 송파되도록 구동신호발생기를 제어하는 초음파진단장치 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 초음파는 상기 제 1 초음파보다도 높은 음압을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 2 초음파는 상기 제 1 초음파보다도 낮은 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 피검체에 조영제를 축적시키는 소정의 시간 간격에 의해 상기 제 1 초음파 또는 제 2 초음파를 간헐송파하도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 12 항에 있어서,

상기 간헐송파에 의해 복수의 초음파 화상을 취득한 경우, 상기 제 1 초음파에 기초한 복수의 초음파화상을 동시에 표시 또는 상기 제 2 초음파에 기초한 복수의 초음파 화상을 동시에 표시하는 것을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 13 항에 있어서,

상기 표시는 상기 동시에 표시하는 복수의 초음파 화상을 경시적으로 배열한 표시인 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 초음파는 상기 피검체의 혈관내의 혈액 중 및 혈관 외의 조직액 중 및 림퍼액 중의 각각에 존재하는 조영제를 붕괴시키는 음압인 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 초음파는 소직경의 조영제 버블을 파괴하고, 또 대직경의 조영제 버블을 파괴하기 어려운 송파조건으로 송신되고, 상기 제 2 초음파는 소직경 및 대직경의 조영제 버블을 파괴하는 송파 조건으로 송파되도록 상기 구동신호발생기를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파진단장치 제어방법.