(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造影剤を注入された被検体内の流体に対して実質的に造影剤を破壊する第一の超音波照射と、第一の送受信の後に第二の超音波照射とを行い、エコー信号を受信する送受信手段と、
前記第二の超音波照射により得られたエコー信号の強度、及び前記第一の超音波照射と前記第二の超音波照射の時間間隔に基づいて、前記流体の速度を推定する推定手段と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記送受信手段は、前記第一の超音波照射と前記第二の超音波照射を同一の微小領域に対して行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記第一の超音波照射と前記第二の超音波照射との間の造影剤の流入量を推定し、前記推定した流入量と前記微小領域の大きさに基づいて前記流体の速度を推定することを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記造影剤は、単位時間あたりほぼ一定の量で、継続的に注入されることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記推定手段は、前記エコー信号の強度を前記微小領域で平均化する手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記エコー信号から、前記造影剤のエコー成分を主成分としている高調波成分を抽出する手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記推定手段は、前記流体の速度を前記被検体の断面内の複数の微小領域に関して個々に推定する手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記推定手段は、前記エコー信号の強度に従って与えられた輝度に基づいて前記流体の速度を推定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記推定された流体の速度を数値表示する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の断面を超音波で走査し、得られたエコー信号の強度に基づいて様々な体内情報を取得する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波の医学的な応用としては種々の装置があるが、その主流は超音波パルス反射法を用いて生体の軟部組織の断層像を得る超音波診断装置である。この超音波診断装置は無侵襲検査法で、組織の断層像を表示するものであり、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩおよび核医学診断装置などの他の診断装置に比べて、リアルタイム表示が可能、装置が小型で安価、Ｘ線などの被曝がなく安全性が高く、さらに超音波ドプラ法により血流イメージングが可能であるなどの独自の特徴を有している。
【０００３】
この超音波ドプラ法は連続波ドプラ法とパルスドプラ法とがあり、連続波ドプラ法は高速でも計測可能であるが、距離分解能が無く、血流を同定できないことから、パルスドプラ法が現在の主流となっている。このパルスドプラ法では、ＭＴＩを併用して、平均速度等の２次元分布（血流画像）をリアルタイムで得ることができ、非常に有益とされており、最近では標準装備されているものが多い。
【０００４】
しかし、このパルスドプラ法は、周知の通り、計測速度が超音波ビームと血流とのなす角度に依存するという角度依存性があり、血流の絶対速度を計測することはできなかった。さらに、ドプラ効果を利用していることから、超音波ビームと直行する血流に関しては速度を計測できないという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、血流の絶対速度を比較的高精度で計測することができる超音波診断装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、造影剤を注入された被検体内の流体に対して実質的に造影剤を破壊する第一の超音波照射と、第一の送受信の後に第二の超音波照射とを行い、エコー信号を受信する送受信手段と、前記第二の超音波照射により得られたエコー信号の強度、及び前記第一の超音波照射と前記第二の超音波照射の時間間隔に基づいて、前記流体の速度を推定する推定手段とを具備する。
（作用）
流体それ自身での反射強度は、組織に対して１０-2のオーダで低い。従って、流体からのエコー信号の強度は、微小領域内に存在している造影剤の量を比較的正確に反映していると考えられる。このような造影剤、つまり微小気泡は、第一の送受信により、殆どが崩壊してしまう。従って、第一の送受信からある程度の期間を隔てて第二の送受信を行うと、第二の送受信により得られるエコー信号の強度は、第一の送受信から、今回の第二の送受信までの期間に、流体の流れに乗って微小領域に流入してきた造影剤の流入量を反映していることになる。この流入量は、血流の速度、微小領域の断面積及び前回の照射から今回の照射までの時間差に主に依存する。このうち微小領域の断面積と前回の照射から今回の照射までの時間差とは、既知であるので、流入量、つまりそれを反映している今回のエコー信号の強度から、流体の速度を推定することができるのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を好ましい実施形態により説明する。図１に、本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ１は、電気信号と超音波との可逆的変換を行う複数の微小圧電素子がその先端部分に配列されてなる。このプローブ１の形態としては、セクタ対応、リニア対応、コンベックス対応等の中から任意に選択される。
【０００８】
レートパルス発生器２は、超音波の送信レート（毎秒送信回数）を決定するためのレートパルスを周期的に発生する。送受信回路３は、送信系と受信系とを備えており、このうち送信系は、レートパルス発生器２からのレートパルスに適当な遅延時間を与える送信遅延回路と、遅延されたレートパルスに従ってプローブ１の圧電素子に高周波（ｆ0 ）の電圧パルスを供給するパルサとを有している。プローブ１の圧電素子は、この電圧パルスにより、歪み復元を繰り返す（振動する）。これにより、ｆ0 を中心周波数として超音波が発生され、被検体に送信される。
【０００９】
