(57)【要約】患者の体の中の造影剤を撮像する装置及び方法である。装置は、対応する多数の周波数で造影剤から応答を引き出すよう多数の周波数で送信し、各周波数に対応する画像を形成し、形成された画像を組み合わせる撮像システムを含む。
2004536655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造影剤が注入された体の部分の画像を生成する装置であって、
対応する多数の周波数で前記造影剤から応答を引き出すよう多数の周波数で送信を行ない、各周波数に対応する画像を形成し、形成された画像を組み合わせる撮像システムを有する装置。
【請求項２】
前記形成された画像は位相情報を含むコヒーレントなデータであり、前記撮像システムは前記コヒーレントなデータを組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記形成された画像は位相情報を含まない非コヒーレントなデータであり、前記画像システムは前記非コヒーレントなデータを組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記撮像システムは、第１の周波数で少なくとも２つの異なるパワーレベルを有する第１の複数の第１の送信信号を発生し、第１の周波数とは異なる第２の周波数で少なくとも２つの異なるパワーレベルを有する第２の複数の第２の送信信号を発生し、前記第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号の反射信号を受信し、全ての反射信号に対して略同様のパワーレベルを達成するよう前記異なるパワーレベルで送信された前記送信信号の夫々に対応する前記反射信号に少なくとも１つの利得補償係数を適用し、第１の画像を発生するよう前記第１の複数の利得補償された信号を組み合わせ、第２の画像を発生するよう前記第２の複数の利得補償された信号を組み合わせ、前記体の部分の画像を発生するよう前記第１の画像と前記第２の画像を組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの異なるパワーレベルは、第１のパワーレベルと、前記第１のパワーレベルの２倍である第２のパワーレベルとを有し、前記第２のパワーレベルで送信された送信信号に対応する前記反射信号に対して０．５の利得補償係数が適用される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つの異なるパワーレベルは、第１のパワーレベルと、前記第１のパワーレベルの２倍である第２のパワーレベルとを有し、前記第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号の夫々は、前記第１のパワー、前記第２のパワー、そして前記第１のパワーレベルの順序で送信された一連の信号を有し、前記第２のパワーレベルで送信された送信信号に対応する前記反射信号に対して０．５の利得補償係数が適用される、請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記撮像システムは、第１の周波数で少なくとも２つの異なる位相を有する第１の複数の第１の送信信号を発生し、第１の周波数とは異なる第２の周波数で少なくとも２つの異なる位相を有する第２の複数の第２の送信信号を発生し、前記第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号の反射信号を受信し、全ての反射信号に対して略同様の位相を達成するよう前記異なる位相で送信された前記送信信号の夫々に対応する前記反射信号に少なくとも１つの位相補償係数を適用し、第１の画像を発生するよう前記第１の複数の位相補償された信号を組み合わせ、第２の画像を発生するよう前記第２の複数の位相補償された信号を組み合わせ、前記体の部分の画像を発生するよう前記第１の画像と前記第２の画像を組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記撮像システムは、第１の周波数で第１の極性及び第２の極性を有する第１の複数の第１の送信信号を発生し、第１の周波数とは異なる第２の周波数で第１の極性及び第２の極性を有する第２の複数の第２の送信信号を発生し、前記第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号の反射信号を受信し、第１の画像を発生するよう前記第１の複数の第１の送信信号を組み合わせ、第２の画像を発生するよう前記第２の複数の第２の送信信号を組み合わせ、前記体の部分の画像を発生するよう前記第１の画像と前記第２の画像を組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記撮像システムは、第１の周波数で第１のパルスコードシーケンスを有する第１の複数の第１の送信信号を発生し、第１の周波数とは異なる第２の周波数で