(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に造影剤を注入し、超音波で走査することにより得られたエコー信号に基づいて超音波情報を得る超音波診断装置において、前記エコー信号から高調波成分を抽出するフィルタと、前記造影剤の造影効果によるコントラストエコー成分を強調するために前記抽出された高調波成分から特定帯域成分を抑制するフィルタとを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
被検体に造影剤を注入し、超音波で走査することにより得られたエコー信号に基づいて超音波情報を得る超音波診断装置において、前記造影剤の造影効果によるコントラストエコー成分を強調するために、前記超音波の送信スペクトラムを反転したフィルタ特性を有するフィルタに前記エコー信号を通すことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
被検体に造影剤を注入し、超音波で走査することにより得られたエコー信号に基づいて超音波情報を得る超音波診断装置において、前記エコー信号から高調波成分を抽出するフィルタと、前記抽出された高調波成分を主成分とするエコー信号の包絡線を検波する検波回路と、前記造影剤の造影効果によるコントラストエコー成分を強調するために、前記検波された包絡線信号から高周波成分を抽出するフィルタとを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
被検体に造影剤を注入し、超音波で走査することにより得られたエコー信号に基づいて超音波情報を得る超音波診断装置において、前記エコー信号から高調波成分を抽出するフィルタと、前記抽出された高調波成分から画像データを生成する回路と、前記造影剤の造影効果によるコントラストエコー成分を強調するために、前記画像データから比較的高い空間周波数成分を抽出するフィルタとを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気泡を主成分とする造影剤を被検体に動脈から注入し、血流をハイコントラストで映像化する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、心筋内血流の灌流域の評価においては、大動脈に留置されたカテーテルから、用手的あるいはソニケーターにより気泡が生成された５％ヒトアルブミンを被検体に注入するいわゆる心筋コントラストエコー法が研究されてきた。この心筋コントラストエコー法では、造影剤の流れ込む心筋内血流の灌流域は、Ｂモード（組織断層像）上で輝度増強されて表示される。同様に、血流の灌流域の評価あるいは腫瘍の支配血管系を評価するために腹部領域でもコントラストエコー法が研究されている。
【０００３】
このようなコントラストエコー法は、一般検査用の超音波診断装置にて適用され、その評価法としては、Ｂモード像上で輝度増強領域を目視により観察する方法の他に、最近では、ワークステーションを活用して輝度レベルの変化を定量的に評価するという動きも見受けられる。
【０００４】
また、近年、静脈注入で左心系の評価に効果的な超音波造影剤が開発され、この種の新しい造影剤を用いたコントラストエコー法が試みられており、既に頭部、心腔、腹部などでその有用性が確認されている。循環器分野では、心内膜と心腔との境界検出に有効で、心筋形態の観察や壁運動の評価、心腔容積の評価などで有効とされている。また、心腔内血流のドプラモードでの大幅な感度向上が認められ、心機能評価の診断能向上が期待されている。また、腹部分野や末梢血管・頭部では、カラードプラの大幅な検出能向上が観察され、悪性腫瘍の栄養血管の検出などで、診断能の向上が報告されている。
【０００５】
さらに、気泡の非線形な振動特性を利用したハーモニック映像法や気泡圧壊時の非線形振動を積極的に検出し映像化するフラッシュエコー法やアコースティックエミッション法などが提案され、静脈投与型の造影剤での心筋や臓器実質の灌流を映像化することが近い将来可能となると期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、静脈注入によるコントラストエコーでは、造影剤濃度が動脈注入に比べて薄く、このため輝度増強があまり期待できず、増強領域が、心筋や肝臓実質部などの周囲からの組織エコー像の中に埋もれてしまうという問題が解決されないまま放置されていた。
【０００７】
また、特に腹部のカラードプラ時などでは、呼吸などによる周囲組織の動きや血管壁の動きに起因するモーションアーティファクトが問題となり、低流速検出能に限界があり、臓器実質の末梢血管を造影剤で効果的に増強することは困難であった。
【０００８】
