JPH09224939A - 非線形超音波影像システムの感度を上げる方法 - Google Patents

非線形超音波影像システムの感度を上げる方法

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JPH09224939A JP9023489A JP2348997A JPH09224939A JP H09224939 A JPH09224939 A JP H09224939A JP 9023489 A JP9023489 A JP 9023489A JP 2348997 A JP2348997 A JP 2348997A JP H09224939 A JPH09224939 A JP H09224939A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置において非線形応答の検出の
感度を上げる。 【解決手段】 第２次高調波のような非線形応答に対す
る感度の高い影像は、多数の励起レベルの音線による超
音波応答測定により達成することができる。多数の励起
レベル（Ｖ１、Ｖ２）の音線によって得られた応答をそ
れぞれ、その励起レベルの差に対応する量でゲイン補正
し（例えば、増幅器１８のゲイン＝１、増幅器２０のゲ
イン＝Ｖ１／Ｖ２）、次いで減算する（アキュムレータ
２８）。この減算により線形応答の大部分が除去され、
残ったものを非線形応答に対応するものとすることがで
きる。最後にこの減算された信号は音線の一つに加算さ
れ（アキュムレータ３８）、この二つの信号の影像が同
時にビデオ表示装置４０に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波影像システムに関
する。特に、本発明は超音波後方散乱からの非線形応答
の検出の感度を上げることを目的としている。
【０００２】
【従来の技術】医用超音波影像システムは衝突する超音
波エネルギが線形応答を生ずるという前提のもとに設計
されてきた。線形であるためには、システムは下記方程
式に従わなければならない。x1(t)がシステム入力で、y
1(t)が対応する出力であり、且つx2(t)がシステム入力
で、y2(t)が対応する出力であるとすれば、入力を（a*x
1(t)+b*x2(t)）としたとき（a*y1(t)+b*y2(t)）を出力
として生ずる。
【０００３】現在の研究傾向は、超音波エネルギに対す
る非線形応答を研究することに集中している。たとえ
ば、衝突する超音波エネルギに対する第２次高調波応答
を与える幾つかのコントラスト剤が見いだされており、
この応答を使用してその周りの組織についての診断情報
を増加させることができる。第２次高調波応答は、増大
する超音波圧力のもとで薬剤が基本波にではなく、その
高調波にエネルギを写すときに生ずる。
【０００４】Johnson他が米国特許第5,456,257号に開示
した従来技術の一つの診断システムでは、微小気泡を破
壊する特徴を有する超音波エネルギが伝送されることに
より、患者の身体内において微小気泡で覆われたコント
ラスト剤の存在が検出される。診断システムは微小気泡
の破壊を、フェーズ・インセンシティブ検出（phaseins
ensitive detection）および二つの連続する超音波伝送
から受け取った反響を区別することにより検出する。微
小気泡の破壊を異常補正（aberration correction）の
ための音響エネルギの点源として使用し、それによりビ
ームフォーマのタイミングを、検出された微小気泡破壊
事象から生ずるビームフォーマ信号を解析することによ
り調節することもできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】血液速度の非線形応答
を運動によって誘導される信号（motion induced signa
ls）から明らかに区別できるような方法で、微小気泡破
壊の結果を検出することができることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】非線形応答（たとえば、
第２次高調波）に対する感度が高い影像は、多数の励起
レベルによる超音波応答測定により達成することができ
る。多数の励起レベルから集められた応答を、その励起
レベルの差に対応する量でゲイン補正し、次いで減算す
る。この減算により線形応答の大部分が除去され、残っ
ているものを非線形応答に対応するものとすることがで
きる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の図解である。トランスジュー
サ10は送信/受信（Ｔ/Ｒ）スイッチ12に接続されてい
る。Ｔ/Ｒスイッチ12には二つの入力、すなわち第１の
音線12Ａおよび第２の音線12Ｂがある。Ｔ/Ｒスイッチ1
2は更にＴＧＣ（Total Gain Control）増幅器14に接続
されている。ＴＧＣ増幅器14は第１のビームフォーマ16
に接続されている。第１のビームフォーマ16は第１およ
び第２のゲイン増幅器18、20に接続されている。各ゲイ
ン増幅器18、20は、アナログ・ディジタル変換器22に接
続されている。該アナログ・ディジタル変換器は更に第
１の音線記憶ユニット24Ａおよび第２の音線記憶ユニッ
ト24Ｂに接続されている。二つの記憶ユニツト24Ａ、24
Ｂは第１のアキュムレータ28に接続されている。カラー
ライザ30が第１のアキュムレータ28と第１の後処理装置
