JPH09224939A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】非線形超音波影像システムの感度を上げる方法
【特許請求の範囲】
【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の応答から減じて前記非線形応答を決定するステップと
を設けて成る方法。
【請求項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、請求項１に記載の方法。
【請求項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、請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記開口を縮小するステップには、前記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から対称的に発射させるステップが含まれることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項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、
前記開口の全体から同一の音線を発射す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の応答と比較して前記気泡および前記組織の前記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、請求項３に記載の方法。
【請求項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、請求項２に記載の方法。
【請求項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前記非線形応答を決定するステップとを設けて成る方法。
【請求項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、請 求項７に記載の方法。
【請求項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、前記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、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記開口を縮小するステップには、前記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から対称的に発射させることが含まれることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項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、前記開口の全体から同一の音線を発射す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の応答と比較して前記気泡および前記組織の前記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、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】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、請求項８に記載の方法。
【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、y1(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^*x1(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（phase insensitive 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。微小気泡の破壊を収差補正（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 signals）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12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。二つの記憶ユニット24Ａ、24Ｂ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。ＴＧＣ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 Cavitation Bubbles in a Flow Tube by their Second-Harmonic Emissions」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。その結果得られ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から発射し、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の応答から減じて前記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、前記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から対称的に発射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、
前記開口の全体から同一の音線を発射す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の応答と比較して前記気泡および前記組織の前記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前記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、前記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、前記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から対称的に発射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、前記開口の全体から同一の音線を発射す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の応答と比較して前記気泡および前記組織の前記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〕
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