JP2000005167A

JP2000005167A - 超音波送波方法および装置並びに超音波撮像装置

Info

Publication number: JP2000005167A
Application number: JP10172692A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Takeuchi; 康人竹内
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JP4083875B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】連続する複数の波を持つ超音波を送波す
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
し、サブハーモニックエコーを確実に生じさせる。

Description

【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４
０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(beamfor
ming) 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２
０２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２０
６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１
４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(d
ata 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１
４６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１０Ｂ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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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。
【請求項３】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。