(57)【要約】本発明の開示は造影化に関する。更に具体的には、本発明の開示は、再灌流によるのではなく、動き又は呼吸により画像領域に運ばれる造影剤からもたらされる画像アーチファクトを低減するように仰角ビーム幅が制御される造影化のための装置及び方法に関する。
2006505318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の身体において造影剤を画像化するための方法であって：
前記造影剤を破壊するために前記身体の一部における破壊平面に１つ又はそれ以上の高強度信号を送信する段階；
所定時間の期間、待機する段階：
画像平面からエコーされる１つ又はそれ以上の送信された低強度信号を受信する段階であって、前記画像平面は前記造影剤を画像化するために前記身体の一部における前記破壊平面より狭い、段階；及び
前記造影剤を画像化する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって：
送信と受信との間の所定時間の期間を変化させながら、繰り返して送信、待機及び受信する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって：
前記患者の前記身体の前記画像平面において前記造影剤の濃度を決定する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって：
前記患者の前記身体の前記画像平面において血流速度を決定する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、前記造影剤は前記患者の心筋にある、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって：
前記造影剤の造影剤流を画像化する段階；
を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
患者の身体において造影剤を画像化するためのシステムであって：
高強度信号及び低強度信号を前記身体に送信し、該身体から受信するトランスジューサであって、前記高強度信号は、前記造影剤を画像化する低強度信号より広いビーム幅を有する前記造影剤を破壊するために送信される、トランスジューサ；
前記送信信号及び前記受信信号に時間遅延を与える前記トランスジューサと動作可能であるように通信する制御ユニットであって、前記送信信号は前記身体に送信され、前記受信信号は前記身体からエコーされる、制御ユニット；並びに
前記造影剤を画像化する前記制御ユニットと動作可能であるように通信する画像化ユニット；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記トランスジューサはマトリクス要素の二次元アレイを有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記二次元アレイのマトリクス要素の各々は、前記身体に信号を送信し、前記身体からエコーされた信号を受信するために個別に制御可能である、ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムであって、前記トランスジューサは所望のビーム幅を有する所望の方向に送信信号を操作する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムであって、前記トランスジューサは所望のビーム幅を有する所望の方向からの前記エコー信号を優先的に受信する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項７に記載のシステムであって、前記送信信号及び前記エコー信号のビーム幅は前記トランスジューサの有効開口を変えることにより制御される、ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項７に記載のシステムであって、前記トランスジューサは、複数の前記トランスジューサの要素の一部に電源供給することにより前記送信信号及び前記エコー信号それぞれのビーム幅を制御するために前記の複数のトランスジューサ要素を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記トランスジューサ要素の前記の電源供給された一部は前記の複数のトランスジューサ要素の中央にある、ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項７に記載のシステムであって、前記制御ユニットは、前記送信信号及び前記受信信号のビーム幅を制御するために信号の周波数を調節する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記トランスジューサの面は曲がっている、ことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項７に記載のシステムであって、ビーム幅は送信信号及びエコー信号それぞれの周波数を変えることにより制御される、ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１３に記載のシステムであって：