上述したハーモニック映像法、フラッシュエコー法、アコースティックエミッション法では、気泡で散乱したエコー（コントラストエコー）の成分のみを積極的に活用して映像化する方法で、非常に有望とされている。この方法で重要なのは、周囲臓器由来の組織エコー成分を効果的に抑制し、造影剤由来のコントラストエコー成分をいかに感度良く抽出するかという点にある。
【０００９】
上述した映像法はいずれも、気泡の非線形振動に由来する高調波成分（ハーモニック成分）を検出することを共通の基礎技術としているが、臓器も伝搬の非線形性による高調波成分を散乱することが知られている。組織エコーの高調波成分は比較的低レベルであるものの、コントラストエコー成分の抽出能を阻害しているのは間違いないところである。
本発明の目的は、組織エコー成分に対してコントラストエコー成分を効果的に強調することのできる超音波診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信スペクトラムに相似でスペクトラムが比較的先鋭な組織エコー成分よりも、コントラストエコー成分の方が、造影剤による非線形な振動特性で広帯域化していることにより、特定帯域の抑制効果がコントラストエコー成分よりも組織エコー成分の方が大きく表れるので、コントラストエコー成分を結果的に強調することができるというものである。
【００１１】
本発明は、組織エコー成分は、超音波の送信スペクトラムに対する相似性が高く、一方、コントラストエコー成分は造影剤の非線形な振動特性により相似性は低いので、超音波の送信スペクトラムを反転したフィルタ特性を有するフィルタにエコー信号を通すことにより、組織エコー成分を効果的に抑制して、コントラストエコー成分を結果的に強調できるというものである
本発明は、エコー信号から高調波成分を抽出し、そして抽出された高調波成分の包絡線を検波回路で検波し、さらに包絡線信号から高周波成分を抽出するようにしても同様にコントラストエコー成分を強調することができるというものである。
【００１２】
本発明は、エコー信号から抽出した高調波成分に基づいて生成した画像データを比較的高い空間周波数成分を抽出するフィルタを通すことにより、造影剤が破壊されることに起因して組織像よりも空間的に大きく変動している、つまり空間集の高いコントラストエコー像を効果的に増強できるというものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態による超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１は、電気信号を扱う装置本体側と、超音波に内部情報を付与する被検体側との間を媒介するために、複数の圧電素子が先端部分に配列されている。このプローブ１を駆動して超音波を被検体に照射するために、クロック発生回路２、送信遅延回路３、パルサ４等が設けられており、クロック発生回路２から発振したクロックを、送信遅延回路３で適当に遅延し、これをパルサ４のトリガとして用いている。そして、トリガされたパルサ４からプローブ１の圧電素子に駆動パルスが基本周波数ｆd を中心として印加される。これにより振動したプローブ１の圧電素子から超音波が発生される。
【００１４】
この超音波は生体内を伝播し、その途中にある音響インピーダンスの不連続面で次々と反射する。この反射強度は不連続面の音響インピーダンスの差に主に依存している。このような反射によるエコーは、プローブ１に返ってきて、圧電素子を振動し、微弱な電気信号が発生する。この電気信号は、プリアンプ５で増幅され、受信遅延及び加算回路６で適当な遅延時間を与えられて加算される。これによりエコーに指向性が与えられる。そして、このエコー信号は、基本波用帯域通過型フィルタ７と、非線形用帯域通過型フィルタ９とにそれぞれ供給される。
【００１５】
まず、基本波用帯域通過型フィルタ７は、エコー信号に含まれる基本周波数ｆd を中心とした帯域内の周波数成分（基本周波数成分）を通過し、他の帯域の周波数成分を抑制する。これにより、基本周波数成分が抽出され得る。
【００１６】
一方、非線形用帯域通過型フィルタ９は、エコー信号に含まれる基本周波数ｆd の整数倍、ここでは２倍の高い周波数（２×ｆd ）を中心とした帯域内の周波数成分（高周波成分）を通過し、基本周波数成分を含む他の帯域の周波数成分を抑制する。これにより、高調波成分が抽出され得る。そして、非線形用帯域除去型フィルタ（band elimination filter ）１０は、非線形用帯域通過型フィルタ９で抽出された高周波成分から、この非線形用帯域通過型フィルタ９の通過帯域より狭くて、この通過帯域の中心周波数（２×ｆd ）を中心とした特定の帯域内の周波数成分を除去し、他の帯域の周波数成分だけを通過する。これにより、組織で反射した組織エコーの成分を抑制し、造影剤（気泡）で反射したコントラストエコーの成分だけを効果的に抽出できるのであるが、この詳細は後述する。
【００１７】
レシーバ８は、エコー信号を検波して、対数増幅することにより、Ｂモード像（組織断層画像）データを生成する。この画像データは、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１１を介してモニタ１２に濃淡表示される。
