超声波摄像系统的制作方法

专利名称：超声波摄像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及与相变化纳米液滴型超声波造影剂组合所使用的诊 断/治疗用超声波摄像系统。
背景技术：
X射线CT、 MRI、超声波诊断装置等的图像诊断方式早已成为 医疗现场中必要的工具。由于这些方式分别把生物体内的CT值、旋 转緩和时间、音响阻抗的差别图像化，这些物理性质的差别主要反映 了生物体的构造(形态)，因此称为r形态构图J 。与此不同，把即 使在构造方面是相同的组织，但是在功能方面处于不同状态中的部位 图像化的方式称为r功能构图」。在该功能构图中，特别地把使分子 生物学的信息，即蛋白质/氨基酸/核酸等生物体结构分子的存在状态 可视的方式称为r分子构图」。分子构图由于期待对于发生/分化这样 的生命现象的阐明、疾病的诊断/治疗上的应用，因此是当前最引人关 注的研究领域之一。另外，在分子构图中，大多使用对于生物体结构 分子具有选择性的构造的物质即r分子探针J ,在这种情况下，对于 分子探针添加能进行基于某些物理方法的检测的构造，^吏得能够从体 外无血地将分子内的分子探针的分布可视化。在非专利文献1 (Allen ， Nature Rev. Cancer 2: 75-763 (2002))中记栽了以胂瘤为目标时的 分子探针的例子。肽(Peptide) /抗体等是主要的分子探针。
作为在这种分子柚图中几乎特定的构图装置，可以举出Positron Emission Topography ( PET )装置以及光构图装置，前者作为在临床 中用于进行胂瘤的扩散状况或者发展程度(级)的分类的工具，另外， 后者作为在药剂开发等中使用了小动物的无侵袭的药物动态分析工 具，正在分别广泛应用。另外，除去这些在分子构图中特定的装置以外，以在形态构图中
使用的MRI或者超声波这样的已经存在的方式为基础，还正在进行 比当前更早期地检测/诊断疾病的系统的开发。其中，使用超声波的系 统由于具有1)实时性好，2)由于体积小因而有关在手术室内使用的 限制少，3)不仅是诊断，还能作为治疗用的工具使用这样的其它方 式不具有的特长，因此期待作为在大型医院之外也能使用的诊断/治疗 综合工具。
作为治疗用工具的超声波通过从远离患部的部位，特别是从体外 照射收敛超声波，对患部进行聚焦，原理上能够仅对患部提供治疗所 需要的高能量，具有作为侵袭性极低的治疗法的潜力。特别是近年来 关注的是在几秒的短时间内使对象部位上升到大于等于蛋白质变性
温度(大约65°C)的加热凝固治疗。因为使用大于等于lkW/cm2 的高强度收敛超声波(High Intensity Focused Ultrasound (HIFU)) 的治疗，故大多称为HIFU治疗。当前作为低侵袭性地治疗乳腺癌、 前列腺肥大的方法正在引人关注。在该HIFU治疗中，由于仅以超声 波的收敛性得到治疗部位选择性，因此如果由于身体位移等使瞄准不 准确，则以大于等于lkW/cir^这样的高强度的超声波照射到治疗对 象以外，有产生严重副作用的可能性。
从而，为了进行安全性高的治疗，希望还兼有超声波收敛之外的 部位选择性的治疗法。当前正在研究为了具有这种超声波之外的选择 性而使用药剂的方法，而其中对于作为超声波造影剂而大量使用的微 气泡的期待正在高涨。如在非专利文献2 (Umemura et al.， IEEE Trans. UFFC 52: 1690-1698 (2005))中示出的那样，如果存在微气 泡，则其部位的视在超声波吸收系数升高，即使在照射相同能量的超 声波的情况下，与不存在微气泡的情况相比较，温度上升加大。从而， 如果能够仅使微气泡局限于目标部位，则能利用该温度上升大的现 象，仅选择性地加温目标部位。然而，微气泡由于其尺寸大小，仅能 在血管中存在，难以局限于肿瘤等组织中。
