(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロバルーンが注入された被検体内の撮像範囲に前記マイクロバルーンを破壊しないＣＷ超音波である第１の超音波を照射する超音波照射手段と、
前記撮像範囲を通過する音線に沿って前記マイクロバルーンを破壊するパルス的な第２の超音波を送波する超音波送波手段と、
前記第２の超音波が通過した後の前記音線上の反射点から帰投する前記第１の超音波に対するエコーを受信するエコー受信手段と、
前記エコー受信手段が受信したエコーに基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波送波手段が送波する第２の超音波の周波数は前記超音波照射手段が照射する第１の超音波の周波数とは異なり、
前記エコー受信手段は前記第２の超音波のエコーをフィルタで阻止する、ことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波撮像装置において、
前記超音波送波手段が送波する第２の超音波のパルスは、最初の半サイクルは負極性であり、次の半サイクルは正極性の波形であ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、超音波撮像方法および装置に関し、特に、マイクロバルーン（ｍｉｃｒｏｂａｌｌｏｏｎ）を造影剤として利用する超音波撮像方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波撮像のための造影剤としてマイクロバルーンが用いられる。マイクロバルーンは生体に無害な物質でできているマイクロカプセル（ｍｉｃｒｏ  ｃａｐｓｕｌｅ）に気体を封入したものとなっている。これを被検体に注入し、その集合部位に超音波を照射してマイクロバルーンを破壊し、放出されたガスバブル（ｇａｓ  ｂｕｂｂｌｅ）を利用して撮像を行う。このため、撮像に当たっては、撮像範囲についてマイクロバルーンを破壊するための超音波を照射し、その後に撮像範囲を超音波で走査してエコーを受信し、エコー受信信号に基づいて画像を生成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように先ず撮像範囲にマイクロバルーン破壊用の超音波を照射し、その後にあらためて撮像範囲を超音波で走査してエコーを受信する方式では、マイクロバルーンを破壊してから撮像が行われるまでに数百μｓ以上の間があくので、発生後数μｓ程度で消滅してしまうごく短寿命のガスバブルについては撮像が不可能である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、寿命が短いガスバブルを撮像する超音波撮像方法および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、マイクロバルーンが注入された被検体内の撮像範囲に前記マイクロバルーンを破壊しない連続的な第１の超音波を照射し、前記撮像範囲を通過する音線に沿って前記マイクロバルーンを破壊するパルス的な第２の超音波を送波し、前記第２の超音波が通過した後の前記音線上の反射点から帰投する前記第１の超音波に対するエコーに基づいて画像を生成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、マイクロバルーンが注入された被検体内の撮像範囲に前記マイクロバルーンを破壊しない連続的な第１の超音波を照射する超音波照射手段と、前記撮像範囲を通過する音線に沿って前記マイクロバルーンを破壊するパルス的な第２の超音波を送波する超音波送波手段と、前記第２の超音波が通過した後の前記音線上の反射点から帰投する前記第１の超音波に対するエコーを受信するエコー受信手段と、前記エコー受信手段が受信したエコーに基づいて画像を生成する画像生成手段とを具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【０００７】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、前記第２の超音波は前記第１の超音波とは周波数が異なることを特徴とする（２）に記載の超音波撮像装置である。
【０００８】
（作用）
本発明では、撮像範囲に連続的な超音波が常時照射されているので、超音波パルスが通過した後に生じたガスバブルから直ちにエコーが生じる。
【０００９】
【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、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１０】
