TW410305B - Improved ultrasound contrast imaging method and apparatus - Google Patents
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Description
410305 A7 37 五、發明説明(p 本發明關於一缉超音波成像,且尤指一種改良式多脈 I衝及增強策略,用於一種含有一超音波對比增強成像媒介 (agent)的物體之超音波成像。 超音波對比媒介可係引入至本體以反射或吸收超音波 能量,或當係暴露至該能量時共振,藉以提供該本體的一 部分之一增強影像。此等對比媒介之實例(以中空微囊之形 式)係揭示於日本專利申請案508032/1992與509745/1994以 及、PCT/GB95/02673(WO96/15814)等案中。此等媒介(劑)係 注入至病患之血液循環,且然後該病患係受到超音波放射 於本發明中,超音波序列包含一多個序列,其包含於^ 一第一頻率及低振幅之一第一脈衝突波,且隨之係於―第 二頻率及相當較高振幅之一第二脈衝突波(burst)。此第二 脈衝係具有足夠大小,以誘發增強之功率散射於所界定$ —有關區域。此係接著隨之以一第三頻率及較低振幅之-_ 第三脈衝突波。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ---------裳—— (請^閣讀背面之注意亊項再填er本頁) 功率增強散射係界定爲,提供一種振幅至少足夠以弓丨 起有關區域之聲音性質的一變化之聲音脈衝,舉例而言, 造成氣泡(bubble)以係自該等微囊(microcapsule)釋放 本發明提供一種產生一物體之超音波影像的方法,該 物體含有一超音波對比成像媒介’該種方法包含:使得物 體接受一第一頻率及第一功率之第一脈衝突波;使得物體 接受一第二頻率及結合用以最佳氣泡釋放的一第二功率之 一第二脈衝突波;及使得物體接受一第三頻率及第三功率 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格U10X 297公埯) 410305 A7 經濟部中央標牟局貝工消費合作杜印製 五、發明説明(y) 之一第三脈衝突波:第一脈衝突波的結果爲得到該物體之 一第一影像;第三脈衝突波的結果爲得到該物體之一第二 影像;且將第一與第二影像作比較以得到一最後之加強影 像。 一 較佳而言,該第一功率相對於該第二功率(其係一高功 率)係一低功率,且該第三功率相對於該第二功率係一低功 率。 於一第一實施例中,第一與第三脈衝突波係較佳爲以 一較第二脈衝突波之頻率爲高的頻率。 或者係,第一與第三脈衝突波之頻率係較第二脈衝突 波者爲低。 較佳而言,第一與第三脈衝突波係相同,或者具有一 界定及已知之關係。 較佳而言,第一與第三脈衝突波較第二脈衝突波包含 一相當低數目的循環。 於一特定實施例中,第一與第三脈衝突波包含一單一 循環。 第二脈衝突波較佳爲包含複數個循環。於一特定實施 例中,此係包含四或更多個循環。 較佳而言,介於第一與第三脈衝突波之間的時間係少 於100微秒Us)。 於一特定實施例中,第三脈衝突波可係結合或重疊以 第二脈衝突波。由第三脈衝突波所得到之任何影像脈衝可 自任何由第二脈衝突波而來的干擾所濾出,靠著於頻率上 本紙悵尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4現格(2丨〇大297公雄) 先· 閲 讀
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經濟部t央標準局員工消费合作杜印製 410305 A7 B7 五、發明説明(々) 之差異而達成。 於該成像方法中,一第一影像係於第一脈衝突波期間 內得到,且一第二影像係於第三脈衝突波期間內得到。該 較高振幅之第二脈衝突波包含一釋放突波,用於自諸如爲 Quantison之一適合媒介的氣泡釋放。 本明亦提供用以實施上述方法之裝置。 適合之微囊包括該等揭示爲”QUANTISON”微囊,其係 由Andaris有限公司所揭示,且敘述於W092/18164(US5,518, 709)、WO94/08627 與 WO96/15814(USSN08/676,344,於 1996年7月19日提出申請)等專利案中,其均以參照方式 納入於本文中。該等微囊係由噴灑且乾燥一血淸(serum)蛋 白(aibumin)所作成,以構成直徑槪括爲1至10微米Um)之 中空微囊;舉例而言,90%者具有1.0至9.0微米或1至 6.0 微米之一直徑,如同於一 Coulter Counter Multmizer Π 中所測量者。