前記トランスジューサの面に隣接するレンズであって、送信信号及びエコー信号のビーム幅は、前記の複数のトランスジューサの中央の要素又は前記の複数のトランスジューサ要素の間隔を置いて離れた要素を選択的に使用することにより制御される、レンズ；
を更に有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
患者の身体において造影剤を画像化するための超音波トランスジューサであって：
複数の隣接するトランスジューサ要素であって、前記造影剤を破壊するために使用される高強度送信信号が所望のビーム幅で所定の方向に操作され、又は、前記造影剤を画像化するために、前記身体から送信され続いてエコーされる低強度信号が所望のビーム幅で所定の方向から優先的に受信され、前記の複数の隣接するトランスジューサ要素はマトリクス要素の二次元アレイである、複数の隣接するトランスジューサ要素；
を有することを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２０】
患者の身体において造影剤を画像化するための超音波トランスジューサであって：
高強度信号は低強度信号より広いビーム幅を用いて送信されるように、身体から前記造影剤を画像化するためにエコーされる低強度送信信号を受信し、造影剤を破壊するために高強度信号を送信するための、複数の隣接するトランスジューサ要素；
を有することを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２１】
請求項１９に記載の超音波トランスジューサであって、二次元アレイのマトリクス要素の各々は、前記身体に信号を送信し、前記身体からエコーされた信号を受信するために個別に制御可能である、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２２】
請求項２０に記載の超音波トランスジューサであって、前記送信信号及び前記エコー信号それぞれのビーム幅は前記トランスジューサの有効開口を変えることにより制御される、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２３】
請求項２０に記載の超音波トランスジューサであって、前記送信信号及び前記エコー信号それぞれのビーム幅は前記の複数の隣接するトランスジューサ要素の一部に電源供給することにより制御される、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の超音波トランスジューサであって、前記のトランスジューサ要素の電源供給された一部は前記の複数の隣接するトランスジューサ要素の中央にある、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２５】
請求項２０に記載の超音波トランスジューサであって、前記トランスジューサの面は曲がっている、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２６】
請求項２０に記載の超音波トランスジューサであって、該トランスジューサの面に隣接するレンズであって、送信信号及びエコー信号のビーム幅は、前記の複数のトランスジューサの中央の要素又は前記の複数のトランスジューサ要素の間隔を置いて離れた要素を選択的に使用することにより制御される、レンズを更に有する、ことを特徴とする超音波トランスジューサ。
【請求項２７】
患者の身体において造影剤を画像化するための方法であって：
前記身体の領域に対して前記造影剤を破壊するために高強度信号を送信する段階；
所定時間の期間、待機する段階：及び
前記身体の前記領域から前記造影剤を画像化するためにエコーされる、送信された低強度信号を受信する段階であって、前記受信は前記送信より前記身体の狭い領域からのものである、段階；
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は造影に関する。本発明は、特に、再灌流ではなく呼吸の動きにより画像領域に運ばれる造影剤からもたらされる画像アーチファクトを減少させるために、仰角ビーム幅が制御される、超音波装置における造影化のための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像化は、その安全性、良好な画像品質及び低コストのために広く用いられており、組織の画像化及び造影化の両方を有する。造影化は、マイクロバブルでカプセル化され、患者の身体の種々の循環系に静脈注射により注入される、静脈注射による造影剤を使用する。特に、マイクロバブルは、直径が約１５μｍより小さい領域のバブルであり、例えば、ヒトアルブミン、脂質蛋白、糖質から成るある形の外郭によりカプセル化された重いガス又は空気を有する。マイクロバブルは、画像化組織への又はそれを通る血流を示すための、又は画像化組織への又はそれを通る血流の速度を定量化するためのトレーサとして造影化においてマイクロバブルを有用にする特性を有する。造影剤は、径方向振動を生成する超音波場の存在下で共振するため、容易に検出され、画像化されることができる。このような共振挙動は、非線形音響レスポンスであって、典型的には、二次高調波レスポンスを生じさせる。しかし、検出される他の非線形レスポンスが又、存在する。
