(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体へ超音波を送信し、そのエコーを受信する探触子と、
前記探触子から前記生体へ送信する超音波の周波数及び強度を設定することが可能な超音波送信手段と、
前記探触子により受信したエコー信号を画像表示手段に画像表示するための処理を行う受信信号処理手段と、
を有する超音波装置であって、
前記エコー信号は前記生体内の患部へ流れ込むマイクロカプセルから生ずるエコー信号を含み、前記マイクロカプセルから生ずるエコー信号をグラフ化するために前記受信信号処理手段へ前記マイクロカプセルから生ずるエコー信号の強度の時間変化を出力する手段と、
前記受信信号処理手段により処理された前記マイクロカプセルから生ずるエコー信号の強度の時間変化をグラフを表示する前記画像表示手段と、
前記画像表示手段に表示された前記エコー信号の強度の時間変化のグラフを画像観察し、通常の断層像撮像のために送波される超音波の周波数及び強度から生体内へ注入された薬剤入りマイクロカプセルを破壊させ得る超音波の周波数及び強度へ切換設定する手段と、を設けたことを特徴とする超音波装置。
【請求項２】
前記受信信号処理手段は、前記探触子から生体内へ送波された超音波周波数のエコー信号を断層像へ構成する手段と、前記探触子から生体内へ送波され生体内へ投与されたマイクロカプセルから反射する前記超音波の高調波成分からなるエコー信号を画像化する手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
【請求項３】
前記マイクロカプセルには、それぞれ異なった薬剤を封入した複数種のマイクロカプセルを用いること特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
【請求項４】
前記複数種のマイクロカプセルを用いる場合には、予め薬剤の注入順序に応じて、前記超音波送信手段に送波する超音波の強度及び周波数を設定して記憶するとともに、前記グラフとカラーマッピング画像とにより、患部へ流入してくるマイクロカプセルの種類毎の濃度を画像観察し、それぞれのマイクロカプセルの破壊タイミングとなった時に前記切換設定する手段で超音波の周波数及び強度を切換えることを特徴とする請求項３に記載の超音波装置。
【請求項５】
前記通常の断層像撮像のために送波される超音波の周波数及び強度から生体内へ注入された薬剤入りマイクロカプセルを破壊させ得る超音波の周波数及び強度へ切り換える際に、前記生体の治療すべき患部が画像表示手段に表示された位置で治療部位を入力する入力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波装置。
【請求項６】
前記生体の治療すべき患部を画像表示手段に表示する画像はフリーズ画像であることを特徴とする請求項５に記載の超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波装置に係り、特に生体内の患部へ治療薬を集中的に投与するために適した超音波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生体の患部の治療に用いる超音波装置が開発されつつある。超音波を生体の患部の治療に用いる装置としては幾つかの種類がある。その第１番目の装置は超音波を患部画像の描出に用い、その画像をカテーテルや穿刺針を生体内へ挿入するためのガイド像に用いるもの、そして第２番目の装置は生体内に照射した超音波が持つエネルギーを患部組織の破壊エネルギーとして用いるもの、さらに第３番目の装置は生体内に投与された媒体へ超音波を照射してその媒体の状態の変化により患部組織を破壊するものがある。
【０００３】
第３番目の装置で治療を行う際に生体内へ投与される媒体として、近年は、マイクロカプセルまたはマイクロバブルと呼ばれる微小な泡が用いられる。マイクロカプセルの内部には空気または治療薬剤が封入されている。そして、空気が封入されたマイクロカプセルは、マイクロカプセルが患部において超音波の波動エネルギーによって破壊された時に衝撃波を生じさせる（この泡が破壊して衝撃波を生ずる現象をキャビテーションという）ために用いられ、一方薬剤が封入されたマイクロカプセルは、マイクロカプセルに包んだ薬剤を静脈注射によりカプセルを生体内で循環させて患部へ運び、そこで超音波によってマイクロカプセルを破壊することで薬剤を治療すべき患部のみへ集中投与するために用いられる。
【０００４】