第２のパルスコードシーケンスを有する第２の複数の第２の送信信号を発生し、前記第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号の反射信号を受信し、対応するパルスコードシーケンスを他のパルスコードシーケンスへ変換するよう前記受信された第１及び第２の複数の第１及び第２の送信信号のうちの一つをフィルタリングし、第１の画像を形成するよう前記変換された複数の反射信号を組み合わせ、第２の画像を形成するよう前記他の複数の反射信号を組み合わせ、前記体の一部の画像を発生するよう前記第１の画像と前記第２の画像を組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記撮像システムは、第１の画像を形成するよう、第１の周波数で第１の送信信号を発生し前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の付近で同調される前記第１の送信信号に対応する反射信号を受信し、第２の画像を形成するよう、第３の周波数で第２の送信信号を発生し前記第３の周波数とは異なる第４の周波数の付近で同調される第２の送信信号に対応する反射信号を受信し、前記体の一部の画像を発生するよう前記第１の画像と前記第２の画像を組み合わせる、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の周波数は前記第１の周波数の２倍であり、前記第４の周波数は前記第３の周波数の２倍である、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
造影剤が注入された体の部分の画像を生成する方法であって、
対応する多数の周波数で前記造影剤から応答を引き出すよう多数の周波数で送信信号を送信する段階と、
前記造影剤で反射された送信信号を受信する段階と、
各周波数に対応する画像を形成する段階と、
形成された画像を組み合わせる段階とを有する、方法。
【請求項１３】
前記送信する段階は、前記送信信号の一方を第１の周波数で発生する段階と、前記送信信号の他方を前記第１の周波数の２倍である第２の周波数で送信する段階とを有する、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数コンパウンド法に関連し、特に異なる大きさのマイクロバブルを有する造影剤に対する感度を高めるよう超音波を用いてコントラスト撮像を行う周波数コンパウンドの装置及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波撮像法の利用は、達成可能な画質、その安全性、及びその低費用性により急速に伸びてきた。かかる撮像法は、２つの一般的なカテゴリ、即ち組織撮像法（ｔｉｓｓｕｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）及びコントラスト撮像法（ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｍａｇｉｎｇ）へ分けることができる。コントラスト撮像法では、例えば破裂可能な材料のシェルに封じ込められた重いガスのマイクロバブルといった造影剤は、静脈注射により血流に注入される。造影剤は、それらの物理的な特性により超音波検査中に目立って見えるため、観察される組織へ向かって流れる血液又は観察される組織を通る血液の量を識別するマーカとして使用されうる。特に、造影剤は、超音波音場の存在下で共振し、容易に検出され撮像されうる放射方向の振動を生じさせる。通常は、この応答は送信周波数ｆ0の第２高調波で画像化される。
【０００３】
近年、組織もまたコントラスト撮像中に生成される画像に影響を与える高調波応答を生じさせることがわかった。線形組織信号を打ち消すため又は減衰させるために、組織の主に線形な応答性質を利用する幾つかの技術が開発された。これらの幾つかの技術では、同じ視線に沿って体の中へ多数の送信線が発せられる。送信波形は、トランスデューサによって受信される応答にばらつきを生じさせるよう線毎に（例えばパワー、位相、又は極性に関して）変更される。これらのデータ点は、造影剤の非線形応答を主に含むデータを生じさせるよう、それらの線形成分の影響を除去するよう処理される。
【０００４】
上述の技術は、静止した組織の影響を除去するときにはうまくいくが、幾らかの更なる興味深い非線形の効果が生ずる。例えば直径４ミクロンのマイクロバブルを超音波で見ることが出来るのは、それが共振するものであり、超音波がマイクロバブルに当たると、ミクロバブルは拡張及び収縮し、実際にベルのように鳴り、検出されるのに十分に強い超音波信号を発するためである。現在、製薬会社により開発されている殆どの造影剤は、色々な直径のマイクロバブルを有する。マイクロバブルの寸法はあまりよく管理されていない。幾つかの製薬会社は非常によく直径を管理する能力があるが、殆どの製薬会社はその能力はなく、一般的にはマイクロバブルの寸法の範囲は１ミクロンよりも小さいものから２０ミクロン（μｍ）又はそれ以上までのものがある。より大きいマイクロバブル、即ち静脈注射では７ミクロン（μｍ）よりも大きいマイクロバブルは、肺によって濾過して除かれる。これらは、肺の中に留まり、次に代謝される、それにより７からサブミクロンの寸法の様々なマイクロバブルが残る。マイクロバブルの寸法は、それが共振する周波数に対応する。