【０００３】
マイクロバブルの第２の特徴は又、有用であるが、最新式超音波システムの十分大きい音圧領域において励起される場合、マイクロバブルは、それらの外郭を崩壊させることにより破壊されることができ、これにより、カプセル化されたガスを出すことが可能になる。破壊されたマイクロバブルからのガスは、次いで、血流中に溶解する。
【０００４】
患者の身体に超音波画像化を適用するときに組織信号をキャンセルする又は減じるように、それ故、造影剤の画像改善を提供するように、組織の一時線形レスポンス挙動をうまく利用する、幾つかの技術が開発されてきた。それらの幾つかの技術においては、複数の送信ラインが、患者の身体を観測する同じラインに沿って実行される。送信波形は、超音波トランスジューサにより受信されるレスポンスにおける変化を生成するようにライン毎に修正される（例えば、パワー、位相又は極性に関して）。これらのデータポイントは、次いで、それらの線形成分の影響を取り除くために処理され、これにより、造影剤の非線形レスポンスを主に有するデータを生成するように、組織の信号に主に関連付けられる。
【０００５】
造影剤を画像化するために用いられる技術に拘らず、心筋組織における血流（灌流）の速度を決定することは望ましい。血流の速度は小さいため、一般の技術は、次のように、再灌流の速度を測定するために用いられてきた。造影剤が患者に投与され。その後、造影剤は心臓及び心筋組織の右側に入る。造影剤は、先ず、画像化され、次いで、高強度の超音波信号により破壊され、それ故、‘負のボーラス’効果を生じる。造影剤が破壊された後、対象領域は、続いて走査（画像化）され、造影剤による強度が観測され、その強度が増加するにつれ、走査されている組織における再灌流が示される。
【０００６】
上記の技術は組織信号の影響の除去においてうまく作用するが、動きによりもたらされる画像平面に移動する、一次線形レスポンス挙動を有しない造影剤からのアーチファクトは、結果として得られる画像を劣化させる。特に、血流速度の正確な推定を得るために、血流速度に対応する造影剤の再灌流のみが画像化される必要がある。上記の技術は、組織の線形信号をキャンセルする又は減じるために用いられ、患者の動きか又は呼吸のどちらかにより画像領域に移動する組織からの線形信号のキャンセル又は減少を含む。しかしながら、これらの技術は、マイクロバブルがこの一次の非線形レスポンスを生成するために、動いている組織内のマイクロバブルの影響に対して効果的に補償することができない。高強度の超音波により造影剤が激減された領域の外側にある造影剤が、画像化平面に動きにより運ばれることとなる。画像化平面への造影剤の移動は、典型的な処理技術を用いて効果的に補償されることができない画像の劣化をもたらすこととなる。このような画像の劣化は、心臓又は肺がそれらの頻繁の及び速い動きを伴って画像化されている場合に、特に大きいものとなる。
【０００７】
画像平面に移動する、画像平面の周囲の領域からの造影剤のレスポンスが、再灌流された造影剤のみの画像化を改善するために効果的に抑えられる、それ故、画像平面において組織への又はそれを通る血流の速度の画像化の正確度を増大させる、造影化のための装置及び方法に対する要請が存在している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、患者の身体において造影剤を画像化するための装置及び方法に関する。その方法は：一般に、厚い仰角焦点を有する高強度の超音波ビームを送信する超音波システムを構成する段階と；高強度の超音波ビームを送信する段階と；所定の遅延時間、待つ段階と；薄くされた仰角焦点を有する超音波システムを構成する段階と；低強度の超音波ビームを送信する段階と；血流速度を表す再灌流された造影剤の画像平面からエコー画像を受信する段階と；及び、ユーザが観測する画像を生成する段階と、を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態においては、以上の段階は、画像平面において組織内の血流速度の正確な決定を与えるために種々の所定の遅延時間で反復して繰り返される。長時間に亘る造影剤の再灌流は血液容量の流れの関数であり、造影剤の、種々の所定の遅延時間の再灌流による画像平面における画像化を遅延させることにより、測定されることができ、そして、血流の正確な速度を決定することができる。
【００１０】
本発明の特徴は、その超音波画像化システムは造影剤を使用し、再灌流された造影剤のみを実質的に、優先的に検出し、そして、血流を表す再灌流された造影剤の視覚化の改善が実現されるように、画像平面への造影剤の移動のためのエコーを実質的に削除するところの、造影化のための超音波画像化システムを提供することである。
【００１１】
本発明の他の特徴は、送信される超音波ビームが造影剤の破壊領域を生成するようにフォーカシングされることができ、その破壊領域は高強度の超音波ビームの送信の間に破壊される造影剤の領域であり、そして、その領域は画像化平面の厚さより厚い厚さを有するところの、造影化のための超音波画像化システムを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる特徴は、送信及び受信される超音波ビームがフォーカシングされ、造影剤の破壊厚さを形成し、その破壊厚さは画像化平面の厚さより厚いところの、超音波造影化のための方法を提供することである。