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し、そしてプローブ１に次々と返ってきて、圧電素子を振動させる。これにより、エコーの強度に応じた振幅で電圧信号が発生する。この電圧信号を受信系では、まずプリアンプで増幅し、受信遅延回路で適当な遅延時間を与えから加算することにより、指向性を持ったエコー信号を得る。このエコー信号は、検波され、対数増幅された後、ディジタル信号としてディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）４に供給される。
【００１０】
ディジタルスキャンコンバータ４では、エコー信号は、３０Ｈｚ／ｓｅｃのインタレースのテレビ方式に走査変換され、組織断面画像（Ｂモード画像）を表す一次元のデータ列として出力される。このデータ列に従って、モニタ８ではＢモード画像を濃淡で表示する。
【００１１】
また、ディジタルスキャンコンバータ４から出力されるデータ列に対してゲート回路５で任意のタイミング及び任意の時間幅でレンジゲートをかけて、任意の位置及び大きさのサンプルボリューム内のデータだけを抽出し、これを速度演算処理部６に供給する。ゲート回路５で抽出されたサンプルボリューム内のデータ、つまりエコー信号の強度に基づいて、速度演算処理部６で、当該サンプルボリュームにおける流体（血流）の絶対速度を、比較的高精度で推定する。
【００１２】
ここで推定された血流の絶対速度は、画像合成部７を介してＢモード画像と同一画面に、数値として、また時間変化を表すグラフとして、さらにＢモード画像のサンプルボリュームの位置にそのスカラー量に従って適当な色相で重ねて表示される。
【００１３】
以下にこの絶対速度の推定方法について詳細に説明する。まず、血流に混入する造影剤の存在量とエコー信号の強度との関係、そして超音波の照射による造影剤の挙動について説明する。
【００１４】
この血流の絶対速度を推定するためには、造影剤（微小気泡）を単位時間当たり一定の量で、被検体の血管にある程度の時間継続的に注入される。そして、この造影剤が混入している血流に対して、超音波の送受信を繰り返すのであるが、ここで、周知の通り、血流それ自体（主に血球）での反射強度は、組織の反射強度に対して、１０-2のオーダ、ましてや造影剤の反射強度に対しては、さらにその数分の１のオーダしか無く、従って、造影剤が混入している血流部分からのエコー信号の強度は、その照射時の造影剤の存在量を比較的正確に反映していると考えられる。この造影剤の存在量と、エコー信号の強度との相関は、図２に示すような関係をもって表すことができる。
【００１５】
図３には、連続する２回の超音波照射による造影剤の挙動を模式的に示しており、超音波の照射により、その直前にサンプルボリューム内に存在していた造影剤の殆どが崩壊して、その造影効果を失い（図３（ａ），（ｂ））、そして次の照射までの期間に、新たに造影剤がサンプルボリュームに流入し（図３（ｃ））、今回の照射により、新たに流入してきた造影剤の殆どが崩壊する（図３（ｄ））。
【００１６】
図４には、このような超音波の照射の繰り返しによる造影剤の存在量の時間変化を示している。なお、図４において、Δｔは、サンプルボリュームが存在する同一の超音波走査線に対して超音波を繰り返し照射する繰り返し周期（１／ＰＲＦ）を表している。
【００１７】
以上のように、エコー信号の強度は造影剤の存在量を反映しており、また、前回の照射で殆どの造影剤が崩壊するので、今回の照射により得られるエコー信号の強度は、前回の照射から今回の照射直前までのΔｔの時間のうちに、サンプルボリュームに新たに流入する造影剤の流入量を反映していることになる。
【００１８】
このようにエコー信号の強度から推定できる造影剤の流入量は、血流の絶対速度と、サンプルボリュームの断面積と、流入時間Δｔとに対して主に依存して決まる。このうち、サンプルボリュームの断面積と、流入時間Δｔとは既知であるので、上述のように流入量が分かれば、血流の絶対速度を推定することができるのである。
【００１９】
なお、エコー信号の強度から造影剤の存在量（流入量）を計算し、この流入量とサンプルボリュームの断面積と流入時間Δｔとから血流の絶対速度を計算するようにしてもよいが、実際には、エコー信号の強度と血流の絶対速度との関係（図５参照）を、予め計算しておき、又はファントム等を使って実測しておき、この関係を例えばＲＯＭ化して、リアルタイム処理を可能にすることが好ましいと言える。
【００２０】
このように本実施形態によると、超音波の照射によって造影剤が崩壊するといった造影剤の性質を巧みに利用して、エコー信号の強度から角度依存性のない血流の絶対速度を、推定することができる。しかも、これは、繰り返し周期（１／ＰＲＦ）ごとに得られるので、血流の絶対速度の経時的な変化も観察することができる。なお、この血流の絶対速度は理論的には画素ごとに推定可能であるが、ＳＮ比を考慮すると、実用的には、上述したように、サンプルボリューム内に含まれる複数の画素のデータの総和や平均値を使って、推定することが好ましいと言える。
【００２１】
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。例えば、断面内に複数のサンプルボリュームを設定し、絶対速度の空間分布を生成するようにしてもよい。さらに、造影剤の特徴である非線形現象を利用し、エコー信号に含まれる造影剤反射特有の高調波成分だけを抽出し、この高調波成分の強度に基づいて絶対速度をより高精度で推定するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、血流等の運動流体の絶対速度を比較的高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による超音波診断装置の構成図。
【図２】エコー信号の強度と造影剤の存在量との相関図。
【図３】前回の照射から今回の照射によるサンプルボリューム内での造影剤の挙動を示す図。
【図４】超音波を一定周期Δｔで繰り返し照射したときのサンプルボリューム内の造影剤の存在量の経時的変動を示す図。
【図５】超音波の照射周期Δｔのうちにサンプルボリューム内に新たに流入してくる造影剤の流入量と血流速度との相関図。
【符号の説明】
１…超音波プローブ、
２…レートパルス発生器、
３…送受信回路、
４…ディジタルスキャンコンバータ、
５…ゲート回路、
６…速度演算処理部、
７…画像合成部、
８…モニタ。
【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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