同図に示すように、本装置は超音波トランスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）２２，２４，２６を有する。超音波トランスデューサ２２，２４，２６は、後述する相互関係を保って図示しない支持手段で支持され、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）２を構成している。
【００１１】
超音波トランスデューサ２２は、パルス（ｐｕｌｓｅ）駆動部６２で駆動されて超音波パルスを被検体４内に送波する。超音波パルスは、本発明における第２の超音波の実施の形態の一例である。超音波トランスデューサ２２およびパルス駆動部６２は、本発明における超音波送波手段の実施の形態の一例である。被検体４内には、予めマイクロバルーン造影剤が注入され、マイクロバルーン集合部位４０が形成されている。超音波パルスは、マイクロバルーン集合部位４０におけるマイクロバルーンを破壊しうる強度を有する。
【００１２】
超音波トランスデューサ２４は、ＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）駆動部６４で駆動されてＣＷ超音波を被検体４内に照射する。ＣＷ超音波は本発明における第１の超音波の実施の形態の一例である。超音波トランスデューサ２４およびＣＷ駆動部６４は、本発明における超音波照射手段の実施の形態の一例である。ＣＷ超音波は、マイクロバルーン集合部位４０におけるマイクロバルーンを破壊しない程度の強度を有する。
【００１３】
超音波トランスデューサ２６は、被検体４内から帰投する超音波エコーを受信し、エコー受信信号をエコー受信部６６に入力する。超音波トランスデューサ２６およびエコー受信部６６は、本発明におけるエコー受信手段の実施の形態の一例である。
【００１４】
図２に、超音波トランスデューサ２２，２４，２６の模式的構成を示す。図２において互いに垂直な３方向をｘ，ｙ，ｚとし、ｚ方向を被検体４の深さ方向としたとき、超音波トランスデューサ２２はｘ方向に配列された複数のトランスデューサエレメント（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）２２ｉを有する。トランスデューサエレメント２２ｉは、例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛（Ｐｂ））セラミクス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料で構成される。超音波トランスデューサ２４，２６も同様に、ｘ方向に配列された複数のトランスデューサエレメント２４ｉ，２６ｉをそれぞれ有する。
【００１５】
超音波トランスデューサ２４，２６はｙ方向に隣り合って配置されている。超音波トランスデューサ２２はそれらとはｘ方向に隣り合って配置されている。超音波トランスデューサ２２，２４，２６は、このような相互関係を保って図示しない支持手段により支持されている。
【００１６】
超音波トランスデューサ２４の個々のトランスデューサエレメント２４ｉは、ＣＷ駆動部６４で一斉に駆動されて位相が同一なＣＷ超音波をそれぞれ生じる。それらＣＷ超音波の波面合成により、平面波のＣＷ超音波が撮像範囲３０に照射される。ＣＷ超音波の周波数は、マイクロバルーンから放出される後述のガスバブルの共振周波数に一致させることが、第２高調波エコーを利用してガスバブルのみを画像化する点で好ましい。
【００１７】
なお、共振周波数との一致不一致に関わらず、基本波エコーを利用して画像化することが可能である。また、ＣＷ超音波は必ずしも完全なＣＷである必要はなく、例えばロングバースト（ｌｏｎｇ  ｂｕｒｓｔ）波等の連続発生期間の長い超音波であって良い。以下、ＣＷ超音波の例で説明するが、ロングバースト波等を用いた場合も同様になる。
【００１８】
超音波トランスデューサ２６の個々のトランスデューサエレメント２６ｉは、撮像範囲３０から帰投するエコーをそれぞれ受信し、エコー受信信号をエコー受信部６６に入力する。撮像範囲３０にはマイクロバルーン集合部位４０が含まれる。エコー受信部６６には、必要に応じて第２高調波フィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）が設けられる。
【００１９】
超音波トランスデューサ２２の個々のトランスデューサエレメント２２ｉは、パルス駆動部６２で駆動されてそれぞれ超音波パルスを発生する。それら超音波パルスの波面合成により、撮像範囲３０に超音波ビーム（ｂｅａｍ）３２が送波される。超音波ビーム（音線）３２の方位は、個々のトランスデューサエレメントを駆動する時間差により設定される。また、この方位を順次切り換えることにより、撮像範囲３０内で音線順次の超音波ビーム走査が行われ、マイクロバルーン集合部位４０におけるマイクロバルーンが破壊される。超音波パルスの周波数は上記のＣＷ超音波の周波数と異ならせることが、超音波パルスのエコーをフィルタで阻止する点で好ましい。阻止フィルタは例えばエコー受信部６６に設けられる。