なお、治療とは異なるが、超音波診断の分野においては、マイクロカプセルを超音波造影剤として用いて、超音波画像のコントラストを強調することが行われ始めている。これはマイクロカプセルが超音波照射を受けると、収縮及び膨張をし、その際に反射波が高調波を含む非線形の波となって探触子で受信されること、並びに共振現象によってマイクロカプセルが破壊して高調波が探触子で受信されることを利用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロカプセルへ封入した治療薬剤を、カプセルを破壊することで患部へ投与するためには、カプセルが患部へ到達したタイミングで、すなわち患部へ循環して来たカプセルの濃度が患部において最適となったタイミングでカプセルへ超音波を照射してカプセルを破壊することが必要であり、またカプセルの破壊状況を視覚的に確認できる必要がある。
しかし、従来の超音波装置はこの点が考慮されていなかった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、マイクロカプセルが患部へ到達し、かつ患部においてマイクロカプセルが最適の濃度になったことが超音波治療を行っている医師に容易に判定できる超音波装置を提供することを目的としてなされたものである。
また、本発明は、マイクロカプセルの破壊状況が医師によって視覚的に容易に確認できる超音波装置を提供することを目的としてなされたものである。
さらに本発明は、多種類のマイクロカプセルに対応できる超音波装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、生体へ超音波を送信し、そのエコーを受信する探触子と、前記探触子から前記生体へ送信する超音波の周波数及び強度を設定することが可能な超音波送信手段と、前記探触子により受信したエコー信号に対し画像表示するための処理を行う受信信号処理手段と、この受信信号処理手段により処理された信号を表示する画像表示手段とを有する超音波装置において、前記受信信号処理手段には前記生体内の患部へ流れ込むマイクロカプセルから生ずるエコー信号量の時間変化をグラフ化して前記画像表示手段へ出力する手段を設けるとともに、前記超音波送信手段には通常の断層像撮像のために送波される超音波の周波数及び強度から生体内へ注入された薬剤入りマイクロカプセルを破壊させ得る超音波の周波数及び強度へ切換設定する手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は上記目的を達成するために、前記受信信号処理手段は、前記探触子から生体内へ送波された超音波周波数のエコー信号を断層像へ構成する手段と、前記探触子から生体内へ送波され生体内へ投与されたマイクロカプセルから反射する前記超音波の高調波成分からなるエコー信号を画像化する手段とを含むことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による超音波装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は送波信号発生部で超音波探触子を駆動して患者の体内へ送信する超音波を発生させるためのデジタル駆動信号を発生するもの、２はＤＡコンバータ（DAC）で送波信号発生部１から出力された駆動信号をアナログ電圧信号に変換するもの、３は送波アンプでＤＡＣ２から入力した信号を増幅して出力するもの、４は送受信切換部で、超音波の送信時には送波回路部からの信号を探触子方向へ通過させ、受信時には探触子で受信したエコー信号を受信処理部方向へ出力させるもの、５は超音波探触子であり、治療を受ける患者の体内へ超音波を送信するとともに、患者の体内で反射した超音波（エコー）を受信するものである。この超音波探触子５は、マイクロカプセルを破壊する超音波治療装置としてのエネルギーレベルと周波数を有した超音波と、患者の体内の画像を得る超音波撮像装置としてのエネルギーレベルと周波数を有した超音波との異なった複数の超音波が送受信できるようになっている。
【００１０】
６は受波アンプで、探触子５で受信されエコー信号として出力された信号を増幅するもの、７はＡＤコンバータ（ADC）で受波アンプ６から出力されたエコー信号をＡ／Ｄ変換するもの、８は整相部である。これらの受波アンプ６、ＡＤＣ７、整相部８は超音波探触子５が受信の際に動作した振動子数に等しいチャンネル数からなり、整相部８の終端には加算回路が設けられている。この部分により受信ビーム信号が形成される。なおＡＤＣ７は整相部８の一部分と考えることもできるものである。
【００１１】
９は信号処理部で整相部８から入力したエコー信号に対し画像化のための前処理、すなわち対数圧縮処理、検波処理、フィルタリング処理、エンハンス処理等を施すもの、１０はデジタルスキャンコンバータで、超音波ビームのスキャンと画像表示のためのスキャンとの変換を行うもの、１１は表示用のメモリ、１２はカラー表示装置、例えばカラーＣＲＴディスプレイやカラー液晶表示装置から成る。１３は上記構成要件を制御する制御部（CPU）である。以上の構成は、医療画像診断装置として知られている超音波診断装置の構成とほぼ同一構成である。