【００１３】
本発明の他の特徴は、電気的に操作し、そして再灌流造影剤の視覚化の改善をもたらす送信及び受信される超音波ビームをフォーカシングするように超音波造影化するためのトランスジューサ要素の二次元アレイを使用することである。
【００１４】
本発明の他の特徴は、送信及び受信される超音波ビームの周波数を変化させることにより、造影化において使用される仰角ビーム幅を制御することである。
【００１５】
本発明の特徴は、送信及び受信される超音波ビームの有効な仰角開口を変化させることにより、造影化において使用される仰角ビーム幅を制御することである。
【００１６】
本発明の他の特徴は、焦点深度を変化させるように、超音波トランスジューサの、広く間隔を置いた要素における中央の要素を選択的に使用することにより造影化において使用される仰角ビーム幅を制御することである。
【００１７】
本発明については、添付図面を参照することにより更に理解を進めることができる。図面における構成要素は必ずしもスケーリングする必要はないが、本発明の原理を明確に示す際には、そうではなく、拡大することがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の特徴及び優位性は、添付図面に関連させて、以下の説明を読むときに明らかになる。
【００１９】
本発明の開示は、一般に、造影に関する。本発明の一特徴に従って、造影剤検出技術が患者の身体の画像平面において造影剤を画像化するために用いられる。本発明の他の特徴においては、このような技術は、血流による造影剤の流れの速度を確立するために、所定のインタバルに対して造影剤の濃度を測定するために用いられる。いずれの場合にも、運動している組織の造影であって、例えば、心臓又は肺の画像化において、画像平面の周囲の領域において造影剤を破壊することにより、画像平面に対する運動している周囲の組織における造影剤の影響を実質的に取り除くことができ、これにより、特に、周囲の組織における造影剤の動きではなく、造影剤の再灌流に実質的に対応する造影を生成することができる。造影剤の再灌流を更に明瞭に画像化することができ、血流による造影剤の流れの速度及び方向についての正確な推定を確立することができる。
【００２０】
更に詳細に図を参照するに、同じ参照番号は幾つかの図を通して対応する部分を示しており、図１は本発明の造影システムを示している。この図は、システムの全ての構成要素を示しておらず、それに代えて、ここで開示する方法に最も関連する構成要素に重点を置いていることが理解できる。図１に示すように、システム１０は、マトリクス酔うぞ１４のトランスジューサアレイであって、好適には、信号を送信及び受信するために使用されるマトリクス要素１４の二次元マトリクスアレイを有するプローブ１２を有する。そのプローブ１２は、送信モード又は受信モードにプローブをするＴ／Ｒスイッチ１６に電気的に接続されている。送信側においては、システム１０は、それぞれ、中央制御器２２の制御の下で、種々の送信信号ラインに変調し、送信信号の送信周波数を設定する、送信波形変調器２０及び送信周波数制御器１８を有する。  
受信側においては、システム１０は、受信データから所望の受信帯域の外側の信号をフィルタリングするディジタルフィルタ２６（例えば、ＲＦフィルタ）と、ディジタル信号にプローブ１２から受信されたアナログ信号を変換するＡ／Ｄ変換器２４とを有する。更に、受信側は、組織の動きについてのデータを記録することができ、そして、例えば、組織信号の静止成分を削除することができる画像処理器２８を有する。補正データはメモリ３０に記憶され、映像処理器３２により処理された後、表示装置３４に表示される。
【００２１】
図２は、図１に示している造影システム１０の機能構成要素を示している。図２に示すように、システム１０は、典型的には、処理器１００、メモリ１０２、ローカルインタフェース１０８及び出力装置１１２を有する。典型的には、メモリ１０２は、特に、画像処理システム１０４及びオペレーティングシステム１０６を有する。更に、メモリ１０２は、図１に示すメモリを有することができる。当業者により理解されるであろうように、画像処理システム１０４は、図１に示す画像補正処理器３０において、ソフトウェア、ハードウェア又はそれらの組み合わせにおいて実行されることができる。ソフトウェアにおいて実行されるとき、システム１０４は、命令実行システム、機器又は装置から命令を取り出し、それらの命令を実行することができる、例えば、コンピュータベースのシステム、処理器を含むシステム又は他のシステム等の、命令実行システム、機器又は装置と関連して又はそれらにより用いられる、いずれのコンピュータ読み取り可能媒体に記憶され、転送されることができる、ことに留意する必要がある。
【００２２】
