(57)【要約】【課題】　媒質中の対象の高調波撮像を行う改善された超音波撮像システム及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】　超音波高調波撮像システムは、広帯域位相配列トランスデューサと、基本周波数の部分及び基本周波数の高調波の部分を含む波動を組織へ送る送信器と、組織からの超音波応答を受信する受信器と、送信器及び受信器の動作を制御するために送信器及び受信器に電気的に結合される制御システムと、ビデオプロセッサと、モニタとを含む。【選択図】　図１
2004121848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基本周波数の信号成分と前記基本周波数の少なくとも１つの高調波の少なくとも１つの信号成分とを含む超音波を発生する送信器と、
　前記送信器からの前記超音波信号を前記送信された高調波に対応する第１の部分及び前記少なくとも１つの高調波周波数に対応する第２の部分を含む音圧波へ変換し、前記第１の部分を第１の焦点領域へ向け、前記第２の部分を第２の焦点領域へ向けることが可能であり、前記送信された音圧波からの送信された高調波応答及び少なくとも１つの高調波音響応答を受信し少なくとも１つの応答信号へ変換することが更に可能である、広帯域トランスデューサと、
　前記少なくとも１つの応答信号から前記基本波及び少なくとも１つの高調波の音響応答を検出する受信器と、
　前記送信器及び前記受信器に電気的に結合され、前記送信器及び前記受信器の動作を制御するために用いられる制御システムと、
　前記少なくとも１つの応答信号を表示信号へ変換するビデオプロセッサと、
　前記表示信号を画像へ変換するモニタとを含む、
　合焦された高調波撮像のための超音波撮像システム。
【請求項２】
　前記トランスデューサは、約７０パーセントよりも大きい帯域幅を有し、帯域幅の割合は、高いコーナ周波数−６ｄＢの周波数と低いコーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、トランスデューサ帯域幅の中心周波数で除算したもので表わされる、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
　前記トランスデューサは、約２５パーセントよりも大きい送信帯域幅を有し、送信帯域幅の割合は、高い送信コーナ周波数−６ｄＢの周波数と低い送信コーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、送信周波数で除算したもので表わされる、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
　前記制御システムは、前記第２の焦点領域の送信された高調波画像が非線形の高調波パルス反転画像と組み合わされうるよう前記第２の焦点領域の焦点深さの関数として作動されるパルス反転スキームを実施する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
　前記少なくとも１つの信号成分は第２高調波である、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
　前記音圧波は近距離音場へ向けられ、前記基本波は遠距離音場へ向けられる、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
　送信された高調波及び基本周波数成分を含む入力超音波信号を第１の焦点領域及び第２の焦点領域へ夫々合焦されるべき第１の波の部分及び第２の波の部分を含む音圧波へ変換することが可能であり、前記送信された音圧波からの送信された高調波及び少なくとも１つの非線形に発生された高調波音響応答を受信し少なくとも１つの応答信号へ変換するよう構成された、広帯域位相配列トランスデューサ。
【請求項８】
　前記高調波は第２高調波である、請求項７記載のトランスデューサ。
【請求項９】
　前記音圧波の第１の部分は近距離音場へ向けられ、第２の部分は遠距離音場へ向けられる、請求項７記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
　送信及び受信帯域を含む帯域幅と中心周波数とを有し、前記帯域幅は約７０パーセントよりも大きく、帯域幅の割合は、高いコーナ周波数−６ｄＢの周波数と低いコーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、トランスデューサ帯域幅の中心周波数で除算したもので表わされる、請求項７記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
