(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送波しそのエコーを受信する送受信手段と、
前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入しない状態で前記送受信手段により得たエコーに含まれている高調波エコーの漏れ成分を算出する算出手段と、
前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入した状態で前記送受信手段により得た高調波エコーから前記漏れ成分を差し引く差引手段と、
前記差し引き後の高調波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、
前記差引手段において差し引かれた高周波エコーは音線データであるＢモード画像データであり、
前記算出手段及び前記差引手段は前記送受信手段と前記画像生成手段とに接続されたＢモード処理手段に含まれており、
前記画像生成手段は、前記Ｂモード処理手段から出力された前記音線データを変換して表示手段に表示する前記画像を生成することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波撮像装置において、
前記Ｂモード処理手段は、前記送受信手段から出力されたエコー信号をフーリエ変換するＦＦＴ手段と、前記差引手段から出力された信号を逆フーリエ変換するｉＦＦＴ手段とを有しており、
前記算出手段は、前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入しない状態で得た前記ＦＦＴ手段からの周波数スペクトラムに基づいて前記送受信手段が送波した超音波の基本波からのスペクトラム漏れを表す係数を求める係数演算部と、前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入した状態で得た前記ＦＦＴ手段からの周波数スペクトラム及び前記係数演算部で求められた前記係数に基づき前記基本波からのスペクトラム漏れをシミュレーションによって生成するスペクトラムシミュレーション部とを有しており、
前記差引手段は、前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入した状態で得た前記ＦＦＴ手段からの周波数スペクトラムから前記スペクトラムシミュレーション部で生成したスペクトラム漏れを差し引くことを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の超音波撮像装置において、
前記Ｂモード処理手段は、前記算出手段及び前記差引手段を有する高周波処理手段と、前記送受信手段が送波した超音波の基本波に相当する周波数を有するエコー信号を処理して音線データであるＢモード画像データを形成する基本波処理手段とを有することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波撮像装置において、
前記基本波処理手段で形成されたＢモード画像データに基づく組織の断層像と前記高周波処理手段で形成されたＢモード画像データに基づく高周波エコー像とを合成して前記表示手段にその合成画像を表示させ、
前記合成画像において、前記組織の断層像の表示色と前記高周波エコー像の表示色とは互いに異なることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の超音波撮像装置において、
前記送受信手段は、前記マイクロバルーンの殻を破壊しない超音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、超音波撮像方法および装置並びにマイクロバルーン(micro baloon)破壊方法に関し、特に、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体についての超音波撮像方法および装置、並びに、被検体に注入したマイクロバルーンの破壊方法に関する。
【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、生体に無害かつ経時分解性の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は、非直線的なエコー(echo)源性により、例えば第２高調波等の特徴的な高調波エコーを発生するので、それに基づいて画像を生成することにより、体内における造影剤の分布を画像化する。
【０００３】
マイクロバルーン造影剤を用いた造影撮像には、マイクロバルーンの殻を破壊しない超音波を送波し、第２高調波エコーに基づく画像を生成する非破壊モード(mode)と、マイクロバルーンの殻を破壊する超音波を送波し、殻の破壊時に発生するサブハーモニックス(subharmonics)エコーを利用して画像を生成する破壊モードとがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波送受信系の非直線性や被検体内の超音波伝播の非線形性等により、マイクロバルーン造影剤を含まない体内組織からのエコーにも第２高調波成分等が不可避的に含まれる。この現象を、本書では仮に基本波からのスペクトラム(prectrum)の漏れと呼ぶ。このスペクトラムの漏れのため、第２高調波エコーから画像を生成すると、組織像も一緒に画像化され、造影剤像の識別が困難になるという問題がある。
【０００５】
また、破壊モードで撮像した場合、マイクロバルーンの破壊された殻から気泡が放出される。この気泡は瞬時には消滅せず、血液等に溶解して消滅するまである時間体内に存在し続ける。したがって、この気泡も造影剤として利用可能であるが、従来は、これを造影に利用するという発想がなく、ただ気泡の消滅を待つのみであった。
【０００６】
また、破壊モードで撮像する場合、送波超音波の音圧をマイクロバルーンの殻を破壊するに足るレベル(level) まで上げる必要があるが、生体に対する安全性の観点からなるべく低い音圧で確実に破壊することが望まれる。
【０００７】