另外，作为参与微气泡的超声波生物体作用，可以举出(音响)气穴现象(cavitation)而产生的作用。气穴现象原本是由超声波生成 气泡核，其气泡成长并压缩破坏的现象。当存在这样的微气泡时，由 于相当于气穴现象过程中的气泡生长的阶段，因此通过在存在微气泡 的状态下照射超声波，能省略在气穴现象的生成中所必需的一个步 骤。由此，在微气泡存在下，已知生成气穴现象所必需的音响强度降 低。已知如果发生气穴现象，则在最后的气泡压缩破坏的阶段，发生 数千度的高温和数百气压的高压，由此，直接或者由在专利文献l(特 许第3565758号)中所示的称为音响化学活性物质的化学物质，发生 生物体作用，特别是发生在气穴现象生成的部位中的细胞死亡/组织破坏。
另 一方面，如非专利文献3( Kawabata et al.， Jpn丄Appl.Phys.44: 4548-4552 (2005))中所示研究了在生物体投入时，把纳米尺寸的 液滴，即由超声波照射发生相变化生成微气泡的药剂作为造影剂来使 用，如果是纳米尺寸的液滴，则能在肿瘤等组织中移动，另外，通过 使用前面叙述的添加分子探针的分子构图的方法，能使其具有组织选 择性，通过使用这种相变化型的造影剂，能进行组织选择性高的超声 波造影，
另外，前面叙述的功能构图(分子构图)是构图疾病的生物分子 学的特性，提供与形态构图不同信息的方法，有称为组织性状构困的 使形态以外的組织的性质可视的构闺。特别是，可以举出作为把組织 中的硬度差别进行图像化的方法的弹性构图。这是要使用诊断装置获 得经由医生的触诊可以得到的信息的方法，如在乳腺癌等中使硬块与 早期发现关联那样，硬度是反映癌化等组织性状的重要的因素.微小 部位的硬度如果能够用诊断装置进行图像化，则对动脉硬化的检查等 用触诊也不能了解的病状也能进行诊断，
用触诊检查的硬度表现为刚性率(剪切弹性率)。为了构图该弹 性率大多使用如下方法做手术的人从体表按压探头，求体内组织的 局部变形率(畸变)得到硬度分布。剪切弹性率是难以正确测定的物 理量之一，另外，弹性构图发挥其真正价值，是对于利用通常的诊断图像进行严格区别比较困难的早期疾患，因此通过不是求弹性率的绝 对值而是相对弹性率，能够充分地使疾病区域可视。因此，临床上主 流是根据相对弹性率进行诊断的方式
发明内容
发明要解决的课题
通过实用对前面所叙述的现有的形态构图的信息进行增补的功 能(分子)构图或者组织性状构图，能够用图像诊断确认癌等早期诊 断重要疾病的状态。另外，在早期发现了癌的情况下，现有的手术、 放射性、抗癌剂治疗等患者的负担大，难以适用，因而还开发了侵袭 性比这些治疗法低的新的治疗法.特别是在侵袭性低的治疗法中，由 于不是目视而是使用图像诊断装置确定治疗目标，因此上述功能构图 以及组织性状构图是重要的。
然而，在功能(分子)构图中，根据药剂的选择性区分患部和正
常組织，而通常投入到体内的药剂当然不是100%集中到疾病部位，
实际上由于也分布在疾病部位周围的正常組织中，因此当然不能严格 地区别疾病部位与正常组织的边界。另外，在作为组织性状构图的弹 性构图中，虽然能够描绘肺瘤等硬的区域，但是也不能严格地区分边界。
这样，特别是在进行治疗时的目标设定时，并不存在严格地区分 疾患部分与正常部分的方法，从而，在实际的治疗时，广泛进行通过 大范围获取治疗区域来与其对应的方法。由于这样做意味着对于正常 組织也进行治疗，因此为了提高治疗的安全性，需要能进行疾病区域 与正常区域的区别的方法。本发明要解决的课题在于提供能够进行这 种疾病区域与正常組织的区分的组织性状测定方法、诊断装置以及治
疗装置。
用于解决课题的方法