【０００５】
より小さいマイクロバブルはより高い周波数で共振し、より大きいマイクロバブルはより低い周波数で共振する。マイクロバブルは、かなり高いＱを有し、これはマイクロバブルがそれらの自然周波数に対してどれだけ共振するかに関して選択的であることを意味する。一の周波数で共振しようとするあるマイクロバブルが他の周波数の超音波に当たった場合は、マイクロバブルは、多かれ少なかれ、その望ましい周波数に当たったときと略同じ程度には共振しない。従って、ある周波数で撮像が行われる場合は、実際には、その周波数に対応する寸法を有するマイクロバブルの集団を最大限に励起することが可能なだけである。
【０００６】
上述のことより、造影剤の撮像感度を高めるよう、様々な寸法のマイクロバブルへの応答が最大限とされるコントラスト撮像の装置及び方法を開発することが望まれる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、患者の体の中の造影剤の撮像の装置及び方法に関連する。装置は、造影剤が注入された体の部分の画像を生成する。装置は、対応する多数の周波数で造影剤から応答を引き出すよう多数の周波数で送信を行ない、各周波数に対応する画像を形成し、形成された画像を組み合わせる撮像システムを有する。
【０００８】
方法は、対応する多数の周波数で造影剤から応答を引き出すよう多数の周波数で送信信号を送信する段階と、造影剤で反射された送信信号を受信する段階と、各周波数に対応する画像を形成する段階と、形成された画像を組み合わせる段階とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、添付の図面を参照することによってより良く理解されうる。図中の構成要素は、必ずしも縮尺が正しいものではなく、本発明の原理を明確に示すために強調されたものでありうる。
【００１０】
本発明は、概してコントラスト撮像法に関する。本発明の１つの面によれば、造影剤検出技術は、人間の組織の一定の領域中の画像造影剤濃度を画像化するために用いられる。本発明の他の面では、これらの技術は血流を通って流れる造影剤の方向及び速度を測定するために使用される。しかしながら、いずれの場合も、周波数コンパウンド法は、存在する造影剤の全てのマイクロバブルの検出を最大限とするよう異なる寸法の造影剤を有するマイクロバブルを検出するために用いられる。周波数コンパウンド法により、造影剤は、より容易に、よりはっきりと画像化されうる。
【００１１】
ここで、幾つかの図面を通じて同様の参照番号が対応する部分を示す図面をより詳しく参照するに、図１は、本発明のコントラスト撮像システム１０を示す。この図は、必ずしもシステムの全ての構成要素を示すものではなく、本願に開示の方法に最も関連のある構成要素が強調されていることが認識されよう。図１に示すように、システム１０は、信号を送信及び受信するのに用いられるアレイトランスデューサ１４を含むプローブ１２を有する。プローブ１２は、プローブ１２を送信又は受信モードにするＴ／Ｒスイッチ１６に電気的に接続される。送信側では、システム１０は、中央制御器２２の制御下で、送信信号の送信周波数ｆ0を設定する送信周波数制御部１８と、様々な送信信号線を変調する送信波形変調器２０とを含む。
【００１２】
受信側では、システム１０は、Ｔ／Ｒスイッチ１６を介してプローブ１２から受信されたアナログ信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器２４と、所望の受信帯域外の信号を受信データから濾波するディジタルフィルタ２６（例えばＲＦフィルタ）とを含む。更に、受信側は、ディジタルフィルタ２６からの出力を処理する画像プロセッサ２８を含む。処理されたデータはメモリ３０に格納されえ、ビデオプロセッサ３２によって処理された後、表示装置３４上に表示される。
【００１３】
当業者によって認識されるように、画像プロセッサ２８は、ソフトウエア、ハードウエア、又はそれらの組合せとして実施されうる。尚、ソフトウエアとして実施された場合、画像プロセッサ２８は、命令実行システム、機器、又は装置から命令を取り出し、命令を実行しうる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これらとともに使用される任意のコンピュータ読み取り可能な媒体上に格納され、かかる媒体上で運ばれうる。
【００１４】