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、マイクロバルーン造影撮像を効果的に行う超音波撮像方法および装置を実現することである。また、マイクロバルーンの殻の破壊後に生じる気泡を利用して造影撮像を行う超音波撮像方法および装置を実現することを目的とする。さらには、マイクロバルーンを能率良く破壊するマイクロバルーン破壊方法を実現することを目的とする。
【０００８】
【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、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体に超音波を送波し高調波エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、前記被検体に前記マイクロバルーン造影剤を注入しない状態で得たエコーに含まれている前記高調波エコーの漏れ成分を求め、前記被検体に前記マイクロバルーン造影剤を注入した状態で得た高調波エコーから前記漏れ成分を差し引き、前記差し引き後の高調波エコーに基づいて画像を生成する、ことを特徴とする。
【０００９】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体に超音波を送波しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する音圧を持つ第１の超音波を送波し、前記第１の超音波の送波から時間をおいて第２の超音波を送波し、前記第２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。
【００１０】
（３）上記の課題を解決する第３の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査し各音線上のエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、隣合う少なくとも３つの音線に跨がるビーム幅を有し、中央の音線上では前記マイクロバルーン造影剤中のマイクロバルーンの殻を破壊するに足る音圧であり、両側の音線では前記マイクロバルーンの殻を破壊するに足りない音圧であるビームプロファイルを有する超音波を送波し、前記両側の音線のうち前記中央の音線から見て前記音線順次の走査方向とは反対側にある音線に沿ってエコーを受信し、前記エコーに基づいて画像を生成する、ことを特徴とする。
【００１１】
（４）上記の課題を解決する第４の発明は、被検体に超音波を送波しそのエコーを受信する送受信手段と、前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入しない状態で前記送受信手段により得たエコーに含まれている高調波エコーの漏れ成分を算出する算出手段と、前記被検体にマイクロバルーン造影剤を注入した状態で前記送受信手段により得た高調波エコーから前記漏れ成分を差し引く差引手段と、前記差し引き後の高調波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。
【００１２】
（５）上記の課題を解決する第５の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体に前記マイクロバルーン造影剤におけるマイクロバルーンの殻を破壊する音圧を持つ第１の超音波を送波し、前記第１の超音波の送波から時間をおいて第２の超音波を送波する送波手段と、前記第２の超音波に対するエコーを受信する受信手段と、前記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。
【００１３】
（６）上記の課題を解決する第６の発明は、マイクロバルーン造影剤を注入した被検体を超音波ビームにより音線順次で走査し各音線上のエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、隣合う少なくとも３つの音線に跨がるビーム幅を有し、中央の音線上では前記マイクロバルーン造影剤中のマイクロバルーンの殻を破壊するに足る音圧となり、両側の音線では前記マイクロバルーンの殻を破壊するに足りない音圧となるビームプロファイルを有する超音波を送波する送波手段と、前記両側の音線のうち前記中央の音線から見て前記音線順次の走査方向とは反対側にある音線に沿ってエコーを受信する受信手段と、前記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。
【００１４】
（７）上記の課題を解決する第７の発明は、マイクロバルーンを注入した被検体に最初の半サイクルが負圧となる超音波を送波する、ことを特徴とする。
なお、第１の発明または第４の発明おいて、高調波エコーの周波数領域への漏れ成分とは、前述の基本波からのスペクトラムの漏れを意味する。
【００１５】
第１の発明または第４の発明において、前記高調波エコーからの前記漏れ成分の差引はフーリエ変換された周波数ドメインの信号同士で行うことが、リアルタイム性の良い造影撮像を行う点で好ましい。
【００１６】
第２の発明または第５の発明において、前記第１の超音波は最初の半サイクルが負圧であることが、マイクロバルーンの殻を能率良く破壊する点で好ましい。
また、第２の発明または第５の発明において、前記第１の超音波は、そのビームの横断面内に撮像用の複数の音線を含むことが、マイクロバルーンの殻の破壊の能率を上げる点で好ましい。
【００１７】
第３の発明または第６の発明において、前記中央の音線から見て前記音線順次の走査方向側にある音線に沿ってエコーを受信し、それに基づいて画像を生成することが、マイクロバルーンの殻の破壊前の画像を得る点で好ましい。
【００１８】
第７の発明において、前記超音波の波形が１サイクルで終わることが、マイクロバルーンの殻の破壊能率を上げる点で好ましい。
（作用）
第１の発明または第４の発明では、信号の差し引きにより、マイクロバルーン造影剤によらない高調波エコーを除去する。
【００１９】
第２の発明または第５の発明では、マイクロバルーンの殻の破壊と超音波撮像との間に時間をあけて、殻から放出された気泡の状態が整定した後に撮像を行う。
【００２０】