【００１２】
本発明による超音波装置は、上記の如き診断用画像を得る機能の他に、患者の体内でマイクロカプセルを破壊する機能と、マイクロカプセルの破壊状況を画像観察する機能と、マイクロカプセルを破壊するタイミングを計る機能とを併せ持つものである。そこで次に、上記後者の三つの機能を達成するために上記構成へ付加された本実施形態の構成部分を説明する。
【００１３】
先ず、マイクロカプセルを破壊する機能を果たす構成部分を説明する。図２は図１に示す送波信号発生部１の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、５１は波形メモリで送波周波数を記憶するメモリで、この波形メモリ５１には、上記診断画像取得時に用いる超音波の周波数と、マイクロカプセルを破壊する時に用いる周波数とが記憶されている。ここで波形メモリ５１には、複数種類のマイクロカプセルを破壊できるように複数のマイクロカプセル破壊用周波数を記憶しておく。５２は送波タイミング制御部で、探触子５から送波される超音波が生体の患部へ集束するように、探触子５に内蔵された複数の振動子の各々へ供給される駆動信号を位相制御または遅延制御して出力するもの、５３は送波強度制御部で、波形メモリ５１から出力された送波信号の強度を制御するもの、５４は乗算器で波形メモリ５１から出力された信号と送波強度制御部５３から出力された信号を乗算するものである。以上の構成要件は前記ＣＰＵ１３によって制御される。ＣＰＵ１３には、予めマイクロカプセルの種類に応じてマイクロカプセルが破壊する超音波の周波数並びに強度、さらにマイクロカプセルの破壊順序等をプログラム化して組み込まれている。
【００１４】
次に、マイクロカプセルの破壊状況を観察するための構成を説明する。マイクロカプセルは超音波の照射を受けると、共振現象を生じカプセルの膜が破壊され、その時に送波された超音波の周波数とは異なる周波数（送波された超音波の周波数に対し異なる周波数を持った高調波成分を多く含む）が発生する。この高調波を画像化することでマイクロカプセルの破壊状況が観察できる。図１において、１４は患者の体内で超音波の照射を受け破壊されたマイクロカプセルが発する高調波のエコー信号を検出する高調波検出部、１５は高調波検出部１４で検出された高調波エコー信号の周波数分析を行う周波数分析部、１６は周波数分析部部１５から出力された高調波の成分の空間分布情報を求め、求められた空間分布情報へカラー情報を付与して出力するカラーマッピング部である。
【００１５】
次に、上記高調波検出部１４及び周波数分析部１５の詳細な構成の一例を、図３を用いて説明する。高調波検出部１４は、ローカルオシレータ１４１と、乗算器１４２，１４３と、ローパスフィルタ（LPF）１４４，１４５とからなる。ここに、ローカルオシレータ１４１はメモリやカウンタ等で構成され、エコー信号の周波数をシフトするための位相がπ／２ ｒａｄだけずれた二つのローカル信号、すなわちｓｉｎ（２πωｔ）及びｃｏｓ（2πωｔ）を出力し、乗算器１４２，１４３は入力したエコー信号とそれらのローカル信号とを乗算し、エコー信号に含まれる基本波周波数成分すなわち探触子から送波した超音波の周波数と、マイクロカプセルが破壊したときに生じた高調波成分とを周波数シフトする。そして、ＬＰＦ１４４，１４５はレジスタや積和演算器などで構成され、前記乗算器によって周波数シフトされた前記基本波周波数成分と高調波成分とのうち、基本波周波数成分を除去し高調波成分を通過させる。
【００１６】
周波数分析部１５は、高速フーリエ変換（FFT）演算部１５１と、絶対値（ABS）演算部１５２とからなる。ＦＦＴ演算部１５１は公知のバタフライ乗算器を有し、エコー信号を実時間配列から周波数配列に変換するもの、ＡＢＳ演算部１５２は２乗演算器、加算演算器及び平方根演算器から構成され、ＦＦＴ演算部１５１から出力された各周波数毎の信号強度を算出する
【００１７】
