(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回の送波で連続する複数の波を有する超音波を複数回送波する超音波送波装置であって、
前記連続する複数の波は、同一周期であり且つ両端の振幅が０である半波長である１つの波が複数連続したものであるとともに、マイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ１つの波の前後にマイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ波が少なくとも１つそれぞれに存在し且つマイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ波は複数存在するものであり、前記連続する複数の波を送波する送波手段を具備することを特徴とする超音波送波装置。
【請求項２】
マイクロバルーンを注入した被検体に１回の送波で連続する複数の波を有する超音波を複数回送波し、サブハーモニックエコーに基づいて画像を生成するする超音波撮像装置であって、
前記連続する複数の波は、同一周期であり且つ両端の振幅が０である半波長である１つの波が複数連続したものであるとともに、マイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ１つの波の前後にマイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ波が少なくとも１つそれぞれに存在し且つマイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ波は複数存在するものであり、前記連続する複数の波を送波する送波手段を具備することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、
前記送波手段は、マイクロバルーンを破壊する瞬時音圧の極性が同一である波を送波することを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波送波方法および装置並びに超音波撮像装置に関し、特に、マイクロバルーン(microballoon)造影剤につき、サブハーモニックエコー(subharmonic echo)に基づく撮像を行なうための超音波送波方法および装置並びに超音波撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
造影剤を用いる超音波撮像では、直径が１〜数μｍの多数のマイクロバルーンを液体に混入したマイクロバルーン造影剤を用いる。マイクロバルーンは生体に無害な気体を、生体に無害な物質からなる殻に封入したものとなっている。このようなマイクロバルーンを被検体に注入し、超音波を照射して殻を破壊し、それにともなって発生するサブハーモニックエコーに基づいて画像を生成する、いわゆるサブハーモニックイメージングが行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロバルーンを破壊する送波超音波としては、連続する複数の波を有する超音波を用いるが、サブハーモニックエコー発生の確実性が低いという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、サブハーモニックエコー発生の確実性が高い超音波送波方法および装置、並びに、そのような超音波送波装置を備えた超音波撮像装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、連続する複数の波を有する超音波を送波するに当たり、マイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ少なくとも１つ波の前後にマイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ波がそれぞれ存在する超音波を送波する、ことを特徴とする超音波撮像方法である。
【０００６】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、連続する複数の波を有する超音波を送波する超音波送波装置であって、マイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ少なくとも１つ波の前後にマイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ波がそれぞれ存在する超音波を送波する送波手段、を具備することを特徴とする超音波送波装置である。
【０００７】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、マイクロバルーンを注入した被検体に連続する複数の波を有する超音波を送波し、サブハーモニックエコーに基づいて画像を生成するする超音波撮像装置であって、マイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ少なくとも１つ波の前後にマイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ波がそれぞれ存在する超音波を送波する送波手段、を具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【０００８】
第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つにおいて、前記少なくとも１つ波の前後にそれぞれ存在する波は、後の波の瞬時音圧が前の波より高いことがサブハーモニックエコーの発生を一層確実にする点で好ましい。
【０００９】
（作用）
本発明では、マイクロバルーンを破壊する瞬時音圧を持つ２つの波の間にマイクロバルーンを破壊しない瞬時音圧を持つ波を少なくとも一つ入れて、破壊圧が作用する周波数を送波超音波の基本周波数より低くする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に、超音波撮像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置についての実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法についての実施の形態の一例が示される。
【００１１】
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない超音波トランスデューサアレイ(transducer array)を有する。超音波プローブ２は、図示しない操作者により被検体４に当接されて使用される。被検体４には、予めマイクロバルーン造影剤４０が注入されている。
【００１２】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて、被検体４内に超音波を送波させるようになっている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコーを受信するようになっている。超音波プローブ２および送受信部６は、本発明における超音波送波装置の実施の形態の一例である。また、本発明における送波手段の実施の形態の一例である。
【００１３】