第３の発明または第６の発明では、エコー受信用の音線が通過する領域が、１音線前に送波超音波ビームの中心が通過してマイクロバルーンの殻を破壊した領域となる。
【００２１】
第７の発明では、負圧から始まる超音波を印加することにより、マイクロバルーンを能率良く破壊する。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
（構成）
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、例えば前方に張り出した円弧に沿って形成された図示しない超音波振動子アレイ(array) を有する。すなわち、超音波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)となっている。超音波プローブ２は、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、マイクロバルーン造影剤４０が注入されている。
【００２５】
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、本発明における送受信手段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。また、本発明における受信手段の実施の形態の一例である。
【００２６】
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(beam former) ６０４に入力するようになっている。
【００２７】
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(beam forming)信号、すなわち、超音波振動子アレイ中の複数の超音波トランスデューサ(transducer)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。駆動信号は振幅および波形が可変となっている。
【００２８】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号をセレクタ(selector)６０８に入力するようになっている。セレクタ６０８は、超音波振動子アレイの中から送波アパーチャ(aperture)を形成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動信号をそれぞれ与えるようになっている。
【００２９】
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発生する。それら超音波の波面合成によって超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって定まる。
【００３０】
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。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換えることにより順次変更される。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。
【００３１】
セレクタ６０８は、また、超音波トランスデューサのアレイの中から受波アパーチャを形成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波トランスデューサが受波した複数のエコー信号を送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００３２】
送受切換回路６０６は、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、複数のエコー信号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受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上のエコー受信信号を形成するようになっている。セレクタ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査される。
【００３３】
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。
超音波プローブ２および送受信部６によって、例えば図３に示すような走査が行われる。すなわち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０６がθ方向に走査され、いわゆるコンベックススキャン(convex scan) が行われる。音線２０２を超音波の送波方向（ｚ方向）とは反対方向に延長したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全ての音線の発散点となる。
【００３４】
送受信部６はＢモード(mode)処理部１０に接続され、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、図４に示すように基本波処理部１１０および高調波処理部１１２を備えており、それらに受波ビームフォーマ６１０の出力信号が入力される。
【００３５】
基本波処理部１１０は、入力信号につき、送波超音波の基本波に相当する周波数を持つ信号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(mode)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画像データを生成する。
【００３６】
高調波処理部１１２は、入力信号につき、送波超音波の高調波に相当する信号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(mode)画像データを形成するようになっている。すなわち、高調波処理部１１２は、高調波エコーに基づく画像データを生成する。
【００３７】