本願では、「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、命令実行システム、機器、又は装置によって、又はこれらとともに使用されるためのプログラムを含み、格納し、通信し、伝搬し、又は運びうる任意の手段でありうる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、又は半導体のシステム、機器、装置、又は伝搬媒体でありうる。コンピュータ読み取り可能な媒体のより特定的な例は、１つ又はそれ以上のワイヤ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），消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はＦｌａｓｈメモリ）、光ファイバ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）を含む。尚、コンピュータ読み取り可能な媒体は、プログラムがその上に印刷されうる紙又は他の適切な媒体であってもよく、なぜならばプログラムは例えば紙又は他の媒体の光学的な走査を介して電子的に捕捉され、次に、コンパイルされ、解釈され、必要であれば任意の方法で処理され、次にコンピュータメモリ上に格納されうるからである。中央制御器２２は、同様に構成されてもよい。
【００１５】
図２を参照するに、本発明の周波数コンパウンド法について説明する。特に、図２は、高レベルコントラスト撮像方法を示し、従って本発明の方法の一般的な概観を与える。ブロック３００に示すように、造影剤は、まず患者の血流の中に静脈注射によって注入される。この造影剤は、タンパク質、脂質、又は他の適切な材料から形成される外側シェルに封入されたペルフルオロカーボンガスといった重いガスのマイクロバブルを有する。造影剤の寸法は用途に応じて様々なものでありうるが、これらのマイクロバブルは通常は直径が約１．０乃至１５ミクロン（μｍ）の範囲である。造影剤は、血流の中に注入されると、循環系を通って進む。
【００１６】
撮像されるべき領域に造影剤が達した後、ブロック３０２に示すように体の中へ超音波信号が送信される。これらの音響信号が体の中の様々なターゲット（即ち組織及び造影剤）を途中で捕らえると、ブロック３０４に示すようにアレイトランスデューサ１４によって受信される音響エコーが発せられる。超音波信号の送信及び受信に関する更なる詳細については、図４を参照して後述する。
【００１７】
一旦、音響信号が体から受信された後は、これらの信号は、ブロック３０６に示すようにディジタル化され格納され、その中に含まれるデータはブロック３０８に示すように処理され、最終的に画像化される。受信データの線形成分は、ブロック３１０に示すように組織応答を抑制するよう除去される。その後、造影剤は、ブロック３１２に示すようにコントラストデータ処理技術を用いて画像化される。以下に示すように、この画像化は、単に人間の組織内の造影剤の濃度を画像化することを含んでもよく、又は、血流或いは組織内の造影剤の流れの方向及び速度を識別することを含んでもよい。
【００１８】
撮像方法の概観について上述したが、望ましい方法について、以下図３を参照して詳述する。
【００１９】
上述のように、製薬会社によって開発されている殆どの造影剤は、現在は様々な直径のマイクロバブルを有する。それらの寸法はあまりよく管理されていない。より大きいマイクロバブルは、例えば静脈注射の場合は７ミクロンよりも大きいマイクロバブルは、肺によって濾過されて除かれる。これらは、肺の中に留まり、次に代謝され、それにより７からサブミクロンの寸法の様々なマイクロバブルが残り、マイクロバブルの寸法はそのマイクロバブルが共振する周波数に対応する。
【００２０】
より小さいマイクロバブルはより高い周波数で共振し、より大きいマイクロバブルはより低い周波数で共振する。マイクロバブルは、かなり高いＱを有し、これはマイクロバブルがそれらの自然周波数に対してどれだけ共振するかに関して選択的であることを意味する。一の周波数で共振しようとするあるマイクロバブルが他の周波数の超音波に当たると、マイクロバブルは、多かれ少なかれ、その望ましい周波数に当たったときと略同じ程度は共振しない。従って、ある周波数で撮像が行われる場合は、実際には、その周波数に対応する寸法を有するマイクロバブルの集団を最大限に励起することが可能なだけである。
【００２１】
本発明の一つの着想は、超音波信号が異なる周波数で選択的に送信される周波数コンパウンド法を用いることである。超音波信号は、より低い周波数であってもよく集団中のより大きいマイクロバブルからの信号をピックアップすることが可能な一つの周波数で送信され、次により高い周波数の他の超音波信号は、より小さいマイクロバブルから信号をピックアップするよう送信される。これらの両方の画像を形成した後、２つの画像は一緒に組み合わされ、結果としていずれか一つの場合よりも、より多くのマイクロバブルに対して感度のある画像が生ずる。
【００２２】