然而,任何包含微囊、微球或微粒子之氣體 ,其釋放氣體於放射以一非生理上有害份量之超音波,均 .可使用於本發明之方法中。 於一增強序列中,在第一與第三脈衝突波期間得到之 第一與第二影像係互相比較以提供一結合之改良影像,舉 例而言,藉由相減之去交互作用(decorrelation)。 本發明之實施例將參照伴隨圖式而敘述於後,其中‘· 第一圖顯示根據本發明之一範例脈衝突波序列; 第二圖顯示使用第一圖之脈衝突波序列所得到的一去 交互作用斷面; 1--------裝-----:--訂------線 (請1·閲讀背而之注意事項4填寫本頁) 本紙張尺度通州中國國家標準(CNS ) Λ4規格(2丨0XM7公苋) 37 410305 五、發明説明(f) 第三圖顯示在無第二脈衝產生之功率增強散射效應下 由第一與第三脈衝之一實驗所造成的一影像; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第四圖顯示當所有三個脈衝均存在時所造成的影像, 且以第二圖顯示去交互作用之優點; 第五圖顯示適用於本發明之裝置的一方塊圖;及 第六圖顯示使用於本發明之一換能器。 參考第一圖,一範例多脈衝序列包含一於相當低振幅 之第一脈衝突波10,以及一亦於相當低振幅之第三脈衝突 波14 ’相較於第二脈衝突波12而言,第一與第三脈衝突 波二者均係於相當高頻率(如5MHz)及相當少循環數。較佳 實施例包含一脈衝,其形狀係用於成像上之最大解析度。 於顯示之特定實施例中,僅使用到一個循環。 第一與第三脈衝突波係較佳爲相同,但其亦可能具有 —界定之關係,於此情況下,處理電路將補償以提供一比 較性之影像。 % ? 於第一與第三脈衝突波之間,一第二脈衝突波係位在 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 、其間,並具有選擇用以最佳之氣泡釋放的一功率。於顯示 之較佳實施例中,第二脈衝孝波係一相當低頻率(如2MHz)
• N 脈衝突波,並具有一較大之振幅。第二脈衝突波亦較佳具 有較第一脈衝突波爲多的循環數。較佳而言,第二脈衝突 波包含一脈衝突波,其係最佳以用於氣體氣泡釋放。於一 特定實施例中,該脈衝突波具有四或更多個循環。 然而’第二脈衝突波可係較高頻率者’於此情況時, 第二脈衝突波之功率(振幅)對於某些微囊可係較低。一脈 _ 6 本紙乐尺度適用中國國家標準() Λ4规格(210X2W公炬) 經濟部中央標準局員工消费合作社印策 410305 A 7 ____ __ B7____ 五、發明説明(f) 衝突波所需者係其.率用於微囊可發生氣泡釋放, 且此將係取決於多個因素(包括微囊之形式),該等因素將 ____ —.............................................. . 係熟悉此項技術人士所習知者。 於操作時' 二個髮..象傷取自於箏—與第三脈衝突波之 各者上,且筹„二脈衝突波係用以引生氣泡之功率增強散射 (PES,Power Enhanced Scattering) ’其自包含於有關區域之微 囊。於第一脈衝突波期間取得之影像係與第三脈衝突波中 取得者作比較之,以得到一加強比較性影像。 第二圖顯示與使用一 80%交互作用位準之資料(來自第 三與四圖)臨界的比較,於此情形時,一相減之去交互作用 係得自第一圖之脈衝序列。此係淸楚顯示一直徑200微米
V 及深度75毫米(mm)之單一纖維的檢測,當該纖維係塡滿以 QUANTISON。此實驗係設定以模擬一觸發之Μ模式於測 試物體,其係一含有QUANTISON之單一纖維。 桌二圖代無尚振幅突波時之一個射頻(RF, Radio-Frequency)成像脈衝的結果,其中無fES l:無自由空氣氣泡 係被檢測出。 第四圖顯示當第二突波係於該二個成像脈衝之間導通 的結果。 於此情形時,第二成像脈衝(第三脈衝突波)檢測所產 生之自由空氣氣泡。歸因於高散射環繞材料,於振幅之改 變係很小。然而,結合“、以比較爲基礎之策略”此等少量 改變係可準確地檢測出。 完整之脈衝序列應該在合理實際之短期間內係實行, _ —____7 _ 本紙張反度適用中國國CNS了Λ4現格(2!UX 297公^—-- ---------裝-----^—訂------線 (清先閲讀背面之注意事項44寫本頁) 410305 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Β7 五、發明説明(U) 須銘記在心的是,引起之氣泡釋放之持續性、聲音速度以 及有關區域之深度。