【００１８】
ここで、基本波用帯域通過型フィルタ７を通過してきた基本周波数成分を主成分とするエコー信号をレシーバ８が処理したとき、造影剤の存在量が少なく造影効果が十分とはいえない状況では、造影領域の像が組織像の中に埋もれてしまう可能性がある。一方、非線形用帯域通過型フィルタ９及び非線形用帯域除去型フィルタ１０を通過してきたコントラストエコー成分を主成分とするエコー信号をレシーバ８が処理したとき、たとえ造影剤の存在量が少なく造影効果が十分とはいえない状況でも、周囲の組織像の中に埋まることなく造影剤の分布を高いコントラストで捕捉することが可能となる。
【００１９】
これは、上述したように、非線形用帯域通過型フィルタ９と非線形用帯域除去型フィルタ１０の作用で、組織で反射した組織エコーの成分を抑制し、造影剤（気泡）で反射したコントラストエコーの成分だけを効果的に抽出できることをその理由としている。以下、これについて説明する。
【００２０】
図２（ａ）には、プローブ１から送信される超音波のスペクトラムを示している。基本周波数ｆd の成分の他に、その整数倍の例えば２×ｆd の高調波成分が含まれる。なお、これら各成分の広がりは、周知の通り、パルスの持続時間に依存して決まる。
【００２１】
図２（ｂ）には、エコー信号のスペクトラムを示しており、実線で組織の境界から反射してきた組織エコー信号のスペクトラムを、破線で造影剤表面から反射してきたコントラストエコー信号のスペクトラムをそれぞれ示している。ここで、図２（ａ），（ｂ）を比較して分かるとおり、送信スペクトラムに対する組織エコーのスペクトラムの相似性は高いが、それに比べて、送信スペクトラムに対するコントラストエコーのスペクトラムの相似性は低い。これは、組織振動の線形性は比較的高いが、造影剤（気泡）では非線形振動の傾向が強いことに起因しているものであり、それによりコントラストエコーのスペクトラムは組織エコーに比べて広帯域化する。
【００２２】
図２（ｃ）には、非線形用帯域通過型フィルタ９を通過した組織エコー信号とコントラストエコー信号のスペクトラムをそれぞれ示している。この時点で、組織エコー成分に比べて、コントラストエコー成分は大きく、図３（ａ）に示すように、造影効果は十分発揮できるものと考えられるが、これをさらに高めるために、本実施形態では、上述したように、非線形用帯域除去型フィルタ１０で、非線形用帯域通過型フィルタ９の通過帯域より狭くて、この通過帯域の中心周波数（２×ｆd ）を中心とした特定の帯域内の周波数成分を除去する。
【００２３】
図２（ｄ）に、非線形用帯域除去型フィルタ１０を通過した組織エコー信号とコントラストエコー信号のスペクトラムをそれぞれ示している。このような非線形用帯域除去型フィルタ１０の処理により、組織エコー成分は“２×ｆd ”の付近に集中しているのでその抑制効果は絶大であるが、コントラストエコー成分は“２×ｆd ”を中心とｓて分散してはいるが非常に広帯域化しているので、一部分だけが除去され、他の大部分が残存する（通過する）ことになる。
【００２４】
従って、図３（ｂ）に示すように、たとえ造影剤の存在量が少なく造影効果が十分とはいえない状況でも、周囲の組織像の中に埋まることなく造影剤の分布を高いコントラストで捕捉することが可能となる。これにより、フラッシュエコーにおいて、間欠間隔を短縮し、診断能を向上でき、またハーモニック法においては、より細い動脈まで映像化できるようになる。
（第２の実施形態）
図４に第３実施形態による超音波診断装置の構成を示している。図４において、図１と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する。本実施形態では、受信遅延及び加算回路６からのエコー信号を、フィルタ１６を通してから、レシーバ８に送り込む点については先の実施形態と同様であるが、ＣＰＵ１８及び係数データ記憶部１７からの係数データによって決まるフィルタ１６のフィルタ特性にこそ特徴がある。
【００２５】
ここで、送信スペクトラムに対する組織エコーのスペクトラムの相似性は高いが、それに比べて、送信スペクトラムに対するコントラストエコーのスペクトラムの相似性は低いことは、図２（ａ），（ｂ）を比較して上述した通りである。この点に着目して、フィルタ１６のフィルタ特性を、送信超音波のスペクトラムを鏡面反転した波形に設定することにより、送信超音波のスペクトラムに相似な組織エコー成分を効果的に抑制して、コントラストエコー成分を結果的に強調するものである。
（第３の実施形態）
第３実施形態は、図５に示すように、非線形用帯域通過型フィルタ９で高調波成分が主成分になっているエコー信号をレシーバ８にて包絡線検波及び対数増幅を行い、そしてこの後に高域通過型フィルタ１９を適用すると、広帯域化しているコントラストエコー成分の方が、先鋭なままの組織エコー成分よりも高域通過型フィルタ１９の通過量は多くなり、従って先の実施形態と同様の効果を奏することができるものである。