32との間に接続されている。エンベロープ検出器34は第
１のゲイン増幅器18と第２の後処理装置36との間に接続
されている。第２のアキュムレータ38の入力は第１およ
び第２の後処理装置32、36に接続されており、その出力
は表示装置40に接続されている。
【０００８】Ｔ/Ｒスイッチ12は回路の送信機部分を受
信機部分から分離する。送信機回路は、各送信間（各音
線間）において可変である送信パワーを考慮しており、
これを図にＶ１およびＶ２の送信パワーでの励起として
図示してある。信号はＴＧＣ増幅器14に受信される。Ｔ
ＧＣ段の出力は、ゲインが音線間で可変であるもう一つ
のゲイン増幅器（18, 20）に進む。図では、第１の音線
のゲインは１であり、第２の音線のゲインはＶ１/Ｖ２
である。ＴＧＣの出力は次にビームフォーミングされ、
濾過され、同相（Ｉ）および直角位相（Ｑ）ベースバン
ド信号に復調される。この信号は次にエンベロープ検出
され、メモリに記憶される。記憶装置は、異なる各励起
レベルで生ずる多数の送信それぞれについて利用可能で
ある。ブロック図で、第１の音線およびゲイン補正され
た第２の音線はメモリに記憶され、次に減算される。こ
の減算された信号は音線の一つ（たとえば、第１の音
線）に加算されるが、この音線も圧縮され、走査変換
（scan-converted）され、後処理されている。そして、
この二つの信号の影像を同時にビデオ表示装置に示す。
【０００９】図２は図１に示すブロック図に対応する流
れ図を示す。ステップ100で、第１のパワー設定値で第
１の応答を励起し、測定する。ステップ110で、第２の
パワー設定値で第２の応答を励起し、測定する。ステッ
プ120で、第１の応答を第２のパワー設定値に合わせて
スケーリングして投射応答を作る。この方法は投射応答
に対する直線近似に依存している。ステップ130で、投
射応答を第２の応答から減じて非線形応答を決定する。
超音波が投射されている対象が線形応答を示すものであ
れば、結果は０になる。
【００１０】散乱の見かけの断面の値（the value of a
scatter's apparent cross-section）は送信パワーと
共に変わり、組織についておよび微小気泡について異な
る。たとえば、D. T. MillerがUltrasonicsの1981年９
月号で「Ultrasonic Detection of Resonant Cavitatio
n Bubbles in a Flow Tube by their Second-HarmonicE
missions」と題して述べているように、気泡は、その応
答により第２次高調波成分が入射圧力の二乗の関数とし
て発生するような応答を示すように示されてきた。
【００１１】異なるパワー設定値は幾つかの仕方の一つ
により達成することができる。異なるパワー設定値を達
成する好適方法は送信電圧を変えることによる。これに
よって送信波の圧力振幅が変化する。
【００１２】代わりに、異なるパワー設定値を、トラン
スジューサアセンブリの開口の大きさを制御することに
より達成することができる。これは、合成開口を使用し
て横方向または縦方向の寸法において行なうことができ
る。開口を二つ以上のグループに分け、音線を各グルー
プから別々に発射させる。継続する受信情報を記憶す
る。次に開口全体から同じ方向に音線を発射させ、その
受信反響を記憶する。この実施例では、スケーリングす
るステップに二つの更に小さい開口からの応答をビーム
フォーミングしてこれを開口全体から減算することによ
り、非線形応答を決定するステップが含まれている。
【００１３】送信出力を制御する他の方法は、配列を成
すエレメントの中のサブセットを励起し、スケーリング
したサブセット応答を配列全体の応答と比較することで
ある。これは、開口の過小サンプリングから生ずるグレ
ーティングローブや、開口の中心に関する非対称性から
生ずるステアリング・エラーを極小にするように行なわ
なければならない。
【００１４】本発明を二つの励起レベルを用いて例示し
てきたが、Ｎ個の励起レベルを適用し、対応するＮ個
（Ｎ≧２）の応答のうちで非線形応答に対する所望の感
度を与えるものを選択することにより、当業者はこの概
念を拡張することができる。
【００１５】〔実施態様〕なお、本発明の実施態様の例
を以下に示す。
【００１６】〔実施態様１〕 組織および気泡の非線形
応答を測定する方法において、第１のパワー設定値で第
１の応答を励起し、測定するステップ（100）と、前記
第１のパワー設定値より高い第２のパワー設定値で第２
の応答を励起し、測定するステップ（110）と、前記第
２のパワー設定値に対する前記第１の応答をスケーリン
グして投射応答を作るステップ（120）と、前記投射応
答を前記第２の応答から減じて非線形応答を決定するス
テップ（130）とを設けて成る方法。
【００１７】〔実施態様２〕 前記第１および第２のパ
ワー設定値は電圧レベルであることを特徴とする、実施
態様１に記載の方法。
【００１８】〔実施態様３〕 前記第１の応答を励起し
測定するステップには、いくつかのトランスジューサア
センブリだけが活性化されるように、開口を縮小するこ
とによって前記第１のパワー設定値を選択するステップ
が含まれることを特徴とする、実施態様１に記載の方
法。
【００１９】〔実施態様４〕 前記開口を縮小するステ
ップには、トランスジューサアセンブリのエレメントの
サブセットを対称的に励起させるステップが含まれるこ