送受信部６のブロック図を図２に示す。同図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ(beamformer)６０４に入力するようになっている。
【００１４】
送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beamforming) 信号、すなわち、超音波トランスデューサアレイ中の送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するようになっている。駆動信号の波形は、送波超音波の音圧波形が後述のような波形となるように選ばれている。
【００１５】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号を超音波トランスデューサアレイに入力するようになっている。アレイ中の送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサは、複数の駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波をぞれぞれ送波する。それら超音波の波面合成により超音波ビームが形成される。
【００１６】
超音波ビームは、その集束領域では例えば図３の（ａ）に示すような音圧波形を持つ瞬時音圧を生じるようになっている。すなわち、音圧波形は、同図に示すように、連続する複数の波で構成され、２サイクル(cycle) 目の波と４サイクル目の波の波高値が、マイクロバルーンの殻の破壊限界を越えるようになっている。
【００１７】
このような超音波ビームの照射により、マイクロバルーンの殻は音圧波形が破壊限界を越えたところで破壊する。ここで、マイクロバルーンの殻の破壊（以下、単にマイクロバルーンの破壊という）が、１サイクル間をあけた２つの波により逐次に行なわれることにより、破壊にともなって生じる音響放射（アコースティック・エミッション(acoustic emission) ）は、例えば同図の（ｂ）に示すように、送波超音波の基本周波数の１／２の周波数を持つ。すなわち、送波超音波の基本周波数の１／２の周波数を持つ「エコー」、すなわち、サブハーモニックエコーが生じる。
【００１８】
マイクロバルーンを破壊する２つの波のうち、後の波の瞬時音圧を前の波より高くすると、前の波が破壊しなかったものを後の波で破壊してそれぞれ音響放射を生じさせることができるので、サブハーモニックエコーの発生をより確実なものにすることができる。なお、後の波にさらに後に、同様にしてさらに波高値が高い波を置くようにしても良いのは勿論である。
【００１９】
送波超音波の音圧波形は、例えば図４の（ａ）に示すように、マイクロバルーンを破壊する波高値が高い２つの波の間に、波高値が低い波を２サイクル入れたものとしても良い。これによって、同図の（ｂ）に示すように送波超音波の基本周波数の１／３の周波数を持つサブハーモニックエコーを得ることができる。
【００２０】
同様にして、２つの波の間に入れる低波高値の波の数を選ぶことにより、所望の周波数のサブハーモニックエコーを得ることができる。いずれの場合も、マイクロバルーンを破壊用の２つの波のうち、前の波より後の波の波高値を高くすることが、サブハーモニックエコーを確実に生じさせる点で好ましい。
【００２１】
図３および図４では、正の音圧でマイクロバルーンを破壊する例を示したが、マイクロバルーンを負の音圧で破壊するようにしても良いのは勿論である。マイクロバルーンは、負圧を用いると正圧より絶対値が小さい圧力で破壊する性質を持つので、効率の良い破壊を行なうことができる。
【００２２】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、所定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの方位は送波ビームフォーマ６０４によって順次変更される。それによって、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
【００２３】
送受切換回路６０６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチャが受波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになっている。受波ビームフォーマ６１０は、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整し次いでそれら加算して、音線に沿ったエコー受信信号の形成、すなわち、受波のビームフォーミングを行なうようになっている。受波ビームフォーマ６１０により、受波の音線も送波に合わせて走査される。以上の、送波タイミング発生回路６０２乃至受波ビームフォーマ６１０は、後述の制御部１８によって制御されるようになっている。
【００２４】
このような構成の送受信部６は、例えば図５に示すような走査を行なう。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる超音波ビーム（音線）２０２が扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン(sector scan) を行なう。
【００２５】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図６に示すような走査を行なうことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることにより、矩形状の２次元領域２０６がｘ方向に走査され、いわゆるリニアスキャン(linear scan) が行なわれる。
【００２６】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ(convex array)である場合は、リニアスキャンと同様な音線操作により、例えば図７に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベクススキャンが行なえるのは言うまでもない。
【００２７】
送受信部６はＢモード(mode)処理部１０に接続され、各音線毎のエコー受信信号をＢモード処理部１０に入力するようになっている。Ｂモード処理部１０はＢモード画像データ(data)を形成するものである。Ｂモード処理部１０は、例えば図８に示すように基本波処理部１１０およびサブハーモニックス処理部１３０を備えている。基本波処理部１１０およびサブハーモニックス処理部１３０には、受波ビームフォーマ６１０の出力信号が共通に入力される。
【００２８】
基本波処理部１１０は、基本波エコーすなわち送波超音波の基本周波数と同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタ(filter)を有する。サブハーモニックス処理部１３０はサブハーモニックエコーすなわち送波超音波のサブハーモニックスと同じ周波数を持つエコー受信信号を通過させる図示しないフィルタを有する。
【００２９】
基本波処理部１１０は、入力信号につき、基本波エコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわち基本波処理部１１０は基本波エコーに基づくＢモード画像データを生成する。