【００２０】
マイクロバルーンを破壊するための超音波として、例えば図３の（ａ）に示すように、最初の半サイクル（ｃｙｃｌｅ）が負圧となる超音波が送波される。このような超音波は、例えば最初の半サイクルを負極姓とした駆動信号等によって発生させることができる。このような超音波がマイクロバルーンに加わると、負圧によるキャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）効果によって容易に破壊する。マイクロバルーンの硬度が比較的高いものほど負圧によって破壊し易い。
【００２１】
被検体４内での超音波伝播の非線形性により、例えば図３の（ｂ）に示すように、瞬時音圧波形は進行につれて負の期間が伸びる傾向を示す。負の期間が伸びるのは、負圧の印加時間を長くし、ますますマイクロバルーンの破壊に有利に作用する。このため、比較的低い瞬時音圧でもマイクロバルーンを破壊することができる。また、瞬時音圧波形の正の部分が急峻になるのも破壊を促進する点で有利である。
【００２２】
これに対して、図４の（ａ）に示すように、最初の半サイクルが正の超音波を用いた場合は、伝播の非線形性があっても同図の（ｂ）に示すように正の部分は急峻になるもののそれらの間隔は変わらず、したがって負圧の期間が伸びるということがないので、図３の場合よりもマイクロバルーンの破壊効果が劣る。そこで、最初の半サイクルが正の超音波を用いる場合は、十分な破壊効果が得られるように送波超音波の瞬時音圧レベルを高く設定する。
【００２３】
このような超音波が音線３２上をマイクロバルーンを破壊しながら進行する。マイクロバルーンの破壊に伴って音線３２上で逐次にガスバブルが放出される。ガスバブルは、超音波トランスデューサ２４から絶えずＣＷ超音波が照射されていることにより発生直後からエコーを生じる。
【００２４】
このようなエコー発生の模式図を図５に示す。同図に示すように、音線３２上を超音波パルス３４が通過したとき、音線３２上に順次に発生したガスバブル４２，４４，４６からそれぞれエコーが発生する。円４２’，４４’，４６’はそれぞれのエコーの波面位置を表す。図では、ガスバブル４２から発生したエコーの波面４２’が、超音波トランスデューサ２６における最短距離のトランスデューサエレメント２６ｊに到達した瞬間を示している。このとき、ガスバブル４４から発生したエコーは伝搬の途中にあり、ガスバブル４６ではエコーが発生したばかりである。
【００２５】
エコーの波面４２’は、その進行に伴って他のトランスデューサエレメント２６ｉに順次に到達する。波面の到達時間は、ガスバブル４２から各トランスデューサエレメント２６ｉまでの距離に相当する。エコーの波面４４’，４６’も、その進行につれて順次超音波トランスデューサ２６に到達する。それら波面の到達時間は、ガスバブル４４，４６から各トランスデューサエレメント２６ｉまでの距離および各ガスバブルの発生時間差に対応する。超音波トランスデューサ２６の個々のトランスデューサエレメント２６ｉは、このようなエコーをそれぞれ時系列的に受信する。
【００２６】
エコー受信部６はデータ（ｄａｔａ）処理部８に接続されている。データ処理部８には、エコー受信部６から、ＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号のままのエコー受信信号がディジタルデータ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ）として入力される。データ処理部８は、入力されたエコーデータを処理して画像生成を行う。データ処理部８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。
【００２７】
データ処理部８は、図６に示すように、データ処理プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）８０、エコーメモリ（ｅｃｈｏ  ｍｅｍｏｒｙ）８２、データメモリ８４および画像メモリ８６を備えている。これらはバス（ｂｕｓ）８８によって接続されている。エコー受信部６から入力されたトランスデューサエレメント２６ｉ（以下、単にエレメントという）ごとの時系列のエコーデータは、エコーメモリ８２に記憶される。
【００２８】
データ処理プロセッサ８０は、エコーデータに基づいてＢモード（ｍｏｄｅ）画像を生成する。Ｂモード画像を生成するには、音線３２上の各点におけるエコーの強度を逐一求めて画素値とする。音線３２上の各点で発生したエコーは、上記のように、エコー発生点から超音波トランスデューサ２６のエレメントまでの距離およびエコー発生時間差に相当する時間を経てエレメントに到達するので、エコーメモリ８２に記憶した時系列のエコーデータから、エレメントごとに時間軸上の該当する部分のデータを抽出し、それらを全加算することにより、エコー発生点におけるエコー強度を求めることができる。