図４は、上述のように、ブロック４００に示されるように、造影剤が患者に投与されるところを示す図である。次に、中央制御器２２は、送信波形変調器２０、送信周波数制御部１８、及びＴ／Ｒスイッチ１６を介して、アレイトランスデューサ１４に、以下に示す任意のコントラスト技術を使用してブロック４０２中に示されるように第１の周波数ｆ１を撮像し、ブロック４０４に示されるようにメモリ３０中に画像ｉｌを格納するようにされる。中央制御器２２は、アレイトランスデューサ１４に、ブロック４０６に示すように第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２で撮像を行わせ、第１の第１の周波数ｆ１に対して前と同様にコントラスト技術を用いる。画像ｉ２は、ブロック４０８に示すようにメモリ３０中に格納される。第１の画像ｉｌ及び第２の画像ｉ２は、ブロック４１０に示すように組み合わされ、次にブロック４１２に示すように表示される。尚、これらの操作はいかなる順序でなされてもよいことに注意することが重要である。操作は、フレームによるものでもよく、その場合フレーム全体が第１の周波数ｆ１で撮像され、次にフレーム全体が第２の周波数で撮像される。しかしながら、動きが実質的に画像ｉ１及びｉ２に影響を与えないよう、第２の画像ｉ２を第１の画像ｉ１の後にできる限りすぐに形成することが有利であるため、撮像は線毎に行われうる。
【００２３】
ブロック４１０における組合せは、コヒーレントな組合せ又は非コヒーレントな組合せのいずれかを含む。
【００２４】
これまで、上述のような、線形組織応答を抑制し、それによりマイクロバブルの検出を最適化する多数の様々なコントラスト技術が開発されてきた。本発明では、周波数コンパウンド法又はコントラスト技術のいずれか単独の場合よりも多くのマイクロバブルに対して感度のある画像を達成するよう、これらのコントラスト技術のうちのいずれかに周波数コンパウンド法が加えられてもよい。
【００２５】
コントラスト技術は、パワー変調、位相変調、パルス反転、符号化されたパルスシーケンス変調、及び第２高調波撮像を含む。第２高調波を除き、これらの各技術は、基本的には、マイクロバブルに多数の送信波を送り、特定の方法で、おそらくはパワー、位相、極性、パルスプローブシーケンス変調等を変化させることによって送信波を変更することから始まる。次に、受信時に、変更を反転させるよう受信データに対して処理が行われる。このように、これらの各コントラスト技術は、送信に対して行われたものから受信に対して反復的な動作を行うことを含み、所望の結果は線形組織信号を打ち消すことが可能なこと及び組織からの信号に対するマイクロバブルからの信号の比率を高めることである。第１の変調技術、即ち、パワー変調技術では、送信信号の振幅は送信信号のパワー変調をあたえるよう送信ライン毎に変化される。例えば、同じ視線に沿って５本の別々のラインが発せられれば、様々なラインの振幅は、第１、第３、及び第５のラインが第２及び第４の送信されたラインの半分の振幅を有するよう（即ち、０．５，１．０，０．５，１．０，０．５）スケーリングされる。組織の線形応答特性により、半振幅送信信号に対する組織応答は、全振幅送信信号に対する組織応答の大きさの半分となる。次に、等しくない送信振幅を考慮に入れるため、受信データに対して利得係数が適用される。例えば、上述の送信スキームでは、第１、第３、及び第５のライン応答は２倍とされる。これが行われるとき、様々な送信ラインの応答信号は信号の全ての線形成分を打ち消すよう互いから差し引かれる。しかしながら、造影剤のマイクロバブルの非線形応答により、この減算は造影剤信号は打ち消さない。従って、この技術を通じて、組織信号は信号対雑音比を改善するよう抑制される。送信信号のパワー変調の詳細な例については、本願と共通に譲渡され、本願の開示へ参照により組み込まれる、ブロック・フィッシャー（Ｂｒｏｃｋ−Ｆｉｓｈｅｒ）外に対して発行された米国特許第５，５７７，５０５号明細書を参照のこと。
【００２６】
パワー変調技術では、超音波エネルギーは一定の方向にステアリングされ、体で反射された信号が受信され、信号は蓄積される。受信時に合焦することにより、プローブ１２は、同じ方向から来る信号に対してのみ感度があるものでありえ、従って、アレイトランスデューサ１４に対する角度はわかっている。アレイトランスデューサ１４からの距離は、信号が伝搬して戻るのにどれだけの時間がかかるかによって決定される。パワー変調技術では、アレイトランスデューサ１４は、一定の角度で送信信号を発し、その角度から戻るデータを受信しメモリ１０２に格納し、次にトランスデューサ１４は同じ角度であるが異なるパワーレベルで信号を発する。第２のパワーレベルが第１のパワーレベルの２倍であると想定すると、アレイトランスデューサ１４は、その角度から戻る信号を受信し、これをメモリに格納する。画像プロセッサ２８は、２本のラインが同じ総利得を有するよう２本のラインの内の１本に対して受信された利得補償係数を適用する。例えば、他方の２倍の強度で送信されたラインに対して半分の利得が適用され、次に２本のラインのうちの一方が他方から差し引かれうる。