高調波エコーは第２高調波エコーを主体とする。それに限らず、マイクロバルーン造影剤のエコーに含まれる他の次数の高調波エコーをも利用して差支えない。高調波処理部１１２については、のちにあらためて説明する。
【００３８】
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から入力されるデータに基づいてＢモード画像を生成するものである。
【００３９】
画像処理部１４は、図５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(prosessor) １４８を備えている。
【００４０】
Ｂモード処理部１０から音線毎に入力された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内には音線データ空間が形成される。
【００４１】
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ものである。
【００４２】
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。
【００４３】
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の制御の下で、超音波撮像が遂行される。
【００４４】
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。
【００４５】
図６に、高調波処理部１１２の要部のブロック図を示す。同図に示すように、高調波処理部１１２は、レンジゲート(range gate)部１１４を有し、入力信号をレンジゲートしてＦＦＴ(fast Fourie transform) 部１１６に入力するようになっている。
【００４６】
ＦＦＴ部１１６は、入力信号をＦＦＴ処理すなわちフーリエ(Fourie)変換して時間ドメイン(domain)の信号を周波数ドメインの信号に変換し、その出力信号を、切換部１１８を通じて係数演算部１２０またはスペクトラムシミュレーション(sprectrum simulation)部１２２に選択的に入力するようになっている。スペクトラムシミュレーション部１２２は、本発明における算出手段の実施の形態の一例である。スペクトラムシミュレーション部１２２への入力信号は、引算部１２４にも共通に入力される。引算部１２４は、本発明における差引手段の実施の形態の一例である。
【００４７】
引算部１２４は、ＦＦＴ部１１６の出力信号からスペクトラムシミュレーション部１２２の出力信号を引算してｉＦＦＴ(inverse fast Fourie transform) 部１２６に入力するようになっている。ｉＦＦＴ部１２６は、引算部１２４の出力信号をｉＦＦＴ処理して周波数ドメインの信号を時間ドメインの信号に戻すようになっている。
【００４８】
係数演算部１２０は、切換部１２０を通じて与えられる入力信号に基づいて基本波からのスペクトラム漏れを表す係数を求めるようになっている。この係数は、マイクロバルーン造影剤４０を注入しない状態で、被検体４を超音波で走査して得たエコーのＦＦＴ結果から求めるようにしている。係数の大小は、スペクトラム漏れの大小に対応する。
【００４９】
すなわち、レンジゲート部１１４でレンジゲートした区間のエコー信号を、ＦＦＴ部１１６でＦＦＴ処理して周波数スペクトラムを求め、この周波数スペクトラムから、係数演算部１２０により、高調波すなわち基本波からの漏れスペクトラムの個々の成分の構成比を表す係数列を求める。これを音線上の全区間について行い、また、走査範囲の全音線について行う。このようにして求めた係数列をスペクトラムシミュレーション部１２２に与える。
【００５０】
スペクトラムシミュレーション部１２２は、造影撮像時に切換部１２０を通じてＦＦＴ部１１６から入力される信号に基づいて、基本波からのスペクトラム漏れをシミュレーションするようになっている。
【００５１】
すなわち、被検体４にマイクロバルーン造影剤４０を注入して行う造影撮像時に、レンジゲート部１１４でレンジゲートした区間のエコー信号を、ＦＦＴ部１１６でＦＦＴ処理して周波数スペクトラムを求め、この周波数スペクトラムと前記係数列に基づき、スペクトラムシミュレーション部１２２により、基本波からのスペクトラム漏れをシミュレーションによって生成する。なお、係数列は、音線およびレンジゲート区間が入力信号のそれと対応するものが利用される。
【００５２】
このように生成した漏れスペクトラムを、引算部１２４でＦＦＴ部１１６の出力信号から引算することにより、漏れスペクトラムを含まない高調波のスペクトラムを得る。これによって、ｉＦＦＴ部１２６から漏れスペクトラムを含まない高調波信号を時間ドメインの信号として得る。これを音線上の全区間について行い、また、走査範囲の全音線について行う。
【００５３】
以上の、ＦＦＴ部１１６乃至ｉＦＦＴ部１２４は、例えば、コンピュータ等を用いて構成する。
（動作）
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。
【００５４】
操作者は、撮影に先立ち、被検体４にマイクロバルーン造影剤４０を注入しない状態で、造影撮像予定範囲について超音波による予備走査を行い、エコー信号に基づき係数演算部１２０により前述のような係数算出を行う。その後に、マイクロバルーン造影剤４０を被検体４に注入して造影撮像を開始する。
【００５５】
先ず、非破壊モードでの造影撮像について説明する。送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。超音波の送波レベルはマイクロバルーンの殻を破壊しない程度に設定されている。音線がマイクロバルーン造影剤４０の注入部位を走査したとき、エコーには、体内組織からの基本波エコーに加えて、マイクロバルーン造影剤４０からの高調波エコーが含まれる。高調波エコーの主体は、第２高調波エコーである。これらのエコーの混在した信号が、送受信部６からＢモード処理部１０に入力される。
【００５６】
Ｂモード処理部１０は、基本波処理部１１０により基本波エコーに基づくＢモード画像データを形成する。高調波処理部１１２は、高調波エコーに基づくＢモード画像データを形成する。高調波処理部１１２は、スペクトラムシミュレーション部１２２と引算部１２４の働きにより、基本波からのスペクトラム漏れを除いた高調波エコーに基づくＢモード画像データを生成するので、マイクロバルーン造影剤４０のみを示す画像データが得られる。