　送信帯域幅は約２５パーセントよりも大きく、送信帯域幅の割合は、高い送信コーナ周波数−６ｄＢの周波数と低い送信コーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、送信周波数で除算したもので表わされる、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
　受信帯域幅は約２５パーセントよりも大きく、受信帯域幅の割合は、高い受信コーナ周波数−６ｄＢの周波数と低い受信コーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、受信周波数で除算したもので表わされる、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１３】
　前記素子配列は少なくとも２つの一致した層を含む、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
　前記素子配列は少なくとも３つの一致した層を含む、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
　前記素子配列は単結晶を含む材料から構成される、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
　前記トランスデューサはミクロ機械加工された超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）である、請求項１０記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
　第１の焦点領域へ向けられた基本周波数を有する第１の部分及び第２の焦点領域へ向けられた前記基本周波数の高調波を有する第２の部分を含む圧力波で関心となる組織に超音波を当てる段階と、
　前記第２の焦点領域から戻される圧力波の送信された第２の部分の応答と、略前記高調波周波数においてのみ前記圧力波の第１の部分に応答する高調波とを測定する段階とを含み、前記超音波を当てる段階及び前記測定段階は広帯域位相配列トランスデューサによって成される、超音波高調波応答を検出する方法。
【請求項１８】
　前記高調波は第２高調波である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
　前記音圧波の前記第２の部分は近距離音場へ向けられ、前記第１の部分は遠距離音場へ向けられる、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
　前記測定段階は、広帯域の位相配列トランスデューサが送信及び受信帯域を含む帯域幅と中心周波数とを有し、前記帯域幅は約７０パーセントよりも大きく、帯域幅の割合は、高いコーナ周波数−６ｄＢの周波数と低いコーナ周波数−６ｄＢの周波数の間の差を、トランスデューサ帯域幅の中心周波数で除算したもので表わされる、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
　前記超音波を当てる段階は、近距離音場の送信された高調波画像が非線形の高調波パルス反転画像と組み合わされうるよう、受信焦点深さの関数として作動されるパルス反転スキームを実施することを含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
　基本周波数の第１の信号と前記基本周波数の少なくとも１つの高調波の少なくとも第２の信号とを含む超音波を発生する送信器と、
　前記送信器からの前記超音波信号を前記第１の信号に対応する第１の部分及び前記第２の信号に対応する第２の部分を含む音圧波へ変換し、前記第１の部分及び前記第２の部分は時間的に順次に送信され第１の焦点領域及び第２の焦点領域へ向けられることが可能であり、前記送信された音圧波からの送信された高調波応答及び少なくとも１つの高調波音響応答を受信し少なくとも１つの応答信号へ変換することが更に可能である、広帯域トランスデューサと、
　前記少なくとも１つの応答信号から前記基本波及び少なくとも１つの高調波の音響応答を検出する受信器と、
　前記送信器及び前記受信器に電気的に結合され、前記送信器及び前記受信器の動作を制御するために用いられる制御システムと、
　前記少なくとも１つの応答信号を表示信号へ変換するビデオプロセッサと、
　前記表示信号を画像へ変換するモニタとを含む、
　合焦された高調波撮像のための超音波撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、組織高調波撮像（ＴＨＩ：ｔｉｓｓｕｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｉｍａｇｉｎｇ）に関連する。特に、本発明は、送信された非線形に発生された高調波を含む戻りエコーを実現するために、夫々が異なる深さで合焦されるべき基本周波数と基本周波数の高調波の両方を含む送信ビームを用いるシステム及び方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