【００２７】
線形ターゲットを調べるとき、２倍の大きさの送信からは２倍の大きさの信号が受信され、１／２が掛け合わされると、先行する２倍の大きさの信号は通常の信号、即ち第１の送信と同じように見える。減算のとき、何も残らない。この技術では、線形信号から反射、即ち組織からの信号、を抑制する。同時に、マイクロバブルがあれば、パワーが２倍とされたライン上では、マイクロバブルは更に拡張及び収縮し、第１の信号の２倍よりも更に大きい信号を与える。補償と減算が行われると、それでもなお信号が残される。このパワー変調処理を行うことにより、組織からの信号がマイクロバブルからの信号から分離されるコントラスト技術が行われる。その最も基本的な意味で、かかるコントラスト技術は２本のラインが同じ角度で２つの異なるパワーレベルで送信されることを必要とする。
【００２８】
一方のラインを低いパワーで発し、他方のラインを高いパワーで発することにより、受信時には、高いパワーのライン上の利得は低いパワーのラインと整合するよう減少される。次に、２つのラインは減算され、比較が行われる。主に線形である組織は、この補償が行われると差し引かれてなくなる。線形でないマイクロバブルは信号中に残る。
【００２９】
パワー変調といったコントラスト技術に周波数コンパウンド法を加えるとき、一定の周波数を有するパワー変調シーケンスを行うために２本のラインを発する代わりに、中央制御器２２は、アレイトランスデューサ１４に、２本のラインを異なるパワーレベルで第１の周波数ｆ１で発するようにさせる。受信時に、これらの２本のラインのうちの一方は、画像プロセッサ２８において、第１のラインのパワーレベルに対する第２のラインのパワーレベルの相対比率に反比例する利得係数で乗算される。２本のラインは、ラインのうちの一方に対して利得係数を適用した後、第１のパワー変調画像を形成するよう組み合わされる。次に、他の２本のラインは同じ方向に第２の周波数ｆ１で発せられる。同様に、受信時に、２本のラインのうちの一方は利得係数で乗算される。２本のラインは、ラインのうちの一方に利得係数を適用した後、第１のパワー変調画像が形成されたものとは異なる寸法のマイクロバブルに感度のある第２のパワー変調画像を形成するよう組み合わされる。第１のパワー変調画像と第２のパワー変調画像は、より多くのマイクロバブルに対する感度を高めるよう一緒に加えられる。
【００３０】
このように、第１の周波数に対応するのに正しい寸法ではなかったために第１の周波数ｆ１では見逃されたマイクロバブルがあった場合、マイクロバブルはできれば第２の周波数ｆ２でピックアップされ、それによりシステムを、周波数コンパウンド法が用いられない場合と比較してより多様な寸法のマイクロバブルに対して感度のあるものとする。
【００３１】
周波数は、パワー変調によってなされる変更に対して直交するため、他のコントラスト技術と同様に、周波数コンパウンド法は他のコントラスト技術に対してもそれらの基本的な動作に影響を与えることなく適用されうる。
【００３２】
例えば、第２の変調技術、即ち位相変調技術では、様々な送信信号が位相変調されうる。この技術では、送信信号の搬送波位相は、ライン毎に変化される。例えば、送信波形の位相は、ライン毎に９０°ずつ増分的に変化されうる。パワー変調技術の場合のように、位相変調は、体から受信される応答信号にばらつきを生じさせる。これらの応答信号の線形成分は、それらが形成された送信信号と同じ度合いで位相シフトされる。従って、これらの位相シフトを考慮に入れるよう受信データが位相調整されれば、応答データの線形性分は組織応答を抑制するよう再び打ち消されうる。位相変調についての詳細な例については、本願の開示へ参照により組み込まれる、チャップマン（Ｃｈａｐｍａｎ）外に対して発行された米国特許第５，６３２，２７７号明細書及びホリー（Ｈｏｌｌｅｙ）外に対して発行された米国特許第５，９０２，２４３号明細書を参照のこと。
【００３３】
位相変調といったコントラスト技術に周波数コンパウンド法を加えるとき、一定の周波数を有する位相変調シーケンスを行うために２本のラインを発する代わりに、アレイトランスデューサ１４は様々な位相で第１の周波数ｆ１で２本のラインを発する。これらの２本のラインのうちの一方は、受信時に様々な位相について補償するようフィルタリングされる。２本のラインは、ラインのうちの一方をフィルタリングした後に、第１の位相変調された画像を形成するよう組み合わされる。次に、２本のラインのうちの他方は、第２の周波数ｆ１と同じ方向に発せられる。同様に、受信時に、これらの２本のラインのうちの一方は様々な位相について補償するようフィルタリングされる。２本のラインは、ラインのうちの一方にフィルタリングを適用した後に、第１のパワー変調画像からの異なる寸法のマイクロバブルに対して感度のある第２の位相変調画像を形成するよう組み合わされる。第１の位相変調画像と第２の位相変調画像は、より多くのマイクロバブルに対する感度を高めるよう一緒に組み合わされる。