この開示の関連で、“コンピュータ読み出し可能媒体”は、命令実行システム、機器又は装置に関連して又はそれらにより用いられるプログラムを有し、記憶し、通信し、伝搬し又は転送することができるいずれの手段であることができる。コンピュータ読み出し可能媒体は、例えば、電気、磁気、光学、電磁気、赤外線又は半導体システム、機器、装置又は伝搬媒体であることができる。コンピュータ読み出し可能媒体の更なる特定の例としては、次のようなものを含む。即ち、１つ又はそれ以上の配線を有する電気的接続、コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ及びＣＤ  ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。プログラムは、例えば、紙又は他の媒体の光学的走査により電気的に捕捉され、続いて、コンパイルされ、変換され、又は、必要に応じて適切な方式で処理され、続いて、コンピュータメモリに記憶されるため、コンピュータ読み出し可能媒体はプログラムがプリントされる紙又は他の適切な媒体であることさえ可能である、ことに留意する必要がある。
【００２３】
図３を参照して、本発明の造影方法について説明する。特に、図３は高レベルの造影方法を示しており、それ故、本発明の方法の一般的な概要を示している。ブロック３００において示しているように、造影剤は、先ず、患者の血流に静脈注射で注入される。造影剤は、蛋白質、脂質又は他の適切な材料より成る外郭内にカプセル化されたペルフルオロカーボンのような重いガスのマイクロバブルを有することができる。造影剤のサイズはアプリケーションに依存して変化し得るが、それらのマイクロバブルは、通常、直径が約１．０乃至１５ミクロン（μｍ）の範囲内である。造影剤は血流中に導入されるため、造影剤は心臓の右側を通って移動し、肺の中の細気管支を通る。続いて、造影剤（マイクロバブル）は心臓の左側に移動し、心臓の左側を通過し終えるとき、心臓の冠循環に再び入ることができる。造影は、例えば、心筋においてマイクロバブルを画像化するために用いられ、心筋内の虚血領域を検出するためにそれらの有無を用い、これにより、心臓病を患っている患者の心筋の変化を推定することができる。
【００２４】
ブロック３０２において示しているように、造影剤が画像平面４６及び図４に示すような周囲の領域４７に達した後、超音波信号が身体に送信され、それらの信号は破壊フレームと画像化フレームとの両方を有する。破壊フレームの間に、患者の身体の破壊平面にある造影剤は、現在の超音波システムの領域内の十分高い音響圧力において超音波信号をフォーカシングすることにより破壊され、マイクロバブルの外郭を分裂させ、カプセル化されたガスが血流に溶解するようにされる。血流中にガスが溶解する時間は、ガスの組成に基づいて異なるが、本質的には、超音波検査において要する時間に比べてガスは非常に速く血流中に再吸収され、リアルタイムの超音波検査の単一フレームを取得する時間内であることが可能である。
【００２５】
これは、狭い画像が即座に又は破壊フレームの後の非常に短い時間で画像化される場合、画像は実質的に造影剤を有しないことを意味する。
【００２６】
破壊フレームの後、第１画像及び第２画像が比較され、第１画像における信号が第２画像において消える場合、信号は造影剤を表している可能性が大きい。又、信号が両方の画像において存在する場合、造影剤に関連して可能性は低く、アーチファクトに関連している可能性が高い。
【００２７】
心筋における血液の循環は非常に遅く、それ故、造影剤が１つ又はそれ以上の破壊フレームの間に破壊される場合、心筋の補充は、典型的には、４つ又は５つの心臓周期、若しくは成人に対して約４又は５秒のオーダーで、通常、機能している心筋領域に対するものである。血流が減少している虚血領域に対しては、補充は、通常の健常者の組織に比べて、十分長くなされる。
【００２８】
それ故、虚血領域に対する技術は、異なるトリガインタバルにおける画像フレームを用いる画像化によるものである。１つ又はそれ以上の破壊フレームの後、画像フレームの対が、造影剤に対する時間が補充されるようにする短い時間遅延を伴うことができる。次に、第１画像フレームと第２画像フレームとの間の、僅かに長い時間のインタバルを伴う画像フレームを用いて、処理を繰り返すことができる。各々の処理の繰り返しにおいて、第１画像フレームと第２画像フレームとの間の時間インタバルは増加され、それにより、造影剤が補充される時間量が増加される。
【００２９】
画像平面における造影剤の強度を観察することにより、補充曲線を作成することができ、その補充曲線は、本質的には、指数関数的に増加する曲線であり、この補充曲線の領域は心筋における血流速度に関連している。血流速度は、特定の条件下で、画像化される領域に対する虚血性損傷量又は心筋の実行可能性を示すため、重要な臨床的関心のパラメータである。
【００３０】
ブロック３０４に示すように、高強度の超音波ビームの破壊フレームの所定時間の後、
超音波トランスジューサ１２により画像化フレームの間、低強度の画像化ビームが送信される。ブロック３０６に示しているように、患者の組織に送信された低強度ビームは、患者の組織に送信され、その組織からエコーし、超音波画像化システム１０において、超音波トランスジューサ１２及び４０により画像化される。
【００３１】