　超音波撮像は、その画質、安全性、及び費用の低さにより、多くの診療用途において急速に従来のＸ線を置き換えてきた。超音波撮像を行うための一般的な方法は、所定の周波数でパルスを送信し、そのエコーを受信することである。
【０００３】
　超音波画像は、一般的には、例えば人間の体といった媒質に向けて圧力波を送信及び受信することが可能な位相配列又は線形配列トランスデューサ素子を用いることによって形成される。このようなトランスデューサ素子は、通常は多元素圧電材料からなり、かかる材料は所望の圧力波を生成するために印加電圧に応答して振動する。トランスデューサ素子の種類とは無関係に、これらのトランスデューサ素子は更に可能であれば制御電子機器を含む筐体の中へ組み入れられえ、その組合せは超音波プローブ（又はトランスデューサ）を形成する。
【０００４】
　トランスデューサ（又は超音波プローブ）は、体の種々の組織を通して超音波圧力波を送信及び受信するための超音波送受信器と共に使用されうる。様々な周波数応答は、体の種々の構造及び組織を表示するために超音波撮像システムによって更に処理されうる。
【０００５】
　概して、低周波数圧力波は媒質（例えば体）の中へ深く透過するが、送信された波長の長さによって低い解像度の画像を生成する。他方で、高周波数圧力波は、高い解像度を与えるが、透過性はよくない。従って、送信周波数の選択は、解像度と透過の関係の釣り合いをとることを必要とする。
【０００６】
　更に、ＴＨＩは、源から遠方で発生されたことによる（例えば肋骨からの）反響減少からの散乱抑制、サイド及びグレーティング・ローブ減少からの散乱抑制、より高い撮像周波数（後方散乱の周波数依存性）からのコントラスト強調、及び収差（例えばマルチパス）減少からの一般的なＩＱ改善を与える。
【０００７】
　近年、高い解像度と深い透過の両方を得るべく新しい方法が研究されている。１つのかかる方法は、高調波撮像法として知られている。高調波撮像は、例えば人間の組織といった対象が、基本周波数でない固有の基本周波数、即ち基本周波数の高調波を発生して返す現象に基づいている。この現象と、ディジタル技術の更に高くなった画像処理能力は、対象の高解像度画像を形成するために、低い基本周波数（ｆ０）で送信し、より高い周波数の高調波（例えば２ｆ０）で反射を受信することによって、撮像されるべき対象を励起することを可能とする。例えば、２ＭＨｚの中心周波数を有する波動が人間の体の中へ送信されえ、画像を形成するために、基本周波数の整数倍（例えば４ＭＨｚ及び６ＭＨｚ）の高調波が受信されうる。
【０００８】
　トランスデューサは、心臓弁、心内膜境界、及び他の心臓構造の十分な解像度のために２ＭＨｚ乃至３ＭＨｚの範囲の送信周波数用に設計されてきた。より低い送信周波数は、ドップラーのためには使用されてきたが、Ｂモード撮像のためには使用されていない。これまで、送信周波数の選択は、診断のための適当な解像度を得るために比較的高い基本周波数を必要とする基本波応答撮像の能力に基づいて決定されてきた。
【０００９】
　しかしながら、組織透過のためにより低い周波数で送信し、改善された撮像解像度で高調波周波数を受信する利点を達成するために、基本周波数について十分な帯域幅を送信し高調波について十分な帯域幅を受信することができる広帯域トランスデューサが必要とされる。米国Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製の市販の超音波撮像システムであるＳＯＮＯＳ（登録商標）５５００と一緒に入手可能なｓ４トランスデューサは、単一のトランスデューサで高調波撮像を行うのに適した帯域幅を有し、従って診断に関してかなりの改善を与える。更に、ｓ４トランスデューサとＳＯＮＯＳ（登録商標）５５００の組合せは、単一のトランスデューサを用いた多数の撮像パラメータの選択肢を与え、従って透過に関する選択肢並びに解像度に関する選択肢を与える。
【００１０】
　しかしながら、現在の高調波撮像技術では、現在のトランスデューサの設計が基本波撮像に基づくものであり高調波撮像に基づくものでないため、幾つかの問題がある。高調波撮像の目的は、体の中にシステムの雑音下限よりも上となるよう十分に高い強度の高調波信号を発生することである。高調波信号は、基本波後方散乱よりも２０ｄＢ以上は下でありうるため（実際の数値は、経路の長さと周波数に依存し、組織中の非線形に発生される第２高調波の最大レベルは−６ｄＢである）、幅広いダイナミックレンジの受信器が必要とされる。殆ど高調波発生が生じない近距離音場、及び、減衰が上回る遠距離音場では、高調波応答が基本周波数散乱の場合よりも３０乃至４０ｄＢ低いことは珍しいことではない。体の中で発生される高調波信号の大きさがシステムの両方の雑音下限よりも上であることが重要である。高調波撮像を改善するために、非線形高調波発生の問題について述べねばならない。