次に、マイクロカプセルの破壊のタイミングを計る機能を達成する構成を説明する。静脈へ注入されたマイクロカプセルは血流により体内を循環し患部へ運ばれる。このとき、患部に到達したマイクロカプセルの濃度は時間と共に濃くなり、その後時間と共にうすくなる。したがって、時間経過と共に変化するマイクロカプセルの濃度を観察して入ると、マイクロカプセルを破壊する超音波の照射タイミングを予測することができる。本実施形態では、患部におけるマイクロカプセルの濃度変化を把握するために、カラーマッピング（CM）部１６が設けられている。ＣＭ部１６は図４に示すように、ＭＴＩ（Moving Target Indication）フィルタ１６１と、自己相関演算部１６２と、カラーマップ作成部１６３とからなる。ここに、ＭＴＩフィルタ１６１は、レジスタ、比較器、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等からなり、レーダーの分野や超音波診断装置のドプラ現象を利用した血流分布画像計測の分野にて使用されているもので、患部へ流れ込むマイクロカプセルを周辺の動きのない組織から分離抽出して検出する。自己相関演算部１６２はＤＳＰ（Digital Signal Processor）のような演算器とメモリ等で構成され、自己相関演算によりマイクロカプセルの移動している速度情報、速度分散情報、信号強度情報を演算する。この自己相関技術も前記超音波診断装置の分野では公知である。カラーマップ作成部１６３はメモリと、カラーエンコーダ等からなり、自己相関演算部１６２から入力したデータをメモリへ書き込み画像データ化するとともにそれらのデータへそれらの値に応じたカラー情報をカラーエンコーダにより付与する。
【００１８】
次に、マイクロカプセルの患部への流入状況及び破壊状況を把握する機能を達成するための構成を説明する。本発明では、マイクロカプセルの患部への流入状況及び破壊状況を瞬時にではなく時間経過で表示して医師がそれらを把握し易くしている。本実施形態では、このための一構成例としてタイムインテンシティ検出部１７を設けている。このタイムインテンシティ検出部１７は図５に示すように、高調波検出部１４からの信号を入力しその信号を周波数毎に弁別し出力する周波数弁別回路１７１と、この周波数弁別回路１７１の出力を周波数毎に計数するカウンタ回路１７２と、このカウンタ回路１７２の出力を用いてＣＰＵ１３の指令により、一方を時間軸、他方を信号値軸とし、周波数をパラメータとする信号の時間分布情報に変換するタイムインテンシティメモリ（TIメモリ）１７３とから成り、以上のように構成されたタイムインテンシティ検出部１７は、ある所定時間内において、各高調波成分の信号出現情報の時間変化をグラフィック表示可能とする。なお、ＴＩメモリ１７３はＤＳＣ１０内のメモリを使用することもできる。
【００１９】
次に、上記の如く構成された超音波装置の動作を説明する。最初に、医師はマイクロカプセル化された治療薬を患者の静脈へ注入する準備を整える。この治療薬の注入には、自動注入器を用いることができる。そして、この準備を終えたところで、医師は超音波装置に電源を投入し、装置の撮像機能を利用して治療部位の超音波断層像を装置のモニタへ映し出し、そして、医師がその断層像を観察することで治療部位が最も良く映し出される探触子の位置を特定する。
【００２０】
このための超音波断層像の撮像は以下の如く行われる。医師は、先ず、超音波装置の操作盤面に設けられた装置の動作モード選択スイッチ１８で断層像撮像モードを選択する。そして、探触子５を患者の治療部位の体表面へ当接し、図示を省略した超音波走査開始スイッチの操作及び探触子から送波される超音波のフォーカス深度を設定するためにフォーカス深度設定器の操作をする。すると、ＣＰＵ１３から送波信号発生部１へ指令が送られ、送波信号発生部１は断層像を撮像するためのデジタル的な送波パルス信号を発生するとともに、探触子１の複数の振動子から打ち出される超音波パルスが前記設定されたフォーカス深度に集束（同位相で到達することに同じ意味）するように各振動子へ供給されるパルス毎に所定の遅延時間を与えて出力する。
【００２１】
送波信号発生部１から出力された送波パルス信号はＤＡＣ２においてアナログ信号に変換されて送波アンプ３へ入力される。この送波アンプ３で送波パルス信号は、振動子に圧電振動を起こさせるに必要な電圧に増幅され、送受切替部４によって探触子５へ供給される。前記所定の遅延時間を与えられた各送波パルス信号は探触子５の各振動子へ与えられ、各振動子から遅延時間に対応する時間差をもって超音波が被検体内へ送波される。そして、被検体内へ送波された超音波は設定されたフォーカス深度へ集束するするよう（同時に同位相で到達することとじ同意味）に被検体内を伝播し、伝播するに際し被検体内の音響インピーダンスの異なる境界でその一部がエコーとして探触子方向へ反射して戻って来る。
【００２２】
探触子５はエコーを受信して電気信号に変換して出力する。探触子５の受信動作は、送波動作を行った振動子全体叉はその一部が包含される振動子群により行われ、各振動子により受信された信号は個別に送受切替部４を介して受波アンプ６へ入力され、受波アンプ６において増幅された後、ＡＤＣ７においてデジタル信号とされ受波整相部８へ出力される。受波整相部８はＣＰＵ１３によって制御され、各受信信号に対する遅延制御と加算処理とによりダイナミックフォーカシングを行う。すなわち、探触子５から被検体内へ送波された超音波が体内の深部へ伝播するにつれて各振動子で連続的に受信したエコーをある所定の経路に沿って移動するフォーカス点から反射して来たエコーとして連続的に捕える処理を行う。以上の送波と受信動作とにより被検体内の所定ライン上の超音波ビーム信号が得られる。