於第一圖之脈衝序列的一特殊例子中 ’整個時間周期係100微秒(^S)。 其他之頻率係可運用於第一/第三以及第二脈衝。舉例 而言,第一/第三脈衝可係3MHz而第二脈衝係500KHZ,或 者第一/第三脈衝可係5MHz而第二脈衝係1MHz。 第一脈衝突波(10)與第三脈衝突波(U)之功率應係不致 於自該QUANTISON引生任何之功率增強散射(氣泡之釋放) 。因此,該第一與第三脈衝之功率應較佳不超過O.IMPa。 中央(第二)脈衝突波之功率必須係致使產生如界定之 功率增強散射,且應較佳係對於QUANTISON爲高於 0.6MPa。 然而,該等功率係可因其他媒介而改變。 因爲第二脈衝突波12之頻率係不同於第一/第三脈衝 突波之頻率,係可方便地於成像時自第二脈衝突波而濾出 任何殘餘之效應。 此舉使得第三脈衝突波能夠快速地跟隨於第二脈衝突 波後或甚至重疊於其上’但如前所述’槪括論之’對於大 部分實用之目的之75mm的一物體深度而言’整個I序歹[J時 間(其應儘可能地小)將必須係最少爲l〇0^s °若被成像之 物體係於一較窄深度時,該總時間將可能係較短。 爾用·於本發明之裝置係顯示於第五圖中。 具有焦點於7.5cm之1MHz單元件換能器50(Panametrics, Waltham,ΜΑ,U.S.A)係安裝於充滿有 Isoton® II(Coulter 尺度通用巾國國家標準(]s ) Λ4現格(:97公牮) ---------枯衣--------IT-------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 37 37 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 410305 五、發明説明(1 )
Diagnostics)之水浴槽52中,且係用作爲闻功率發送器。垂 直於此換能器之聲音束,具有焦點於7.5cm之5MHz單元 件寬頻帶換能器 54(Panametrics,Waltham,MA,USA)係作 安裝,且係用作以探測位在水浴槽(發送/接收)之目標56。 藉由一脈衝產生器 58(PM5716,Philips)、一 Wavetak 訊號 產生器60以及一型式A-500之線性功率放大器62(ENI ’ NY),係產生具有UMpa峰對峰聲音壓力與1MHz反覆率 之10循環的1MHz高功率正弦波訊號。一短的5MHz脈衝 係由一脈衝/接收器 64(5052PR,Panametrics,Waltham,MA ,USA)所產生及接收。所接收之訊號可自+40dB至-40dB 以每步2dB作放大。被放大之訊號係以低通Cheychev濾波 器作爐波,且由一Lecroy 9400 A (Lecroy,Chestnut Ridge, NY,USA)數位示波器(100MHz,8位元)所數位化。該脈衝 器/接收器係由一脈衝產生器66(PM5712,Philips)作同步化 ,其以相對於1MHz發送訊號之0.5ms的一延遲。該等輸 出訊號於10//S時窗作記錄,且係傳送至一個人電腦(Compaq 386/20e)以用於進一步之分析。 於一替代實施例中,第三脈衝12可係結合於第二脈衝 ,由於自該第三脈衝之散射訊號可係濾出。 此舉將提供一較短之時間周期,以用於整個實驗。 針對其他用途(例如用於速度量測),第一與第三脈衝 可能係相當低頻且第二脈衝係相對較高之頻率,亦即係與 第一個例子相反之。 參考第六圖,係顯示具有適用於本發明之一頻率響應 I i I I I 1^ 訂........ I 線 (請先闕讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4规格(公# ) «0305 Α7 Β7 五、發明説明(γ) 的一個換能器600之設計。 於此設計中,係用到一個分離的換能器元件610、620 。第一換能器元件610係對低頻靈敏,而第二換能器620 係對高頻靈敏。該二元件可能均係壓電型式。 低、頻換能器(型式610)係使用以發送,另一者620係使 用以僅僅接收或者用以發送及接收,以成像。對於陣列換 能器,如圖所示,該二種型式換能器(610、620)可藉著插入 此二種型式者而作合倂,藉以例如將奇數元件界定爲型式 1而偶數元件爲型式2。其他配置方式亦係可能的。型式2 之換能器可係使用以成像於基本頻以及第二諧波模式兩者 ---------^-----^—.玎------# I - (請λ·閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210Χ 公货)