【００１１】
　これは、特に、実際は近距離音場中に非線形の第２高調波信号応答がない場合についていえる。近距離音場中のより連続的又は実質的な第２高調波戻り信号成分が必要とされる。
【００１２】
　高調波撮像により信号対雑音比の問題を克服することに注目したいくつかの特許が成立している。ホサック（Ｈｏｓｓａｃｋ）外は、送信エネルギーは発生された高調波信号と区別できないため、応答の発生された高調波が予想される周波数範囲において、体の中へ送信されるエネルギーを最小とする送信素子を教示している（特許文献１）。特許文献１に記載された技術は、送信された周波数又は基本周波数と高調波信号応答との間のダイナミックレンジについて取り組んでいる。特許文献１の技術は、近距離音場及び遠距離音場撮像平面中の不均一な高調波信号応答については取り組んでいない。
【００１３】
　ウレンドルフ（Ｕｈｌｅｎｄｏｒｆ）外は、例えば高調波撮像といったシングルパルス励起技術のほかに造影剤撮像技術を開示している（特許文献２）。特に、特許文献２では、任意の整数の高調波（第２高調波、第３高調波等）、低調波（例えば１／２調波）、又は超調波（例えば３／２調波）を選択的に観察するために無線周波数（ＲＦ）フィルタを選択することにより、組織に対するマイクロバブルの比率（マイクロバブル対組織比）を改善することが可能である。第２高調波は、より高次の整数の高調波、低調波、又は超調波と比較して、この周波数における大きいバブル応答により、最も有用であることが分かっている。第２高調波はまた、トランスデューサ上の帯域幅に関する制限により最も実際的である（即ち、＜７０％帯域幅、但しパーセント帯域幅は，高いコーナ周波数の−６ｄＢの点から低いコーナ周波数の−６ｄＢを差し引いた差を中央周波数で割り算したものとして定義される）。しかしながら、高調波撮像と共に行うシングルパルス励起技術は、大きい組織の整数高調波信号が造影剤によって発生する信号をマスクするため、マイクロバブル対組織比が低くなってしまう。
【００１４】
　アンガー（Ｕｎｇｅｒ）外は、診断及び治療用の超音波技術を同時に行う方法及び装置を開示している（特許文献３）。特許文献３は、「診断」素子と「治療」素子を有する専用トランスデューサを導入する。治療要素は、薬剤／遺伝子又は他の治療物質を含む小胞（マイクロバブル）を破裂させるためのものであり、診断素子は破裂という事象の結果を監視するために利用可能である。特許文献３は、治療のための小胞を破裂を向上させるための低周波数高パワーの超音波信号を教示している。特許文献３のトランスデューサは複雑であり、製造が困難であり、高価である。トランスデューサはまた、トランスデューサのかなりの部分が治療のための超音波照射に専用であるため、アパーチャ全体を撮像のために使用することができないため、やはり典型的な位相配列トランスデューサよりは性能が劣る。
【００１５】
　アヴァキュー（Ａｖｅｒｋｉｏｕ）外は、送信される雑音を最小化し、高調波信号を増加するよう設計された多位相送信信号について教示している（特許文献４）。この技術では、体の中へ互いに逆の極性で連続したパルスを送信する。パルスの反射的な加算により、送信された第２高調波反射（所望でない）は減算され、高調波波形を生じさせ、この高調波波形は同位相でトランスデューサへ戻り、コヒーレントに加算され、それにより信号対雑音比を高める。特許文献１に記載の技術と同様に、特許文献４のマルチパルス技術は非線形の高調波信号応答は取り扱わない。特許文献４のマルチパルス技術は、多数の送信パルスの夫々が続いて戻ることによって発生される動きアーティファクトに敏感である。更に、特許文献４のマルチパルス技術は信号処理オーバヘッドを高め、これはリアルタイムの超音波診断システムのためのフレームレートの低下を生じさせる。
【００１６】
　更に、アヴァキュー（Ａｖｅｒｋｉｏｕ）外は、深さに依存する超音波信号の減衰があるときの基本波信号及び１つ又はそれ以上の高調波信号の両方からの反射を用いた超音波撮像の方法を教示している（特許文献５）。特許文献５では、高調波は組織を通過し歪んだ超音波として形成されうる。歪みは、高調波信号成分を形成することが見いだされ、それを用いた撮像はこの技術分野では組織高調波撮像（ＴＨＩ）と称される。従って、特許文献５は、画像は、基本送信周波数のみを含む送信信号から基本周波数（例えば３ＭＨｚ）成分と高調波周波数（例えば６ＭＨｚ）成分の両方を含むよう再構成されうることを教示している。
【００１７】
　基本周波数（例えば３ＭＨｚ）でのみエネルギーを送信すること、及び、基本波から反射を除去し画像を形成するために発生された高調波のみを使用することにより、近距離音場中の所望でない構造からのマルチパス散乱は、特許文献５に記載の発明のＴＨＩ概念を用いて除去されうる。特許文献５は近距離音場中のマルチパス散乱を減少させる必要性について記載しているが、発生される高調波信号が一般的には基本波よりも３０ｄＢ低いような、近距離音場中で高調波信号応答を迅速に発生させる必要性については記載していない。特許文献５はエネルギーがやはり３０ｄＢ低い遠距離音場中で適当なエネルギーレベルで高調波信号応答を発生するためにより深い信号透過についての必要性を記載している。