画像平面の周囲の組織内にある造影剤が、例えば、心臓及び肺の呼吸作用のために、組織の動きにより画像平面４６に移動しないようにすることは優位性がある。造影剤が画像平面４６に動かないように且つ画像劣化を生じないようにするために、破壊平面４７において造影剤を破壊することが好ましく、その破壊像平面は、画像化される画像化平面４６より、図４に示すように、仰角方向４８においてより厚い。画像平面４６および破壊平面４７の両方は、対象領域であって、例えば、心臓を通る平面のパイ形状のセクタである。これらの平面は、超音波システム１０の仰角焦点４４及び４５により決定される厚さを有し、超音波トランスジューサ１２及び４０からの距離と共に変化する。超音波トランスジューサ１２及び４０におけるこれらの平面４６及び４７の厚さは、典型的には、超音波トランスジューサ１２及び４０の表面における超音波トランスジューサ１２及び４０の面の厚さと同じである。それらの平面の厚さは、仰角焦点４４及び４５の方に向かって薄くなり、その後、それらの厚さは再び広がり、仰角焦点４４及び４５を通過した更なる距離においては更に広がる。図４には、発散度については示していない。
【００３２】
例えば、超音波トランスジューサ４１、４２及び４３の幾つかの副要素を用いることにより、破壊フレームの間に仰角方向において仰角焦点を広げることにより、造影剤は、広い領域で破壊され、造影剤が、実質的に、続く画像フレームの間の動きから画像平面４６に再度入らないようにする。１つの破壊フレーム又は一連の破壊フレームに対して、例として心臓の画像化を用いて、エネルギーが破壊平面に集中する場合にのみ、造影剤が破壊されることを認識することができる。その破壊平面の外側にあるいずれの造影剤は破壊されない。造影剤が破壊フレームの間に破壊される広い領域を表す破壊平面４７は、造影剤が画像化フレームの間に画像化される画像化平面４６より広い。画像平面４６の周りの造影剤の厚いスライスを破壊することにより、患者の動き又は患者の身体中の他の内部の動きのために画像平面４６に対して動く周囲の組織における造影剤は灌流に対して間違えられることがなく、これにより、画像平面４６の方への又はそれを通る再灌流血流速度の更に正確な測定を提供する。破壊フレームは、典型的には、造影剤の破壊に対してのみ用いられ、画像化に対しては用いられない。
【００３３】
ブロック３０８に示すように、患者からのエコーにより受信された画像は、パワー反転等のようなコントラストデータ処理技術を用いて、画像化されることができる。破壊平面においてマイクロバブルを破壊し、長時間に亘って造影化することにより、マイクロバブルの再灌流を決定することができ、それは画像化される組織の方への又はそれを通る血流の量を表している。ブロック３１０に示すように、画像は、映像表示装置又は他の出力装置に供給されることができる。
【００３４】
本発明の実施形態は、患者の身体の造影化の間に、画像平面の方に動くことができる少なくとも周囲の組織において及び画像平面を含む領域において破壊フレームの間に造影剤のマイクロバブルが破壊されることができるような方式で、仰角フォーカシングの能力を有する超音波トランスジューサを有する。トランスジューサは、好適には、二次元アレイトランスジューサである。仰角方向において十分フォーカシングされた超音波ビームをずらすように超音波ビームの仰角焦点を制御することにより、動きにより画像平面における超音波画像品質に悪影響を与える可能性のある画像平面に隣接する及び画像平面の内側にある造影剤は、意図的に破壊される。これは、画像平面における組織の再灌流が選択的に起こり、画像平面における組織の超音波造影化が、動き又は呼吸によりその領域に実行されることができる、造影剤の影響から実質的にフリーであるために、造影剤の再灌流の造影化が従来の超音波画像化に対して改善された優位性を提供する。このことは、破壊フレームの間に造影剤の厚さが画像平面の厚さより厚くなることを意味している。
【００３５】
図４においては、仰角のビーム幅の焦点に影響を及ぼす第２技術は、仰角方向に沿って３つのセグメントに分割された超音波トランスジューサ要素を有する超音波トランスジューサ４０を用いている。他の構成であって、例えば、５つの副要素を有するトランスジューサが可能である。多数のそれらの副要素のみを好適に励起することにより、仰角焦点変化を制御することができる。例えば、３つの副要素を有する超音波トランスジューサ４０においては、副要素４１乃至４３全部を含む、全部の超音波トランスジューサを励起することにより、より狭い商店が仰角平面において達成され、超音波トランスジューサ４０の中央の副要素４２のみを励起することにより、より広い焦点が仰角平面において達成される。これは、３つの副要素の超音波トランスジューサ４０において、中央の副要素４２を励起することのみにより、全体の超音波トランスジューサ４０に関連する小さい開口を生成し、その超音波トランスジューサは又、全体の超音波トランスジューサ４０を用いる場合より大きい仰角焦点の厚さを生成する。これは、厚い仰角焦点４４が、画像平面４６の厚さより厚い、破壊フレームの間の造影剤の破壊厚さ４７を生成することによる造影剤の再灌流の改善された造影化を与えることを可能にする。トランスジューサ要素のアレイ又は副要素の全仰角開口を利用するこの技術を、より薄い仰角焦点を生成するために画像化フレームの間に用いることができる。破壊フレームの間に、副要素全てを用いて、画像平面４６の厚さより厚い破壊平面４７を生成するために、超音波トランスジューサ４０の仰角において、開口の中央の位置を用いることができる。３つの副要素のトランスジューサを図４に示しているが、トランスジューサ要素のアレイ又は副要素のいずれの数を用いて、同じ結果を実質的に生成することが可能である。