【００２３】
受波整送部８から出力された超音波ビーム信号はラスタ信号処理部９へ入力され、対数圧縮処理、検波処理，ダイナミックフィルタ処理，エンハンス処理等を施されＤＳＣ１０へ出力される。ラスタ信号処理部９へ入力された信号には探触子５から生体内へ送波された超音波周波数の整数倍の周波数を有した強度の弱い高調波信号も含まれるが、それはフィルタリング処理により除去される。ＤＳＣ１０へ入力した信号はメモリ上の所定アドレス、すなわち入力した超音波ビーム信号へ画像形成のために与えられるべきアドレスへ記憶される。そして以上の超音波送受信動作が超音波ビーム方向を順次ずらしながら繰り返して行われ、ＤＳＣ１０のメモリ上に画像が形成されると、その画像データが表示メモリ１１を介してカラー表示装置１２の走査に同期して読み出され、カラー表示装置１２の表示画面へ超音波断層像として、好ましくは白黒で表示される。被検体内への超音波走査は１フレーム画像の取得後も継続して行われ、３０フレーム／ｓ程度のフレームレートで断層像の取得と表示が行われる。
【００２４】
医師は前記超音波走査を継続させながら探触子５の位置や体表への当接角度をを変えて治療すべき患部を探り当てる。そして、治療すべき患部が最も良くカラー表示装置１２へ表示された位置で探触子５を保持するとともに、図示を省略したフリーズスイッチを走査して画像表示をフリーズ状態にする。なお、探触子の保持のためには保持具を用いることができる。
【００２５】
医師はカラー表示装置１２へ表示されたフリーズ画像を観察して、治療部位を指定する。この治療部位の指定は、例えば血流の２次元表示としてのカラーフローマッピング（ＣＦＭ）における走査範囲の設定技術を応用することができ、治療時の超音波ビームの走査範囲として治療範囲設定器１９により設定されるもので、この指定信号はＣＰＵ１３へ記憶される。フリーズされた断層像を用いて治療のための超音波ビーム走査範囲を設定する理由は、これに続いて行われるマイクロカプセルの造影から治療への移行時にその操作を行う時間的余裕がないことによる。
【００２６】
この状態で、医師またはその介助者が患者の静脈へ注入器を用いて薬剤が封入されたマイクロカプセルを注入する。静脈へ注入されたマイクロカプセルは数秒で患者の体内を循環する患部へ流入してくることになるので、注入後に医師は動作モード選択スイッチ１８を操作して今までの断層像取得モードから造影モードへ切換えを行う。この切換信号がＣＰＵ１３へ入力すると、ＣＰＵ１３は高調波検出部１４、周波数分析部１５、カラーマッピング部１６、タイムインテンシティ（TI）検出部１７に起動指令を発する。なお、前記断層像取得モードから造影モードへ切り換えた時に、探触子５から患者の体内へ送波される超音波の周波数は患者の体内へ注入したマイクロカプセルを最も良く描出できる値に変更されることが望ましい。
【００２７】
この変更指令を受けると、送波信号発生部１は送波パルスを出力する。この送波パルスはＤＡＣ２，送波アンプ３，送受信切換部４，探触子５の順に供給されて探触子５から患部へ向け超音波が送波される。この超音波の送波は、前記断層像の撮像時と同様に、探触子が有する視野全域を走査するように送受信毎にその方向を変えながら繰り返し走査が行われる。以下、その受信動作を説明する。
【００２８】
探触子５からある方向へ送波された超音波の受信エコー信号は探触子５，送受信切替部４，受波アンプ６，ＡＤＣ７，受波整相部８を介してラスタ信号処理部９及び高調波検出部１４へ入力する。ラスタ信号処理部９及び高調波検出部１４へ入力したエコー信号は図６に示すように探触子５から送波した周波数に対応した中心周波数がｆ0でかつある帯域を有した信号Ａと、この中心周波数ｆ0の整数倍の周波数ｆhを中心周波数としある帯域を有す高調波信号Ｂとを含む。高調波検出部１４へ入力した信号Ａと高調波信号Ｂとを含む信号は乗算器１４２，１４３においてそれぞれローカルオシレータ１４１から出力されたローカル（参照）信号ｃｏｓ（２πｆｔ）とｓｉｎ（２πｆｔ）と乗算され、図７に示すように周波数シフトされる。そして周波数シフトされたこれらの信号から通過帯域ＢＰを有したＬＰＦ１４４，１４５によって前記高調波信号Ｂからなるエコー信号が抽出され、その信号は周波数分析部１５及びカラーマッピング部１６へ出力される。
【００２９】