发明者们想到了通过同时进行分子构图和組织性状构图的，即通 过根据来自造影剂的信号进行弹性构图，用调查造影剂存在的位置是疾病组织还是正常组织的方法能够解决功能(分子)构图中造影剂对 于正常组织的分布或者组织性状构图中边界形状复杂时，难以描绘边 界这样的上述课题，并进行了锐意的研究。其结果，发现在相变化型 纳米液滴型的造影剂中照射相变化用的超声波，至微气泡生成的时间 以及根据所生成的微气泡而生成的音响信号中的非线性成分的大小 以及音响信号生成的时间随纳米液滴存在的部位的硬度而变化，从而 实现了本发明。
即，本发明的組织性状测定装置具备照射用于使相变化纳米液滴 型超声波造影剂相变化为微气泡的超声波能量的单元、计测相变化纳 米液滴型超声波造影剂发生相变化到生成微气泡的时间的单元，或 者，接收在相变化纳米液滴型超声波造影剂发生相变化而生成微气泡 时所放射的音响信号的单元，具备计算/记录相变化纳米液滴型超声波 造影剂发生相变化至生成微气泡的时间或者在放射的音响信号中包 含的非线性成分的大小或音响信号的持续时间，根据需要，与超声波 回波图形等其它图^象信息重叠进行显示的单元。这里，所谓相变化型
纳米液滴型超声波造影剂如在非专利文献3中记述的那样，指的是用 具有界面活性作用的物质使具有体温以下沸点的难水溶性物质稳定， 通过使其成为小于等于微米直径的液滴，达到与过热同样的状态(虚 拟过热)的物质。在该虚拟过热状态下，难水溶性物质的视在沸点上 升，即使投入到体内处于大于等于体温，也能保持液滴的状态。在该 状态下，通过给予适当的物理刺激例如超声波脉冲，解除虚拟过热状 态，通过返回到原来沸点的难水溶性物质的气化，生成直径几微米的 气泡。该气泡是超声波诊断装置中的良好的造影剂，同时，如在非专 利文献2中表示的那样，近年来还明确了作为应用超声波加热作用的 治疗用的敏化剂也是有用的。
照射用于使相变化纳米液滴型超声波造影剂相变化成微气泡的 超声波能量的单元如果能在体内的小于等于大约2cm大小的方形的 任意部位中，在大约0.1ns 100ms的时间内，照射大约0.5~10MHz 频率的数W/cm2 数100W/cm2强度(SPTP)的超声波，则就没有特别限制，另外也可以包括多个频率成分进行照射。作为计测相变 化纳米液滴型超声波造影剂发生相变化至生成微气泡的时间的单元， 如果能检测出数百纳米的液滴成为直径数毫米的气体，则就没有特别 限制，可以是在光学上测定液滴与气泡的散射强度的差异的方法，或 者使用了超声波的测定液滴与气泡的散射强度的差异的方法，或者在 响应为了产生上述相变化所照射的超声波而生成的音响信号中，检测 在液滴中几乎没有生成，在气泡中明显观察到的非线性成分的单元 等。作为接收相变化纳米液滴型造超声波造影剂发生相变化，生成微 气泡时放射的音响信号的单元，没有特别限制，而在测定音响信号的 时间变化的目的下使用时，构成为能够在时间分辨率小于等于大约
O.ljis下，测定与用于使相变化纳米液滴型超声波造影剂发生相变化 所使用的超声波频率相同频带的超声波及其一半或者一倍的超声波 频带。另外，接收相变化纳米液滴型超声波造影剂发生相变化生成微 气泡时放射的音响信号的单元在测定音响信号的频谱变化的目的下 使用时，最好构成为能够以大约lnm以下的间隔，测定与用于使相变 化纳米液滴型超声波造影剂发生相变化所使用的超声波频率相同频 带的超声波及其1/10-10倍左右的超声波频带。
以下，为了表示本发明的有效性，示出所进行的试验的一个例子。 图l表示进行了试验的实验系统的结构。在充满了除气的純水l的水 槽2中，配置由未图示的托架保持的收敛型超声波发送器3 (频率 3.2MHz,直径60mm, F值1.2)以及位于能够检测来自收敛型超 声波发送器3的焦点区域的音响信号的位置上，由未图示的托架保持 的水中传声器4。另外，在收敛型超声波发送器3的焦点区域中，由 未图示的托架固定包括用以下的方法调制了的相变化型纳米液滴的 聚丙烯酰胺凝胶5。