【００１８】
　ブラッドリー（Ｂｒａｄｌｅｙ）外は、ｆ０を送信ビームの基本周波数とすると、例えばｆ０／２又は３ｆ０／２といった分数調波で医用診断超音波撮像について教示している（特許文献６）。分数調波撮像を改善するために、特許文献６では、例えばｆ０／２又は３ｆ０／２といった分数調波シード成分を加算することを提案している。即ち、特許文献６では、低調波シード信号を基本送信信号を伴う基本周波数と換算することにより基本送信信号の低調波がより速く生成されることを教示している。しかしながら、組織高調波を生成するのに必要な時間により、同じ組織深さから戻って受信される異なる周波数のエネルギーの不一致が生ずる。
【００１９】
　ラウンドヒル（Ｒｏｕｎｄｈｉｌｌ）外は、基本波成分と高調波成分の両方がエコー信号中で戻され解析される組織高調波撮像（ＴＨＩ）の分野の超音波診断撮像システム及び方法を教示している（特許文献７）。特許文献７は、共通に所有されここに参照として組み入れられる。開示された発明は、例えば肋骨といった狭い音響窓を通して撮像する際に生成されるような、超音波画像中の近距離音場又はマルチパス散乱を減少させるよう高調波エコー信号を使用することを開示する。それにより、発明は、かなりの距離からの撮像を可能とし、深さ依存の減衰の効果をかなり減少させることを可能とする。
【００２０】
　ブラッドリー（Ｂｒａｄｌｅｙ）外は、複数の波形のうちの予め歪まされた少なくとも１つを、例えば装置非線形性、波長伝搬非線形性等の非線形性の関数として送信することを含む超音波撮像方法を開示する（特許文献８）。送信された波形は、トランスデューサからの基本スペクトル成分と高調波スペクトル成分とを含んでもよく、高調波スペクトル成分の減衰された正規化されたピークは、トランスデューサから離れた領域ではトランスデューサに隣接する領域と比較して減少される。送信された波形は、トランスデューサの近傍の基本スペクトル成分を含む波形の送信に関連する領域における高調波スペクトルピークに対して、トランスデューサから離れた関心領域において約４ｄＢ又はそれ以上だけ抑制される高調波スペクトルピークを含むよう予め歪まされることが望ましい。
【００２１】
　２００１年３月９日出願の特許文献９は、受信された信号の基本波成分及び高調波成分が送信通過帯域に置かれる超音波撮像システム及び方法を開示している。特許文献９は、共通に所有されここに参照として組み入れられる。２００１年１２月１９日出願の特許文献１０は、血管を撮像するために高調波周波数の小さい信号を用いる超音波撮像システム及び方法を開示している。特許文献１０は、共通に所有されここに参照として組み入れられる。即ち、基本波及び高調波における低エネルギー信号は、造影剤が現れる時間まで血管に合焦され、その後、送信された信号の構成はＣＡに超音波を当てるために変えられる。
【特許文献１】米国特許第５，７４０，１２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４１０，５１６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５５８，０９２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８３３，６１３号明細書
【特許文献５】米国特許第５，８７９，３０３号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１１７，０８２号明細書
【特許文献７】米国特許第６，２８３，９１９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，３１２，３７９号明細書
【特許文献９】米国特許出願第０９／８０２，４９１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第１０／０２６，９９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
　従来のＴＨＩに関連する基本的な問題は、様々な深さでの戻りを最大化するために送信時に種々の周波数成分を合焦することについて扱っていないことである。即ち、従来技術は、基本周波数及び高調波周波数の両方が同じ深さで合焦されることを教示している。組織高調波が発生するには幾らかの時間がかかるため、深さが浅いところからは全く又は殆ど高調波信号エネルギーは受信されない。更に特定的には、従来技術は基本波及び高調波周波数成分の両方を含むビームを用いて超音波エネルギーを送信することについて教示又は示唆するものでありうるが、ビームは常に同じ深さで合焦される。しかしながらこのような場合、生成するのに限られた時間のかかる高調波成分は近距離音場に対して制限されることが分かっている。即ち、高調波は伝搬経路の長さに従って生成されるため近距離音場ではわずかな高調波信号が発生される。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