【００５７】
スペクトラムシミュレーション部１２２と引算部１２４によるスペクトラム漏れの除去は高速に行われ、マイクロバルーン造影剤４０の画像データが音線走査にともなってリアルタイム(real time) で得られる。
【００５８】
これらの画像データは画像処理部１４の音線データメモリ１４２にそれぞれ記憶される。これによって、音線データメモリ１４２内に、Ｂモード画像データについての２系統の音線データ空間が形成される。
【００５９】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２の２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でそれぞれ走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。
【００６０】
画像処理プロセッサ１４８は、２系統のＢモード画像を別々な領域に書き込む。基本波エコーによるＢモード画像は、走査面における体内組織の断層像を示すものとなる。高調波エコーによるＢモード画像は、走査面におけるマイクロバルーン造影剤４０の所在を示すものとなる。
【００６１】
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７に示すように、組織の断層像１６０と高調波エコー像１６２との合成画像を表示させる。組織の断層像１６０と高調波エコー像１６２はそれぞれ表示色を違えて表示する。これにより、組織に対する位置関係が明確な造影剤像を得ることができる。
【００６２】
次に、破壊モードでの撮像について説明する。本発明では、マイクロバルーンの殻を破壊して気泡を放出させ、この気泡を高調波エコー源として造影撮像を行う。殻から放出された気泡は瞬時には消滅せず、血液等に溶解して消滅するまである時間体内に存在し続ける。したがって、この気泡も一種の造影剤として利用可能である。
【００６３】
先ず、マイクロバルーンの殻を破壊するための超音波を送波する。そのような超音波として、図８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用いられる。そのような超音波は、例えば最初の半サイクルが負極姓の駆動信号等によって発生させる。
【００６４】
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、その殻が破壊する。特に、超音波伝播の非線形性により、例えば図８の（ｂ）に示すように、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、ますます破壊に有利に作用する。このため、比較的低い音圧でも殻を破壊することが可能であり、能率が良い。また、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。
【００６５】
なお、この正のサイクルで音圧波形が終わり、その後に波形がないか、あるいは、図８の（ａ）に破線で示すようにできるだけ小さな波形であることが、負圧の印加時間を効果的に延ばす点で好ましい。また、このような超音波を用いれば、造影剤としてのマイクロバルーンに限らず、例えば、薬剤等を封入したマイクロバルーンないしマイクロカプセル(micro capsule) を、被検体内で破壊することも可能である。
【００６６】
これに対して、図９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８の場合よりもマイクロバルーンの殻の破壊効果が劣る。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音圧レベルを高める必要がある。
【００６７】
図８の（ａ）に示したような超音波を送受信部６によって送波してマイクロバルーンの殻を破壊し、放出気泡を利用して造影撮像を行う。なお、マイクロバルーンの殻の破壊には、図９の（ａ）に示したような超音波を用いても良いのは勿論である。
【００６８】
本発明者は、破壊モードで撮像する場合、殻の破壊に用いた超音波のエコーを利用するよりも、その後に送波する超音波のエコーを利用したほうが好結果が得られることを見出した。
【００６９】
これは、殻の破壊後、放出気泡の状態が落ち着く（整定する）までにある程度の時間がかかるためと考えられる。そこで、送受信部６は、次のようなシーケンス(sequence)で超音波の送受信を行う。なお、以下、マイクロバルーンの殻の破壊を単にマイクロバルーンの破壊という。
【００７０】
図１０に、超音波送受信シーケンスを模式的に示す。同図に示すように、最初の期間３０において、マイクロバルーンを破壊するための超音波を送波する。マイクロバルーンを破壊するための超音波は、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。この超音波は、例えば、音圧が０．５ＭＰａ以上、周波数が０．５〜１ＭＨｚ、送波時間が１〜数μＳである。送波用の駆動波形としては、図８の（ａ）に示したものを用いるのが有利である。それに限らず、図９の（ａ）に示したものを用いても良いのは勿論である。また、超音波ビームの太さまたは走査範囲を調整を調整し、破壊の範囲が所望の範囲となるようにする。
【００７１】
次に、期間３２において、超音波の送波および受波を停止し待ちの状態に入る。待ち時間は、マイクロバルーンの種類に応じた破壊の進行速度に合わせて、例えば、数μＳ〜数ｍＳとする。この間に、マイクロバルーンの破壊が完了し、また、殻から放出された気泡の状態が整定する。
【００７２】
このような待ち時間を入れる効用は、放出気泡の整定に加えて、この間に破壊用超音波によって生じる雑多なエコーが消えつくすことにもあり、また、振動子駆動用の電圧を、破壊用の電圧から撮像用の電圧に切り換える時間を与えることにもある。
【００７３】