【００３６】
仰角焦点に影響を与える第３の技術は、超音波トランスジューサ１２に対して個別に制御されることができるマトリクス要素の二次元アレイを用いる。マトリクス要素のアレイは、例えば、６４個の要素ｘ６４個の要素から成ることが可能である。超音波ビームの制御性は、超音波トランスジューサ４０の副要素４１乃至４３の各々に対して個別の制御を有しないで、副要素４１乃至４３の更に限定された数を有する、セグメント化された超音波トランスジューサ４０に関連して改善されるため、各々のマトリクス要素の個別の制御を二次元アレイに備えることは優位性がある。マトリクスアレイ要素の各々の遅延を調節することにより、超音波画像化システムの超音波ビームの仰角焦点を広くすることができる及び／又は制御することができる。
【００３７】
マトリクスアレイ要素のアレイを有する超音波トランスジューサ５０は、個別に制御可能であり、身体の所望の方向において超音波ビームを操作し且つフォーカシングすることができ、そして、好適には、身体の所望の方向から受信することができる。仰角焦点は、超音波画像化の間に、電気的に制御して、仰角焦点を変化させることができ、それ故、破壊フレームの間に、患者の組織における造影剤の破壊領域５１は、画像化フレームの間の画像化領域５２より厚い。超音波トランスジューサ１２と患者５４の身体との間に、図５Ｂに示す音響カプラ５３が備えられ、好適には、焦点深度の調節を行う必要がないように平坦である。トランスジューサ要素は、送信の際に超音波信号を生成するため及び受信の際に超音波信号を受信するために駆動される。中央制御器２２は、図１に示すように、電気信号の時間遅延を制御するために用いられ、その電気信号は、送信の際にトランスジューサマトリクス要素を駆動し、受信の際にトランスジューサ要素からもたらされる。送信の際に、超音波ビームが生成され、その超音波ビームは好ましい方向にあり、患者の身体中に焦点深度を有する。仰角焦点は、超音波エコーを受信するそれぞれのマトリクス要素と、それぞれのマトリクス要素の各々からの電気信号にそれぞれの遅延時間を与える中央制御器２２とにより、受信の際に制御される。当業者は、その動作がフェーズドアレイレーダ及びアンテナに類似していることを理解するであろう。超音波画像化はリアルタイムになされ、トランスジューサは、各々の要素に対して矩形形状のマトリクスアレイの状態で、二次元に配列された要素のアレイである。超音波トランスジューサのトランスジューサ要素間において遅延時間を伴わないため、トランスジューサ要素の平面に対して垂直である超音波ビームはトランスジューサ要素への電気信号の時間遅延（位相）を調節することにより生成され、その超音波ビームは、トランスジューサ要素の平面に関して好ましい角度に操作されることができ、そして図５Ａにおいて走査方向で示されている。
【００３８】
マトリクスアレイの平面において線形遅延プロファイルの状態にあるこれらの要素のタイミングを制御することにより、ビームは方位方向において制御されることができる。超音波信号のエネルギーをフォーカシングし、そしてそれを操作することは好ましい。これは、線形遅延プロファイルに球状遅延プロファイルを加えることにより達成されることができ、その球状遅延プロファイルはエネルギーがトランスジューサから特定の範囲の深度にフォーカシングされるようにする。送信の際には、送信ビームの焦点深度は、一旦、超音波信号が送信されると、変化されず、それ故、所定の焦点深度（仰角方向における）を有することは有利である。受信の際には、超音波が身体に伝搬し、トランスジューサに戻るとき、超音波は種々の深度から連続的に受信されるため、焦点が戻る超音波信号の深度を辿るように、超音波は連続的に更新される。
【００３９】
方位方向及び仰角方向の両方において超音波ビームをフォーカシングすることは好ましい。これは、方位方向においてビームを制御することにより患者の身体においてビームを操作し、又、仰角方向において特定の深度でビームのエネルギーをフォーカシングすることを可能にする。できるだけ小さいスポットに多量のエネルギーをフォーカシングすることにより、小さい目的物の空間ポイント解像度が可能になる。
【００４０】
画像化フレームの間に、優れた空間解像度を与える非常に小さいビームを与えることは有利である。しかしながら、破壊フレームの間に、非常に小さいビームに反して、ビームは有利であるように空間的に均一であることが必要であり、それにより、視野に亘って造影剤の一貫性のある破壊が可能である。
【００４１】
図６に示すように、破壊フレームの仰角焦点は、二次元マトリクスアレイに異なる遅延を付加することにより制御されることができる。マトリクスアレイの要素は画像平面に対して種々の距離を有するため、図５Ａに示すように、超音波トランスジューサ５０の二次元マトリクスアレイに対する球状遅延プロファイル６０は、送信の際に、仰角方向において制御可能であるようにフォーカシングされることができる破壊フレームの送信を可能にし、そして、受信の際に、患者の身体において種々の仰角から制御可能であるように受信されることができるエコーの受信を可能にする。超音波トランスジューサ５０の二次元マトリクスアレイの各々のピクセルの波長の部分における位相遅延を表す球状遅延プロファイル６０は、基準平面６３からの距離として示されている。二次元マトリクスアレイのいずれのピクセルに対する最大位相遅延はλ／２に過ぎない。球状遅延プロファイル６０は、各々のマトリクスアレイ要素に対する音の波長の種々の部分を表し、当業者に対して、そのプロファイルは、所望の焦点深度を伴って所望の方向にフォーカシングされることができる仮想的な放物線形状のアレイを表している。