【００３４】
第３の変調技術、即ちパルス反転技術では、送信信号の極性が変化される。例えば、様々な送信ラインは、交互に正及び負の極性を有する。再び、これらの送信ラインから受信されるデータが送信信号中のばらつきを考慮に入れるために補正されると、受信データの線形成分は組織の応答を減衰するよう打ち消される。極性変調の詳細な例については、本願の開示へ参照により組み込まれる、フアン（Ｈｕａｎｇ）外に対して発行された米国特許第５，７０６，８１９号明細書を参照のこと。
【００３５】
パルス反転の作用の仕方は、アレイトランスデューサ１４が特定の方向に沿って２本のラインを発し、このとき一本をある極性で発し、２本目を反対の極性で発するものである。従って、反転は既に送信時になされているため、２本のラインからの画像は一緒に加算されるだけであるため、減算を行う必要はない。両方の場合に同じ反射器がある場合、これは打ち消され、加算されるとゼロになる。マイクロバブルのように何か非線形なものがある場合、応答は受信時に加算され、信号が存在することとなる。
【００３６】
パルス反転技術に周波数コンパウンド法を加えるとき、２本のラインが発せられる代わりに、アレイトランスデューサ１４は４本のラインを発し、最初の２本のラインは第１の画像ｉ１を生成するよう第１の周波数ｆ１で送信され、次の２本のラインは第２の画像ｉ２を生成するよう第２の周波数ｆ２で送信される。次に、第１の画像Ｉ１及び第２の画像Ｉ２は単純に一緒に加算される。
【００３７】
第４のコントラスト技術、即ち符号化されたパルスシーケンス変調によれば、第１の送信イベントがパルスのシーケンスであり第２の送信イベントが異なるパルスのシーケンスである符号化されたシーケンスが発生される。すると受信時に、第１及び第２の送信イベントのうちの一方のパルスのシーケンスが、一方のシーケンスから他方のシーケンスへの変換を本質的に行うフィルタを通される。次に、フィルタリングされたシーケンスとフィルタリングされていないシーケンスのうちの一方が上述のコントラスト技術と同様に他方から減算される。
【００３８】
符号化されたパルスシーケンスコントラスト技術に周波数符号化を加えるとき、第１及び第２の送信イベントは第１の周波数ｆ１で発せられる。受信時に、これらの第１及び第２の送信イベントのうちの一方は、符号パルスシーケンスを他方の送信イベントの符号パルスシーケンスへ変換するようフィルタリングされる。２本のラインは、ラインのうちの一方へのフィルタリングの後、第１の符号化されたパルスシーケンス画像を形成するよう組み合わされる。次に、第１及び第２の送信イベントは、第２の周波数ｆ２で同じ方向に発せられる。受信時に、これらの第１及び第２の送信イベントの一方は、符号パルスシーケンスを他方の送信イベントの符号パルスシーケンスへ変換するようフィルタリングされる。２本のラインは、一方のラインへのフィルタリングの後、第２の符号化されたパルスシーケンス画像を形成するよう組み合わされる。第１及び第２の符号化されたパルスシーケンス画像は、より多くのマイクロバブルに対する感度を高めるよう一緒に加算される。
【００３９】
第５の変調技術、即ち造影剤が撮像される第２高調波技術によれば、送信信号の第２高調波でエコーが受信されうる。従って、受信周波数は、一般的には送信周波数ｆ0の２倍である。第２高調波での信号の受信は、この周波数では造影剤は人間組織よりもはるかに大きい範囲で共鳴するため有利である。従って、造影剤の応答は、人間組織から区別されうる。この応答特性の差にも関わらず、人間組織は高調波応答を生ずる。従って、患者の体から受信される信号は、通常はコントラスト画像成分と組織成分の両方を有する。
【００４０】
第２高調波撮像では、アレイトランスデューサ１４は、通常は一定の周波数で送信するが、受信時は、送信された周波数の周辺に受信フィルタを同調する代わりに、受信フィルタは送信された周波数の第２高調波の周辺に同調される。マイクロバブルが共振すると、マイクロバブルが与える信号は多数の第２高調波内容を含み、同時に、組織が与える信号は幾らかの、しかしより少ない第２高調波内容を含む。結果として、造影剤と組織の間に僅かに多くの区別を得ることが可能である。
【００４１】
第２高調波撮像コントラスト技術に周波数コンパウンド法を加えるとき、アレイトランスデューサ１４は、第１の第２高調波画像を形成するよう、第１の周波数で送信し、他の周波数、例えば２倍の周波数で受信する。次に、アレイトランスデューサ１４は、第２の第２高調波画像を形成するよう、第２の周波数で送信し、他の周波数、例えば第２の周波数の２倍で受信する。次に、第１の第２高調波画像と第２の第２高調波画像は組み合わされる。
【００４２】