次に、期間３４において、撮像用の超音波送波およびエコーの受波を行う。撮像用の超音波は、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。このときの送波超音波は、例えば、音圧が０．５ＭＰａ未満、周波数が１．５〜１．８ＭＨｚである。超音波ビームの走査範囲はマイクロバルーンの破壊範囲とする。撮像期間３４の長さは、例えば、数ｍＳ〜数Ｓである。
【００７４】
以上のシーケンスを所望の破壊範囲ごとに繰返すことにより、被検体４内を走査し、高調波エコーに基づいて造影剤像を生成する。超音波プローブ２が２次元の超音波振動子アレイを有するときは、例えば、図１１に示すように、太い超音波ビーム２０８による破壊を行い、その有効破壊範囲２１０内の例えば４×４のマトリクス(matrix)に対応する各音線２０２に沿って、撮像用の超音波を逐次送受波するようにしても良い。これは、１回の送波当たりの破壊能率を高める点で好ましい。なお、図１１では、超音波ビーム２０８および各音線２０２を超音波の送受方向に垂直な断面図すなわち横断面図で示す。
【００７５】
図１２に、上記とは別な形態によりマイクロバルーンの破壊とエコー受信を行う例を示す。同図に示すように、この例では  隣合う３つの音線２０ｎ−１，２０ｎ，２０ｎ＋１にまたがる幅ないし横断面を持つ送波超音波を用いる。音線２０ｎ−１，２０ｎ，２０ｎ＋１は、この順序に走査されるものである。
【００７６】
幅方向ないし横断面内での音圧の強度プロファイル(profile) ２１２は、中心となる音線２０ｎ上ではマイクロバルーンを破壊するのに十分な音圧とし、両側の音線２０ｎ−１，２０ｎ＋１上ではマイクロバルーンを破壊しない音圧としている。
【００７７】
このような送波超音波により音線順次で２次元領域２０６を走査しつつ、音線２０ｎ上の送波に対するエコーを、音線２０ｎ−１に沿って受信する。音線２０ｎ−１は、１回前の送波時にマイクロバルーンを破壊する超音波が通過したところであり、しかも、マイクロバルーンの破壊から１ＰＲＴ(pulse repetition time) の時間が経過している。したがって、この音線上ではすでにマイクロバルーンが破壊され、気泡が十分に放出されている。
【００７８】
このため、音線２０ｎ−１に沿って気泡からの高調波エコーを受信することができ、それに基づいて影剤剤像を生成することができる。この撮像は、気泡撮像のための超音波を新たに送波する必要がないので能率が良い。また、強度プロファイル２１２を適切に定めることにより、図示しない音線２０ｎ−２、すなわち、前前回の送波で破壊された部分のエコーを受信することもできる。これによって、２ＰＲＴ後の気泡の状態を画像化することができる。
【００７９】
また、音線２ｎ＋１のエコーを利用して画像を生成することができる。この画像はマイクロバルーンの破壊前の状態を画像化したものとなる。すなわち、非破壊モードでの造影撮像を行うことができ、１フレーム(frame) の超音波走査で非破壊モードの撮像と破壊モードの撮像を一挙に行うことができる。しかも、音線２ｎ−２のエコーをも利用すれば破壊モードの造影剤像を２種類得ることができる。
【００８０】
非破壊モードでの造影画像と破壊モードでの造影画像との差分を音線が同一なもの同士で求めれば、両者に共通に含まれる不要成分を除去することができる。また、破壊前後の造影剤像の差分画像は新たな診断情報を提供する。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、マイクロバルーン造影撮像を効果的に行う超音波撮像方法および装置を実現することができる。また、マイクロバルーンの殻の破壊後に生じる気泡を利用して造影撮像を行う超音波撮像方法および装置を実現することができる。また、マイクロバルーンを能率良く破壊するマイクロバルーン破壊方法を実現することができう。
【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よる音線走査の概念図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図５】  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６】  本発明の実施の形態の一例の装置における高調波処理部のブロック図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置における表示画像の模式図である。
【図８】  本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図９】  本発明の実施の形態の一例の装置における送波信号の一例を示す波形図である。
【図１０】  本発明の実施の形態の一例の装置における超音波送受波のシーケンスを示す模式図である。
【図１１】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるマイクロバルーン破壊用超音波ビームの横断面を示す模式図である。
【図１２】  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。
【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
６０８  セレクタ
６１０  受波ビームフォーマ
１１０  基本波処理部
１１２  高調波処理部
１４０  バス
１４２  音線データメモリ
１４４  ディジタル・スキャンコンバータ
１４６  画像メモリ
１４８  画像処理プロセッサ
２００  放射点
２０２  音線
２０４  円弧
２０６  ２次元領域
２０８  発散点
１１４  レンジゲート部
１１６  ＦＦＴ部
１１８  切換部
１２０  係数演算部
１２２  スペクトラムシミュレーション部
１２４  引算部
１２６  ｉＦＦＴ部
１６０  組織の断層像
１６２  高調波エコー像
２０８  超音波ビーム
２１０  有効破壊範囲
２０ｎ−１，２０ｎ，２０ｎ＋１  音線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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