Claims (1)
- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 410305 as Bg_§____ 六、申請專利範圍 1. 一種產生物體超音波影像之方法,該物體含有一超 音波對比成像媒介,該種方法包含步驟:使該物體接受一 第一頻率與第一功率之一第一脈衝突波;使該物體接受一 第二頻率結合一第二功率之一第二脈衝突波,該第二功率 用於最佳之氣泡釋放;及使該物體接受一第三頻率與第三 功率之一第三脈衝突波;得到第一脈衝突波之結果的該物 體一第一影像;得到第三脈衝突波之結果的該物體一第二 影像;及比較該第一與第二影像,以得到一最終之增強的 影像。 2. 如申請專利範圍第1項之產生超音波影像之方法, 其中該第一功率相對於該第二功率係一低功率,該第二功 率係一高功率,且該第三功率相對於該第二功率係一低功 率。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法,其中該第一脈 衝突波係相當高之頻率者,該第二脈衝突波係相當低之頻 率者,且該第三脈衝突波係相當高之頻率者。 4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一脈衝突 波係相當低之頻率者,該第二脈衝突波係相當高之頻率者 ,且該第三脈衝突波係相當低之頻率者。 5. 如申請專利範圍第3項之方法,其中該第一與第三 脈衝突波係相同者。 6. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一與第三 脈衝突波包含較第二脈衝突波爲一相當少數目之循環。 7. 如申請專利範圍第1項之方法|其中該第一與第三 裝 ^·1τ1 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用申國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐) B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 六、申請專利範園 脈衝突波包含一單一循環。 8. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二脈衝突 波包含複數個循環。 9. 如申請專利範圍第8項之方法,其中該第二脈衝突 波包含四或更多個循環。 10. 如申請專利範圍第1項之方法,其中介於第一與第 三脈衝突波之間的時間係少於丨〇〇#s。 11. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二脈衝突 波係具較高振幅,且包含一釋放突波,以自該對比成像媒 介而釋放氣泡。 12. —種產生物體超音波影像之裝置,該物體含有一超 音波對比成像媒介,該種裝置包括:第一發送機構,用以 使該物體接受一第一頻率與第一功率之一第一脈衝突波; 第二發送機構,用以使該物體接受一第二頻率結合一第二 功率之一第二脈衝突波,該第二功率用於最佳之氣泡釋放 ;第三發送機構,用以使該物體接受一第三頻率與一第三 功率之一第三脈衝突波;接收機構,用以得到第一脈衝突 波之結果的該物體一第一影像;接收機構,用以得到第三 脈衝突波之結果的該物體一第二影像;及處理機構,用以 比較該第一與第二影像,以得到一最終增強之影像。 13. 如申請專利範圍第12項之裝置,其中該等發送機 構之輸出係使得第一功率相對於第二功率係一低功率*該 第二功率係一高功率,且第三功率相對於第二功率係一低 功率。 _2 本紙張尺度適用中國闺家標隼(CNS ) ΑΊ規格(210X297公釐) ---------^-----^--iTi-----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 410305 ABCD 六、申請專利範圍 14.如申請專利範圍第12或13項之裝置,更包括一換 能器,用以發射及接收低與高頻率之聲音訊號,該換能器 包含複數個第一與第二型式之換能器元件,該等第一與第 二元件之位置係彼此相鄰以構成一插入式換能器陣列。 __ _ I n n n - n I] _ _ _ _ _ ft τ I ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣率局貝工消f合作社印製 本紙承尺度適用中國國家橾準(CNS ) A4規格(2丨OX297公釐)
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