一方、ラスタ信号処理部９へ入力された信号Ａと高調波信号Bは前述の患部を探すための撮像時のエコー信号処理と同様に画像化のための前処理を施された後、信号Ａによる断層像を形成するためにＤＳＣ１０のメモリへ入力される。
【００３０】
そして、周波数分析部１５へ入力された高調波信号Ｂから成るビーム信号は、ＦＦＴ演算部１５１において順次フーリエ変換により周波数分析される。この周波数分析部１５の出力は高調波信号Ｂからなる１本のビーム信号の浅部から深部への周波数分布を示している。マイクロカプセルが超音波照射を受けた時に発生する高調波信号は予め測定によって既知となっているので、周波数分析部１５の出力を観察することによりマイクロカプセルがそのビーム方向へ流れ込んで来ているか否かを知ることができる。そして、周波数分析部１５の出力はＡＢＳ演算部２５へ入力され、前述の構成により順次入力して来る高調波信号Ｂの信号強度を算出し周波数対応で弁別してＴＩ検出部１７へ出力する。
【００３１】
このようにしてＡＢＳ演算部１５２で算出された高調波周波数毎の信号強度を示す信号はＴＩ検出部１７へ出力され、ＴＩ検出部１７のカウンタ回路１７２において図８に示されるように周波数毎に加算され、ＤＳＣ１０内のメモリへ格納される。そして、このＤＳＣ１０のメモリ内へ格納されたデータは図９に示されるタイムインテンシティカーブ（TIC）を作成するために供される。このＴＩＣの作成方法は後に詳しく説明する。
【００３２】
高調波検出部１４からカラーマッピング部１６へ出力された高調波エコー信号は、ＭＴＩフィルタ１６１に入力され、内部のレジスタ等の記憶部に一時的に保持される。ＭＴＩフィルタはレーダー分野や超音波ドプラ計測の分野にて公知のもので、静止部の情報をキャンセルして移動物体の情報のみを検出するために用いられる。本発明では、ＭＴＩフィルタ１６１は患部を流れる血流またはマイクロカプセルの移動情報を検出するためのものである。ＭＴＩフィルタ１６１において血流またはマイクロカプセルの移動情報のみを抽出するためには、超音波ビームを同一方向へ少なくとも２回行う必要がある。
【００３３】
そこで、ＣＰＵ１３は、前記受信動作が終了すると、超音波送受信方向を変えずに送受信動作を繰り返す。この２回目の受信によるエコー信号が高調波検出部１４を介してＭＴＩフィルタ１６１へ入力すると、ＭＴＩフィルタ１６１においてレジスタ等の記憶部に一時的に保持されていたデータと新たに入力したデータとの差分演算が行われ、これらの２回の送受信間における血流またはマイクロカプセルの移動情報が得られる。そして、この情報は自己相関演算部１６２において自己相関演算に供され、血流またはマイクロカプセルの移動速度、速度分散、信号強度の各データが算出される。これらの算出されたデータはカラーマッピング部１６３へ出力され、各々のデータへＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光の３原色情報が付与されてＤＳＣ１０のメモリへ格納される。以上で１方向への超音波ビームの送受信により、そのビーム上の周波数分布と移動体の移動情報が得られる。
【００３４】
次に、前記周波数分布と移動体の移動情報の取得を２次元に拡張するために、超音波ビームの方向を順次ずらしながら繰り返して送受信を行い、患部を含む断面を超音波走査する。この超音波走査によって、ＴＩ検出部１７は前記断面内における周波数分布を計測し、またカラーマッピング部１６は前記断面内の血流またはマイクロカプセルの移動状況を計測する。このうち、ＴＩ検出部１７で検出されＤＳＣ１０のメモリへ格納された周波数分布データはＣＰＵ１３の計数機能によって周波数毎にカウントされる。この周波数毎にカウントされたデータは、図９に示されるタイムインテンシティカーブのある時間における超音波走査面内に現れた信号について周波数毎の輝度値の積算値を示すこととなる。
【００３５】
一方、カラーマッピング部１６によって計測された血流またはマイクロカプセルの移動情報はＤＳＣ１０のメモリ内で２次元画像データ化され、断面内での流体物の移動状況を可視化するために読み出され、ラスタ信号処理部９から出力されＤＳＣ１０のメモリ内で２次元画像データ化された白黒の画像データと表示メモリ１１において合成されてカラー表示装置１２へ表示される。この画像を目視していることにより操作者は、血流に混じって患部へ流れ込んでくるマイクロカプセルを画像上で色の変化でほぼリアルタイムで観察することができる。
【００３６】
以上の送受信動作がその後も継続して行われ、断層像とカラーマッピング像とは超音波ビームの１方向への送受信が完了する毎にＤＳＣ１０のメモリ内容が更新されるのに伴って表示が更新されてゆく。他方で、ＴＩ検出部１７の計測データは１フレームの走査完了毎に集計され、それ以前のフレームの計測データと合わせてタイムインテンシティカーブが作成される。タイムインテンシティカーブは、横軸に時間を、縦軸に輝度値を取り、周波数をパラメータとしたもので、図９に示されるように患部へマイクロカプセルが次第に流入して来て、それがある時刻に最大となり、その後その量が減少して行く様子をグラフとして表示する。