　従来技術の上述の及び他の不利点に対して、本発明は基本波に加えて、例えば近距離音場へ方向付けられ操縦される送信された高調波成分を用いて、媒質中の対象の高調波撮像を行う改善された超音波撮像システムに関連する。
【００２４】
　アーキテクチャについて簡単に説明すると、システムは、媒質への方向付けられた送信のためにトランスデューサによって基本及び高調波超音波圧力波へ変換されうる電気信号を発生する送信器である例えば広帯域位相配列トランスデューサといった広帯域トランスデューサと、媒質中の少なくとも１つの対象からの高調波超音波応答を受信する受信器と、送信器及び受信器の動作を制御するために送信器及び受信器に電気的に結合された制御システムとによって実施されうる。
【００２５】
　本発明は、基本波及び高調波周波数成分の両方を含む信号が送信される超音波撮像方法として提供されるものでありうる。高調波成分は、基本波が合焦される位置とは異なった音場中の少なくとも１つの位置へ合焦又は操縦される。例えば、１つの動作モードでは、基本波は遠距離音場で合焦され、１つの高調波、特に第２高調波に限られた高調波は近距離音場又は浅い透過深さで合焦される。応答又は戻りエコー信号は、通常受信される深さよりも深さが浅いところからのより多い量の第２高調波エネルギーと、深さがより深いところからの非線形に発生された高調波エコーの量とを含む。
【００２６】
　更に特定的には、高調波周波数での超音波信号の部分は、高調波周波数での部分と同時に送信され、深さが浅いところで合焦される。この信号からの高調波周波数でのエコーは、深さが浅いところを撮像するために用いられる。基本波は、深さがより深いところで、望ましくは従来のＴＨＩを行っている間に通常方向付けられる深さよりも深さが深いところで合焦されうる。より高い周波数の送信された第２高調波は基本波よりも透過する深さがかなり低いため、遠距離音場から受信される殆どの第２高調波は非線形に発生されるのに対して、近距離音場から受信される殆どの第２高調波は送信された第２高調波となる。結果として得られる画像は、近距離音場から戻された高調波エネルギーと、基本波の非線形の伝搬により発生された遠距離音場から戻された高調波エネルギーとから導出される合成物である。
【００２７】
　他の形では、本発明は、基本波及び送信された高調波の成分に対する異なる時間的及び空間的なアポダイゼーション機能を用いる。
【００２８】
　他の形では、この技術は、パルス反転スキームが受信焦点深さの関数として作動されるパルス反転技術に関連して使用されうる。近距離音場の送信された高調波画像は、非線形の高調波パルス反転画像と組み合わされうる。
【００２９】
　本発明の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、当業者によれば以下の図面及び詳細な説明から明らかとなろう。かかる更なるシステム、方法、特徴、及び利点は本願の明細書の範囲に含まれ、本発明の範囲に含まれ、本願の添付の請求項によって保護されることが意図される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
　本発明は、添付の図面を参照してよりよく理解されるであろう。図中の構成要素は、必ずしも正しい縮尺で示されたものではなく、本発明の原理を明らかに示すよう強調が加えられている。更に、図中、同様の参照番号は幾つかの図面に亘って対応する部分を示す。
【００３１】
　上述のように本発明の種々の面について概説した後、図示されるような本発明の説明について詳細に示す。本発明は図面に関連して説明されるが、本願に開示される実施例を制限するものではない。むしろ、添付の請求の範囲に定義されるような本発明の趣旨及び範囲に含まれる全ての代替物、変形、及び等価物を網羅することを意図している。
【００３２】
　ここで図面を参照するに、全ての図面を通じて同様の参照番号は対応する部分を示しており、基本周波数送信信号と共に患者へ第２高調波エネルギーを導入するために組み合わされた送信パルスを使用することを可能とする超音波撮像システムのブロック図を示す図１を参照する。即ち、様々な量の第２高調波は画素毎に送信ビームに加えられうるため、より連続的な送信高調波ビームを形成するために非線形に発生された第２高調波とは独立の送信ビームを形成しうる。
【００３３】