（第４の実施形態）
第４実施形態は、図６に示すように、非線形用帯域通過型フィルタ９で高調波成分が主成分になっているエコー信号に基づいてレシーバ８で生成された画像データを、ディジタル・スキャン・コンバータ１１内で入出力バッファ２０及びフレームメモリ２１を介してＴＶスキャン方式に並び替えてから高域通過型の空間フィルタ２２に導き、ここで空間周波数が比較的低い成分を除去し、空間周波数が比較的高い成分だけを通過させ、そして入出力バッファ２３を介して出力するというものである。
【００２６】
ここで、組織像は時間的にも空間的にも比較的安定的である、つまり空間周波数が比較的低いのに対して、造影剤の像は、造影剤が血流に混じって流れていること及び超音波の照射により収縮及び拡張を繰り返すことから、時間的にも空間的にも非常に不安定である、つまり空間周波数が比較的高くなる。
【００２７】
従って、このような画像データを高域通過型の空間フィルタ２２に通すことにより、空間周波数が比較的低い組織像を抑制し、空間周波数が比較的高い造影剤の像を効果的に通過させることができるというものである。
【００２８】
なお、このような第４実施形態の処理形態は、図７に示すように、ディジタル・スキャン・コンバータ１１でＴＶスキャン方式に並び替える前であっても、レシーバ８からの画像データをイメージメモリ２４に取り込み、空間フィルタ２５で同様のフィルタ処理を施すように変形することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、送信スペクトラムに相似でスペクトラムが比較的先鋭な組織エコー成分よりも、コントラストエコー成分の方が、造影剤による非線形な振動特性で広帯域化していることにより、特定帯域の抑制効果がコントラストエコー成分よりも組織エコー成分の方が大きく表れるので、コントラストエコー成分を結果的に強調することができるというものである。
【００３０】
本発明は、組織エコー成分は、超音波の送信スペクトラムに対する相似性が高く、一方、コントラストエコー成分は造影剤の非線形な振動特性により相似性は低いので、超音波の送信スペクトラムを反転したフィルタ特性を有するフィルタにエコー信号を通すことにより、組織エコー成分を効果的に抑制して、コントラストエコー成分を結果的に強調できるというものである
本発明は、エコー信号から高調波成分を抽出し、そして抽出された高調波成分の包絡線を検波回路で検波し、さらに包絡線信号から高周波成分を抽出するようにしても同様にコントラストエコー成分を強調することができるというものである。
【００３１】
本発明は、エコー信号から抽出した高調波成分に基づいて生成した画像データを比較的高い空間周波数成分を抽出するフィルタを通すことにより、造影剤が破壊されることに起因して組織像よりも空間的に大きく変動している、つまり空間集の高いコントラストエコー像を効果的に増強できるというものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１のＢＰＦとＢＲＦとによる組織エコーとコントラストエコーのスペクトラムの変化を示す図。
【図３】図１の基本波用ＢＰＦを通して得られた超音波画像と、非線形用ＢＰＦ及び非線形用ＢＥＦを通して得られた超音波画像との比較図。
【図４】第２実施形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図５】第３実施形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図６】第４実施形態による超音波診断装置の構成を示すブロック図。
【図７】第４実施形態の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…プローブ、
２…クロック発生回路、
３…送信遅延回路、
４…パルサ、
５…プリアンプ、
６…受信遅延及び加算回路、
７…基本波用帯域通過型フィルタ、
８…レシーバ、
９…非線形用帯域通過型フィルタ、
１０…非線形用帯域除去型フィルタ、
１１…ディジタル・スキャン・コンバータ、
１２…モニタ、
１３…直交位相検波回路、
１３1 …ミキサ、
１３2 …ミキサ、
１３3 …低域通過型フィルタ、
１３4 …低域通過型フィルタ、
１４…高域通過型フィルタ、
１５…高域通過型フィルタ、
１６…フィルタ、
１７…係数データ記憶部、
１８…ＣＰＵ、
１９…高域通過型フィルタ、
２０…入出力バッファ、
２１…フレームメモリ、
２２…高域通過型フィルタ、
２３…入出力バッファ、
２４…イメージメモリ、
２５…空間フィルタ演算部。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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