【００３７】
このグラフを操作者が観察し、薬剤が封入されたマイクロカプセルが患部へ継続的に流入して発生するある周波数のカーブを注目し、マイクロカプセルを破壊するタイミングと医師が判断した時に、医師は超音波診断装置に設けられた動作モード選択スイッチ１８を治療モードへ切換える。するとＣＰＵ１３は送波信号発生部１及び送波アンプ３へ治療用超音波を発生させるための指令を発する。このＣＰＵ１３の指令を受けた送波信号発生部１はマイクロカプセルの破壊用の超音波周波数を有した超音波を探触子５から患者の体内へ送波するための送波パルスを出力し、送波アンプ３はＤＡＣ２を介して入力した送波パルスをマイクロカプセルの破壊レベルまで増幅して出力する。この増幅された送波パルスは送波信号発生部１において超音波が治療部位として設定された走査範囲の最も端の超音波送受信方向（初期方向）へ集束するように遅延制御されているので、探触子５の各振動子から放射された超音波は患者の治療部位へ集束させられる。
【００３８】
超音波マイクロカプセル２００は図１０に示すように、カプセルのシェル２１０に薬剤２２０が封入されたもので、シェル２１０内には薬剤２２０の他に空気等の気体が一緒に封入されている。マイクロカプセル２００の破壊は、シェル２１０の強度及び径に依存し、また、マイクロカプセル２００の共振周波数はその径に依存する。そして、超音波送波周波数がこの共振周波数のときに最も効率的にマイクロカプセル２００が破壊され、マイクロカプセル２００が破壊する共振周波数は以下の式１で求めることができる。
【数１】
0004712980.tif 000002
ここに
ｒ：シェルの半径
ｋ：比熱比
Ｐ：シェルの内部圧力
ρ：比重
【００３９】
ここで、マイクロカプセル２００へ超音波が照射された時のマイクロカプセル２００の挙動を、図１１及びず１２を用いて説明する。マイクロカプセル２００へ図１２（ａ）に示されるような波形の超音波を照射すると（図１１（ａ））、マイクロカプセル２００内に気体が封入されているために図１２（ｂ）に示されるような２次高調波成分を含んだエコーが発生する。そしてマイクロカプセル２００へ照射された超音波の周波数がマイクロカプセルの共振周波数に一致していると、前記マイクロカプセルに薬剤と共に封入された空気の存在によって超音波の照射を受けたマイクロカプセルが収縮と膨張とによる共振現象を生じ（図１１（ｂ））、送波された超音波周波数（基本波と記す）と２次高調波が強調された信号を多く含んだ非線形のエコーが発生する。このエコーは探触子５で受信され、前記造影モードと同様に高調波検出部１４で検出され、その後、超音波の伝播が進行して次第に深い部位のマイクロカプセルにも共振現象が生じる。この共振現象の過程で送波超音強度がマイクロカプセルの破壊強度を超えているとマイクロカプセルは破壊されてマイクロカプセル２００に封入されていた薬剤が飛散する。（図１１（ｃ））この破壊によって共振現象が収まるため急激に高調波成分のレベルは低下する。
【００４０】
上記初期方向への超音波送受信が終了するとＣＰＵ１３は超音波の送受信方向を上記治療範囲に対し順次ずらしながら送受信と走査とを繰り返す。そして、前記送受信により得られた基本波エコー信号と高調波エコー信号とは、ラスタ信号処理部、ＣＭ検出部及びＴＩ検出部により処理されて、各々断層像、ＣＭ像及びタイムインテンシティカーブとしてカラー表示装置へ表示される。
【００４１】
そして、医師はＣＭ像及びタイムインテンシティカーブを観察してマイクロカプセルの治療部位への流入が減少したのを確認した時点で、治療のための超音波走査を停止する。
【００４２】
以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明は種々の変形例も可能である。図１３は高調波検出部のその他の構成例を示す。図１３に示す高調波検出部３４０は、ＲＡＭ等から成るメモリ３４１と、乗算器３４２，３４３と、ＲＯＭ等のメモリやレジスタ及びセレクタなどで構成される係数選択部３４４と、加算器３４５と、カウンタやレジスタから構成されるメモリ制御部３４６とから成る。この高調波検出部３４０を高調波検出部１４に替えて図１に示される超音波装置を構成した場合には、送波信号発生部１において位相の異なる複数の送波パルスを発生可能にする。そして、最初にある位相を有した送波パルスを発生してエコー信号を計測し、そのエコー信号をメモリ３４１へ記憶する。次に前回と同一方向へ前回とは位相の異なる送波パルスによる超音波ビームを送信してそのエコー信号を計測する。