【００２９】
例えば、図５に示したガスバブル４２のエコー強度を求めるには、ガスバブル４２から超音波トランスデューサ２６の各エレメントまでの波面４２’の到達時間およびエコー発生時期に相当する時間軸上の位置にあるエコーデータを、エレメントごとに抽出し、それらを全加算する。これにより、マイクロバルーンを破壊した超音波パルスのエコーを含まず、ＣＷ超音波に対するエコーのみの強度が得られる。超音波パルスのエコーを予めフィルタで除去すればさらに完璧なものになる。
【００３０】
ガスバブル４４，４６のエコー強度も同様にして求める。同様に、方位の異なる複数の音線上のエコー強度をそれぞれ求めて画素値とすることにより、Ｂモード画像を生成する。Ｂモード画像におけるガスバブルの像は、マイルバルーンから放出されて発生したばかりのガスバブルを示している。したがって、寿命が例えば数μｓ程度のごく短命なガスバブルを的確に画像化することができる。生成したＢモード画像は画像メモリ８６に記憶する。
【００３１】
データ処理部８には表示部１０が接続されている。表示部１０は、例えばグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ  ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いて構成され、データ処理部８の画像メモリ８６から入力された画像データに基づいて可視像を表示するようになっている。
【００３２】
以上のパルス駆動部６２、ＣＷ駆動部６４、エコー受信部６６、データ処理部８および表示部１０は制御部１２に接続されている。制御部１２は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。被制御の各部から制御部１２に状態報知信号や応答信号等が伝えられる。制御部１２の制御の下で超音波撮像が実行される。
【００３３】
制御部１２には操作部１４が接続されている。操作部１４は操作者によって操作され、制御部１２に所望の指令や情報を入力する。操作部１４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。
【００３４】
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１４を操作して撮像を行う。撮像は制御部１２による制御の下で遂行される。これにより、超音波トランスデューサ２４から撮像範囲３０にＣＷ超音波が照射され、また、超音波トランスデューサ２２から撮像範囲３０に音線３２に沿ってマイクロバルーンを破壊する超音波パルスが送波される。音線３２の方位の切り換えにより撮像範囲が音線順次で走査される。
【００３５】
撮像範囲３０からのエコーは超音波トランスデューサ２６で受信され各エレメントごとの時系列のエコー受信信号がエコーメモリ８２に記憶される。データ処理プロセッサ８０はエコーメモリ８２のデータから上記のようにしてＢモード画像を生成し、表示部１０に表示する。これによって、マイクロバルーンから放出されたばかりのガスバブルを撮像したＢモード画像が可視像として得られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、寿命が短いガスバブルを撮像する超音波撮像方法および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】図１に示した装置よる超音波撮像を示す模式図である。
【図３】図１に示した装置が送波する超音波の瞬時音圧の波形図である。
【図４】図１に示した装置が送波する超音波の瞬時音圧の波形図である。
【図５】図１に示した装置よる超音波撮像を示す模式図である。
【図６】図１に示した装置におけるデータ処理部のブロック図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
２２，２４，２６  超音波トランスデューサ
２２ｉ，２４ｉ，２６ｉ  トランスデューサエレメント
３０  撮像範囲
３２  超音波ビーム
４  被検体
４０  マイクロバルーン集合体
６２  パルス駆動部
６４  ＣＷ駆動部
６６  エコー受信部
８  データ処理部
１０  表示部
１２  制御部
１４  操作部
【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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