本発明は、２本のラインを送信するものに限られるものではなく、また限られてはならない。全てのコントラスト技術は、２本よりも多いラインへ拡張されうる。もちろん、２つのパワーレベルでの送信の代わりに、３つのパワーレベルが送信されうる。また、一つのパワーレベルのライン、第２のパワーレベルの第２のライン、及び第１のパワーレベルの第３のラインが送信されうる。更に、周波数の数は２つの周波数に限られるものではない。更なる周波数は、上述の任意のコントラスト技術とともに使用されうる。従って、ラインの数は、異なる実施例に従って変化しうる。本質的には、どのコントラスト技術が使用されても、異なる寸法のマイクロバブルからの感度をピックアップするよう、コントラスト技術は異なる送信周波数で繰り返される。これらのコントラスト技術を用いるとき、多数のラインが発せられ、送信信号の特性ラインのうちの少なくとも１つについて変更される。受信時に、第２高調波撮像を用いる場合を除き、特性の変化は反転される。行われた全ての変化を元に戻した後、形成された２つの画像間で減算が行われる。
【００４３】
用いられる特定の送信信号変調技術とは無関係に、各送信ラインは通常は波形の繰り返されるシーケンスを含む。例として、各波形はガウシアンに変更された正弦波を含む。様々な送信ラインは同じ視線に沿って体の中へ発せられる。この方向に発せられた各ライン群は、ラインのパケットと称される。通常は、送信波形の特定のシーケンスが用いられ、各パケット内で多数回繰り返される。送信波形の各シーケンスはサブパケットと称される。
【００４４】
多数のラインが体の中へ送信された後、応答エコーが受信される。やはり、これらの受信された信号は、その中に含まれるデータが適切に処理されるよう、ディジタル化される。一旦ディジタル化されると、これらの受信データはメモリに格納される。種々のデータは、組織に関連するデータの線形成分を除去するよう処理されうる。これは、通常は、線形成分を打ち消すようコントラスト撮像クラッタフィルタを用いてデータの種々のラインを互いから減算することを含む。例として、信号の線形成分部分をフィルタリングするよう、第１の列（ライン１）のデータは第２の列（ライン２）のデータから減算されえ、それにより非線形成分のみが残る。このようにして、信号の線形成分が一旦除去された後は、データは造影剤を撮像するために処理されうる。１つの実施例では、この撮像は、公知の技術による造影剤濃度撮像を含む。他の実施例では、血流内での造影剤の進行の方向及び速度を撮像するために、カラーフロー撮像に用いられるのと同様の技術が用いられる。しかしながら、いずれの場合も、有利な結果は、周波数コンパウンド法の使用を通じて異なる寸法の造影剤を有するマイクロバブルの検出を最大限とすることによって得られる。
【００４５】
本発明の周波数コンパウンド技術は、リニアアレイに用いることができる。本発明は、３次元（３Ｄ）ピクチャを生成するために用いられる２次元（２Ｄ）アレイに対しても有用である。本発明は、３Ｄ撮像システムにおいて有用であり得る。更に、本発明は機械的に可動な要素を有するため、送信に利用可能である。幾つかの超音波システムでは、トランスデューサは機械的にステアリングされる。この種類の超音波システムでは、トランスデューサは、様々な方向に送信しつつ自由に動くことを可能とするよう幾らかの油とともにレンズの内側に入れられる。従って、造影剤が注入された体の部分の画像を生成するために超音波撮像システムに周波数コンパウンド法を用いることにより、造影剤の異なる寸法のマイクロバブルの検出を最大限とすることが可能である。更に、周波数コンパウンド法を様々なコントラスト技術と組み合わせることにより、非線形である造影剤応答を線形である組織応答から分けることが可能である。
【００４６】
本発明の特定の実施例は、例として上述の説明及び図面に詳細に開示されているが、当業者によればその変形及び変更は特許請求の範囲に記載のように本発明の範囲を逸脱することなくなされうることが理解されよう。
【００４７】
本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、従って特許請求の範囲は本発明の真の趣旨及び範囲に入る本発明の全てのかかる特徴及び利点を網羅することが意図される。更に、当業者によれば多くの変更及び変化が容易になされうるため、本発明を図示され説明された構成及び動作に正確に制限することは望ましくなく、従って、全ての適切な変更及び均等なものは本発明の範囲に入るということができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のコントラスト撮像システムを示すブロック図である。
【図２】本発明のコントラスト撮像の方法を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す本発明のコントラスト撮像の方法の詳細を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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