この２回目の送受信で得られたエコー信号は乗算器３４３へ入力され、また、この２回目の送受信で得られたエコー信号が高調波検出部３４０へ入力されると同時にメモリ３４１へ記憶されていた１回目のエコー信号がメモリ制御部３４６の制御によって読み出され、乗算器３４２へ入力される。乗算器３４２及び３４３は係数選択器３４４から出力された係数信号と入力したエコー信号との乗算を行い、その結果を加算器３４５へ出力する。加算器３４５は入力された信号同志を加算し、その合成信号を出力する。加算器３４５において１回目のエコー信号と２回目のエコー信号とを加算すると、それらの基本波の位相がずれているので打ち消し合いが起こり、例えばその位相がπ／２ずれていると基本波は理論的には完全に打ち消し合って、非線形の高調波のみが残って加算器３４５から出力されることになる。
【００４３】
また、図１に示される実施形態において、周波数分析部１５を図３に示すようにＦＦＴ演算部１５１を用いて周波数分析を行う例を説明したが、周波数分析はウェーブレット演算手段で行うようにしても良い。
【００４４】
さらに本発明はその他の変形例も可能である。例えば、前記実施形態では治療に使用する薬剤を１種類としてそのマイクロカプセルを患者へ注入する例を説明したが、マイクロカプセルとしてそれぞれ異なった薬剤を封入した複数種のマイクロカプセルを用いて患部を治療できるような形態とすることも可能である。その場合には、ＣＰＵへ予め薬剤の注入順序に応じて、送波する超音波の強度及び周波数をインプットして記憶するとともに、前記動作モード選択スイッチへ複数の治療モードを設けておいて、前記タイムインテンシティカーブとカラーマッピング画像とにより、患部へ流入してくるマイクロカプセルの種類毎の濃度を医師が判定し、それぞれのマイクロカプセルの破壊タイミングとなった時に超音波の周波数及び強度を切換える操作を治療モードの選択切換で行えるようにすることで対応が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、マイクロカプセルが患部へ到達し、かつ患部においてマイクロカプセルが最適の濃度になったことがタイムインテンシティカーブを観察することによって超音波治療を行っている医師に容易に判定できるようになる。また、本発明による超音波装置には、マイクロカプセルの患部への流入状況をカラーマップ化して表示するようにしたので、マイクロカプセルの破壊状況が医師によって視覚的に容易に確認できる。さらに本発明の超音波装置によれば、多種類のマイクロカプセルを破壊して治療を行うことも容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するに好適な超音波装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す送波信号発生部の構成を示すブロック図。
【図３】図１に示す高調波検出部、周波数分析部の構成を示すブロック図。
【図４】図１に示すカラーマッッピング（CM）部の構成を示すブロック図。
【図５】図１に示すタイムインテンシティ（TI）検出部の構成を示すブロック図。
【図６】基本波ｆ0と高調波ｆhの周波数分布を表す図。
【図７】高調波検出部の出力信号の周波数分布を示す図。
【図８】ＴＩ検出部から出力される周波数弁別された信号を示す図。
【図９】表示されるタイムインテンシティカーブを示す図。
【図１０】マイクロカプセルの概念図。
【図１１】超音波照射を受けたマイクロカプセルの挙動を示す図
【図１２】マイクロカプセルへ照射した超音波とそのエコー信号の波形を示す図。
【図１３】高調波検出部の変形例を示す図。
【符号の説明】
１…送波信号発生部
９…ラスタ信号処理部
１３…制御部（CPU）
１４…高調波検出部
１５…周波数分析部
１６…カラーマッピング（CM）部
１７…タイムインテンシティ（TI）検出部
１８…動作モード選択スイッチ
１９…治療範囲設定器
２００…マイクロカプセル
２１０…シェル
２２０…薬剤
２３０…気体
【図１】
0004712980.tif 000003
【図２】
0004712980.tif 000004
【図３】
0004712980.tif 000005
【図４】
0004712980.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004712980.tif 000011
【図１０】
0004712980.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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