とを特徴とする、実施態様３に記載の方法。
【００２０】〔実施態様５〕 前記開口を縮小するステ
ップには、合成開口を使用してトランスジューサアセン
ブリを２つのグループに区分するステップと、前記２つ
のトランスジューサアセンブリのグループの各々から音
線を発射するステップとがさらに含まれ、前記第２の応
答を励起し測定するステップには、前記音線を発射した
グループ内の開口を全て励起させるステップがさらに含
まれ、前記スケーリングするステップには、前記２つの
グループからの応答を分類し、前記分類した応答を前記
第２の応答と比較して気泡および組織の非線形応答を決
定するステップが含まれることを特徴とする、実施態様
３に記載の方法。
【００２１】〔実施態様６〕 前記第１のパワー設定値
は前記第２のパワー設定値の半分であることを特徴とす
る、実施態様２に記載の方法。
【００２２】〔実施態様７〕 組織および気泡の非線形
応答を測定する方法において、少なくとも２つのレベル
の異なるパワー設定値を有するパワー設定値群のうちの
第１のパワー設定値で第１の応答を励起し、測定するス
テップと、前記パワー設定値群のうちの第２のパワー設
定値で第２の応答を励起し、測定するステップと、前記
第２のパワー設定値に対する第１の応答をスケーリング
して投射応答を作るステップと、前記投射応答を前記第
２の応答から減算して非線形応答を決定するステップと
を設けて成る方法。
【００２３】〔実施態様８〕 前記パワー設定値群内の
異なるパワーレベルは電圧レベルであることを特徴とす
る、実施態様７に記載の方法。
【００２４】〔実施態様９〕 前記第１の応答を励起し
測定するステップには、いくつかのトランスジューサア
センブリだけが活性化されるように開口を縮小すること
により、パワー設定値群のうちの１つを選択するステッ
プが含まれることを特徴とする、実施態様８に記載の方
法。
【００２５】〔実施態様１０〕 前記開口を縮小するス
テップには、トランスジューサアセンブリのエレメント
のサブセットを対称的に励起させることが含まれること
を特徴とする、実施態様９に記載の方法。
【００２６】〔実施態様１１〕 前記開口を縮小するス
テップには、合成開口を使用してトランスジューサアセ
ンブリを２つのグループに区分するステップと、前記２
つのグループの各々から音線を発射させるステップとが
さらに含まれ、前記第２の応答を励起し測定するステッ
プには、前記音線を発射したグループ内の開口を全て励
起させるステップがさらに含まれ、前記スケーリングす
るステップには、前記２つのグループからの応答を分類
し、分類した応答を第２の応答と比較して気泡および組
織の非線形応答を決定するステップがさらに含まれるこ
とを特徴とする、実施態様９に記載の方法。
【００２７】〔実施態様１２〕 第１のパワー設定値は
第２のパワー設定値の半分であることを特徴とする、実
施態様８に記載の方法。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、超音波診断装置において、非線形応答の検出感度
を上げることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波イメージング・システムの
フィルタ部分を示す図である。
【図２】図１に示すフィルタに対応する流れ図である。
【符号の説明】
１０：トランスジューサ １２：送受信スイッチ １４：ＴＧＣ増幅器 １６：第１のビームフォーマ １８：第１の増幅器 ２０：第２の増幅器 ２２：Ａ／Ｄ変換器 ２４Ａ：第１の記憶ユニット ２４Ｂ：第２の記憶ユニット ２８：第１のアキュムレータ ３０：カラーライザ ３２：第１の後処理装置 ３８：第２のアキュムレータ ４０：表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック・ジー・ラフター アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウォー バーン、ロカスト・ストリート 111、テ ィーエイチ・ナンバー53

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 組織および気泡の非線形応答を測定する
    方法において、 第１のパワー設定値で第１の応答を励起し、測定するス
    テップと、 前記第１のパワー設定値より高い第２のパワー設定値で
    第２の応答を励起し、測定するステップと、 前記第２のパワー設定値に対する前記第１の応答をスケ
    ーリングして投射応答を作るステップと、 前記投射応答を前記第２の応答から減じて非線形応答を
    決定するステップとを設けて成る方法。
JP9023489A 1996-02-06 1997-02-06 非線形超音波影像システムの感度を上げる方法 Withdrawn JPH09224939A (ja)

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US597,697 1984-04-06
US08/597,697 US5577505A (en) 1996-02-06 1996-02-06 Means for increasing sensitivity in non-linear ultrasound imaging systems

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