　これに関して、超音波撮像システム１００は、トランスデューサ１０２、ＲＦスイッチ１０４、送信器１０６、システム制御器１０８、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）１１０、時間利得制御増幅器１１２、ビーム形成器１１４、フィルタ１１６、信号プロセッサ１１８、ビデオプロセッサ１２０、及びディスプレイ１２２を含みうる。トランスデューサ１０２は、ＲＦスイッチ１０４に電気的に結合されうる。ＲＦスイッチ１０４は、図示のように、送信器１０６から結合される送信入力とトランスデューサ１０２へ電気的に結合されるトランスデューサポートとを具備するよう構成されうる。ＲＦスイッチ１０４の出力は、時間利得制御増幅器１１２による更なる処理の前にＡＤＣ１１０に電気的に結合されうる。時間利得制御増幅器１１２は、ビーム形成器１１４に結合されうる。ビーム形成器１１４は、フィルタ１１６に結合されうる。フィルタ１１６は、ビデオプロセッサ１２０における更なる処理の前に信号プロセッサ１１８へ更に結合されうる。ビデオプロセッサ１２０は、ディスプレイ１２２へ入力信号を供給するよう構成されうる。システム制御器１０８は、種々の装置の夫々へ必要なタイミング信号を与えるため、送信器１０６、ＡＤＣ１１０、フィルタ１１６、並びに、信号プロセッサ１１８及びビデオプロセッサ１２０の両方に結合されうる。
【００３４】
　当業者によって認識されるように、システム制御器１０８は、１つ又はそれ以上のプロセッサ、コンピュータ、並びに、超音波撮像システム１００の全体動作を調整するための他のハードウエア及びソフトウエア構成要素を含みうる。更に、システム制御器１０８は、例えばコンピュータベースのシステム、プロセッサを含むシステム、又は、命令実行システム、機器、或いは装置から命令を取り出し、命令を実行しうる他のシステムといった命令実行システム、機器、又は装置によって又はそれらと関連して使用される全てのコンピュータ読み取り可能な媒体の中に具現化されうる論理関数を実施するための実行可能な命令の順序リストを含むソフトウエアを含みうる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、赤外線、又は半導体システム、機器、又は伝搬媒体でありうる。
【００３５】
　ＲＦスイッチ１０４は、超音波撮像システム１００の送信器１０６を、図１中に示される残る要素を含む超音波応答受信及び処理部から分離する。図１に示すシステム構成は、送信器１０６の中で発生し、ここでは超音波線１１５によって示される１つ又はそれ以上の超音波圧力波へ変換される電子送信信号を与える。超音波線１１５が超音波の照射に感受性のある組織層１１３にぶつかると、多数の送信イベント又は超音波線１１５が組織１１３を通過する。多数の超音波線１１５の大きさが組織１１３の減衰影響を超える限り、多数の超音波線１１５は内部目標１２１に到達する。当業者は、異なる超音波インピーダンスを有する組織間の組織境界又は交差は多数の超音波線１１５の基本周波数の高調波において超音波応答を生じさせることを認識するであろう。
【００３６】
　図１に更に示すように、かかる超音波応答は、超音波反射１１７によって示されうる。更に、照射された波形の圧縮部は粗密部よりも速く進行するため、超音波で照射された組織は高調波を生じさせることが認められる。波形の圧縮部と粗密部の進行の速さが異なることにより、波は歪み、種々の組織境界を通って反射又は散乱して戻る高調波信号が発生される。図１は、組織層１１３内の内部目標１２１に衝突する入射する多数の超音波線１１５に対する第２高調波応答のみを示すが、他の高調波応答もまた観察されうることが明らかである。例えば、広帯域信号の非線形の伝搬は、或る意味での低調波を生じさせうる。非線形の伝搬は、本質的には、発生される周波数が広帯域信号中に存在する成分の和及び差の周波数である波動に存在する全ての周波数成分を混ぜたものである。
【００３７】
　組織層１１３を横切ることによる減衰効果を超える大きさの超音波反射１１７は、ＲＦスイッチ１０４とトランスデューサ１０２の組合せによって監視され電気信号へ変換されうる。超音波反射１１７の電気的な表現は、ＡＤＣ１１０において受信されえ、ＡＤＣ１１０においてディジタル信号へ変換される。ＡＤＣ１１０の出力に結合された時間利得制御増幅器１１２は、特定の超音波線１１５が組織層１１３を横切るのに必要な全時間に関連して増幅を調整するよう構成されうる。このようにして、１つ又はそれ以上の内部目標１２１からの応答信号は、比較的浅い対象から発生される超音波反射１１７がトランスデューサ１０２から遠くへ移動された照射された対象から発生される超音波反射１１７を大きさで上回らないよう、利得補正される。
【００３８】