【００３０】
サブハーモニックス処理部１３０は、入力信号につき、サブハーモニックエコーを対数増幅および包絡線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号すなわちＡスコープ信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。すなわちサブハーモニックス処理部１３０は、サブハーモニックエコーに基づくＢモード画像データをそれぞれ生成する。
【００３１】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理部１０および画像処理部１４は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される複数系統のＢモード画像データに基づいて複数のＢモード画像をそれぞれ生成するものである。
【００３２】
画像処理部１４は、図９に示すように、バス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ(data memory) １４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プロセッサ(processor) １４８を備えている。
【００３３】
Ｂモード処理部１０から音線毎に入力された基本波エコーおよびサブハーモニックエコーによるＢモード画像データは、音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。音線データメモリ１４２内にはそれぞれの音線データ空間が形成される。
【００３４】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間のデータに変換するものである。ディジタル・スキャンコンバータ１４４によって変換された画像データは、画像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像データを記憶する。画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施す。
【００３５】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。表示部１６は、カラー（color)画像が表示可能なものとなっている。
【００３６】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。また、制御部１８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力されるようになっている。制御部１８による制御の下で、超音波撮像が遂行される。
【００３７】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３８】
本装置の動作を説明する。操作者は、超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して撮像を行う。撮像は、制御部１８による制御の下で遂行される。
【００３９】
送受信部６は、音線順次スキャンにより超音波の送受信を行なう。すなわち、例えば図５に示したようなセクタスキャンを音線順次で行ない、各音線ごとに超音波ビームを送波し、そのエコーを受信し、エコー受信信号に基づいてＢモード画像を生成する。勿論、図６および図７に示したリニアスキャンおよびコンベックススキャンを行なうようにしても良い。
【００４０】
このとき送波する超音波ビームは、例えば図３に示した音圧波形を持ち、マイクロバルーン破壊限界を越える２つの波でマイクロバルーン造影剤４０中のマイクロバルーンを破壊し、サブハーモニックエコーを確実に生じさせる。
【００４１】
各音線のエコー受信信号に基づき、Ｂモード処理部１０でＢモード画像データが形成される。Ｂモード画像データは、基本波エコーに基づくものとサブハーモニックエコーに基づくものとがそれぞれ形成され、画像処理部１４の音線データメモリ１４２に記憶される。
【００４２】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２の複数系統のＢモード画像データを、ディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換してそれぞれ画像メモリ１４６に書き込む。
【００４３】
操作者は、操作部２０を操作して、これらのＢモード画像を表示部１６に表示させる。すなわち、例えば図１３に示すように、組織の断層像１６０とサブハーモニックエコー像１６２との合成画像を表示させる。
【００４４】
以上、サブハーモニックエコーを利用してＢモード撮像を行なう例について説明したが、超音波撮像はＢモード撮像に限るものではなく、サブハーモニックエコーのドップラシフト(Doppler shift) を利用して動態画像を撮像するようにしても良いのはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、サブハーモニックエコー発生の確実性が高い超音波送波方法および装置、並びに、そのような超音波送波装置を備えた超音波撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施の形態の一例の装置における送受信部のブロック図である。
【図３】  本発明の実施の形態の一例の装置における送波超音波の瞬時音圧およびサブハーモニックエコーを示す波形図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置における送波超音波の瞬時音圧およびサブハーモニックエコーを示す波形図である。
【図５】  本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図６】  本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図８】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図９】  本発明の実施の形態の一例の装置における画像処理部のブロック図である。
【図１０】  本発明の実施の形態の一例の装置における表示画像の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
４  被検体
４０  マイクロバルーン造影剤
６  送受信部
１０  Ｂモード処理部
１４  画像処理部
１６  表示部
１８  制御部
２０  操作部
６０２  送波タイミング発生回路
６０４  送波ビームフォーマ
６０６  送受切換回路
６１０  受波ビームフォーマ
１１０  基本波処理部
１３０  サブハーモニックス処理部
【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】
0004083875.tif 000008
【図８】
0004083875.tif 000009
【図９】
0004083875.tif 000010
【図１０】
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