【００４２】
送信周波数変化のような他の技術は又、広がった超音波ビームを可能にする。特に、例えば、二次元マトリクスアレイの物理的な幾何学的構成により、遅延プロファイルが固定される場合、仰角焦点は、超音波トランスジューサ要素を励起する周波数を変化させることにより変化されることができる。又、超音波ビームは、より低い周波数においてより効果的に造影剤に影響を与える。それ故、破壊フレームの間に、超音波システム１０の超音波トランスジューサ１２を駆動する周波数を低下させることにより、仰角焦点は変化されることができ、連続破壊フレームに対してこの変化を制御することにより、破壊平面４７は画像化平面４６よりより厚くされることができる。
【００４３】
米国特許代５，７３８，０９８号明細書に開示されている、仰角焦点の効果を発揮するための第４の技術は、図７に示すように、仰角レンズ７１とともに超音波トランスジューサ７０を用い、ここで、超音波トランスジューサは、個別に制御可能である要素の列を有し、仰角レンズは方位方向（超音波トランスジューサの要素における）において変化する曲率半径を有する。そのレンズは音速を有する材料を有するが、その速度は、トランスジューサ要素か又は患者の身体のどちらかにおいて音速と僅かに異なっている。光学レンズが光ビームに関して有するように、これは、超音波ビームに関して同様なフォーカシング効果を有する。フェーズドアレイトランスジューサにおけるこのレンズは、深度が上部から下部へと変化することを除いて、フェーズドアレイに亘って同じ深度を有する円筒部である。特に、そのレンズは、トランスジューサ要素のアレイの中央に向かって深度を増加させ、トランスジューサ要素のアレイの上部及び下部において深度を減少させる。中央の要素７３及び７４か又は広く離れた要素７５及び７６のどちらかを選択的に用いることにより、焦点深度を変化させることができる。連続破壊フレームに対する焦点深度におけるこの変化を制御することにより、破壊平面を画像平面より厚くすることができる。
【００４４】
図８に示すように、仰角焦点の効果を発揮するための第５の技術は超音波トランスジューサ８０を用い、その技術において、超音波トランスジューサのトランスジューサ要素のアレイの表面は仰角方向において曲がっている。励起周波数を変化させることにより、焦点深度を変化させることができる。より高い周波数に励起周波数を増加させることにより、低い励起周波数に比べて、狭い仰角焦点８１を実現することができ、それは、より深い仰角焦点８２を生成する。連続破壊フレーム及び画像フレームに対して励起周波数を変化させることにより焦点深度のこの変化を制御することにより、破壊平面８３を画像平面８４より厚くすることができる。
【００４５】
画像平面及び直接隣り合う領域において造影剤を破壊するために破壊フレームの間に厚い仰角焦点を提供し、それ故、画像平面において再灌流造影剤を画像化するために画像化フレームの間により薄い仰角焦点を提供する上記の技術は、ＥＣＧ又は呼吸と同調してトリガされる技術を含む、殆どのトリガ画像化技術と組合わされて用いられることができる。
【００４６】
本発明の幾つかの好適な実施形態について、上記のように、図を参照して説明したが、同時提出の特許請求の範囲における範囲並びに本発明の主旨及び原理から逸脱することなく、これらの実施形態の変形を実施することができることを当業者は理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の造影化システムのブロック図である。
【図２】図１に示すシステムの機能ブロック図である。
【図３】本発明の造影化のための方法のフロー図である。
【図４】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの模式図である。
【図５Ａ】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの第２の実施形態の斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの第２の実施形態の模式図である。
【図６】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの第２の実施形態の動作についての模式図である。
【図７】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの第４の実施形態の動作についての斜視図である。
【図８】本発明の造影化のための超音波トランスジューサの第５の実施形態の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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