　時間利得制御増幅器１１２の出力は、ビーム形成器１１４、フィルタ１１６、及び信号プロセッサ１１８を介してビーム形成、フィルタリング、及び復調されうる。処理された応答信号は、ビデオプロセッサ１２０へ転送されうる。応答信号のビデオバージョンは、応答信号画像が見られ得るディスプレイ１２２へ転送されうる。当業者によれば、超音波撮像システム１００は、１つ又はそれ以上の画像及び／又はオシロスコープトレースを、操作者にとって有用でありうる他の表形式の及び／又は計算された情報と共に生成するよう構成されうる。
【００３９】
　本発明による超音波撮像システム１００は、より低い送信周波数の非線形伝搬により遠距離音場に高調波応答信号を生成しうる。送信された高調波信号は、近距離音場に高調波信号を発生するため、送信信号を時間的又は空間的にアポダイゼーションすること、並びに近距離音場で高調波の空間的な分布を最適化するために使用されうる。送信アポダイゼーションは、トランスデューサ１０２の素子のサブセットを他の素子のサブセットよりも多く重み付けしうる。本発明によるトランスデューサ１０２の基本周波数を非常に低い周波数、例えば１．５ＭＨｚ以下の周波数、へシフトすることは、図２Ａ及び図２Ｂに示されている。単一の水晶トランスデューサ及びＭＵＴの余分な帯域幅は、幅広い周波数範囲に亘って高調波応答信号を処理するための更なる自由度を与える。
【００４０】
　図３は、本願で提案される結合周波数信号の効果的な透過について示す概略的な図である。即ち、基本周波数の様々な量の少なくとも１つの高調波が画素毎に送信ビームに加えられ、例えば戻りエコー中で受信される第２高調波といった非線形に発生された同等の高調波とは独立の送信ビームを生じさせる。送信ビームの高調波部分は、基本波成分が向けられる深さとは異なる深さに合焦されうる。実際に、送信された高調波ビームの焦点利得は、焦点面を超える音場の開きの度合いにより基本波の焦点面に最小の送信された第２高調波があることが確実とされるよう最適化されうる。結果として、従来のＴＨＩ撮像技術及び装置で実現されうるものよりも、より連続的な送信高調波ビームと、よりよい合成画像が得られる。
【００４１】
　上述のように、深さが浅いところではわずかな高調波の発生のみが生ずる。更に特定的には、殆どの第２高調波の発生は基本音場の最終的な軸上の最大において生ずる。結果として、ＴＨＩ画像は、非線形に基づく第２高調波の発生が主に行われる基本軸位置と、非線形の第２（及び更に高次の）高調波発生が制限されている近距離音場との間で画質が分かれる印象を与えうる。
【００４２】
　原理的には、本発明の任意の方法及びこれを実施する任意のシステムは、第２の非常に浅い強く「合焦された」高調波ビームを導入することにより高調波、特に第２高調波の音場の深さを大きくする。この第２の焦点領域は、非常に短いレンジ（従って時間）のために使用される。第１の焦点領域は浅い深さを超えて使用され、基本周波数を含む（が全ての場合にこれに限られるものではない）。第１の焦点領域の強い焦点と短いレンジにより、線の期間は短く最終的なフレームレートに対して余り影響のないものでありうる。この方法では、両方の画像は非線形に発生された高調波から形成され、従って両方の画像は非線形発生の性質に関連する画像強調による利点を受ける。
【００４３】
　本発明の特定の実施例は、上述の説明及び例としての図面に詳細に開示されているが、当業者によれば、本願の請求の範囲に記載される本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく変形及び変更がなされうることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の教示と一貫した超音波撮像システムを示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明と共に使用されうる超音波トランスデューサを示す概略的な図である。
【図２Ｂ】本発明と共に使用されうる超音波トランスデューサを示す概略的な図である。
【図３】合焦された又は操縦された高調波、及び基本エネルギーによって夫々近距離音場及び遠距離音場において超音波照射された撮像野を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
　１００　超音波撮像システム
　１０２　トランスデューサ
　１０４　ＲＦスイッチ
　１０６　送信器
　１０８　システム制御器
　１１０　アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）
　１１２　時間利得制御増幅器
　１１３　組織層
　１１４　ビーム形成器
　１１５　超音波線
　１１７　超音波反射
　１１６　フィルタ
　１１８　信号増幅器
　１２０　ビデオプロセッサ
　１２１　内部目標
　１２２　ディスプレイ
【図１】
2004121848.tif 000003
【図２Ａ】
2004121848.tif 000004
【図２Ｂ】
2004121848.tif 000005
【図３】
2004121848.tif 000006