(相变化纳米液滴的调制法)
一起添加以下的成分，然后在緩^t添加20mL蒸馏水的同时，在 ULTRA - TURRAX T25 (Janke&Knukel， Staufen Germany)中， 用9500rpm在水温下进行了一分钟均化。丙三醇(glycerol) 胆固醇(cholesterol) 卵砩脂(lecithin) 全氟戊烷(perfluoropentane ) 全氟庚烷(perfluoroheptane )
2.0g
O.lg l.Og O.lg O.lg
在Emulsiflex - C5 ( Avestin， Ottawa Canada )中，在20MPa 下把均化的结果得到的乳化剂进行2分钟高压乳化处理，由0.4毫米 的膜滤器过滤。通过以上的处理，得到几乎透明的纳米液滴。能够用 LB-550 (堀场制作所，京都)测定并确认所得到的纳米液滴的98% 以上都有小于等于200nm的直径。
(包含相变化纳米液滴型的聚丙烯酰胺凝胶的调制法)
把由上述调制法得到的纳米液滴lmL与40%丙烯酰胺原料溶液 (把390g的丙烯酰胺，10g的N， N，-亚甲基双丙烯酰胺用蒸馏水做 成100mL的溶液)混合，进而，通过添加并混合蒸馏水使得丙烯酰 胺浓度分成为8%， 15%或者20%，调制9mL的分散液。把该混合 液移到具有65xl5xl0mL内部尺寸的容器中，保持冰温的同时，加入 10 % APS ( Ammonium Persulfate )水溶液O.lmL以及TEMED (N, N， N，， N， - Tetramethylethylenediamine ) 0.01mL，快速而且不起泡 地轻轻搅拌。然后，在冰温下放置一分钟，确认凝胶化，通过用蒸馏 水洗净，得到包含几乎透明的相变化纳米液滴的聚丙烯酰胺凝胶。另 外，聚丙烯酰胺凝胶的硬度用两端保持挠曲法测定。
把用以上的方法调制，固定在水槽2中的相变化纳米液滴5保持 在收敛超声波发送器3的焦点区域，由波形发生装置6发生3.2MHz 的正弦波，由放大器7放大了以后输入到收敛超声波发送器3，照射 100jis的峰值负压3MPa的超声波。照射时的电信号波形以及用水中 传声器4检测出的音响信号经过前置放大器9由示波器8计测。另外， 设定成用前置放大器9放大了由水中传声器4检测出的音响信号的信 号以向收敛超声波发送器3的电信号为触发，开始计测。
以下，说明使用图1的实验系统得到的结果的一个例子。图2表示以超声波照射开始时间作为时间0时的来自由纳米液滴的相变化 生成的微气泡的音响信号，例如至测定照射的超声波的第2高次谐波 的时间与凝胶的硬度的关系的一个例子。根据附图可知，凝胶的硬度 越大，用于产生相变化所需要的时间越长，而且，对于凝胶的硬度几 乎按照一次函数增加。另外，可知在图2表示的硬度的范围内，用于 发生相变化所需要的时间是大约5jis 25jis。
图3表示根据由纳米液滴的相变化生成的微气泡放射第2高次谐 波(6.4MHz)成分的时间与凝胶硬度的关系的一个例子。根据附图可 知，凝胶的硬度越大，根据相变化生成的第2高次谐波成分的放射时 间越短，而且，对于凝胶的硬度几乎按照一次函数减少。另外，可知 在图3表示的硬度的范围内，根据相变化第2高次谐波生成并持续的 时间是大约10~50网。
图4表示根据由纳米液滴的相变化生成的微气泡，高次谐波成分 (笫2、 3、 4次高次谐波)的能量与凝胶的硬度的关系的一个例子。 放射能量取为把计测各时间中的高次谐波成分的振幅平方后相加的 值。根据附图可知，凝胶的硬度越大，根据相变化生成的高次谐波成 分的能量越小，而且，对于凝胶的硬度几乎按照一次函数减少。
根据以上结果，可知相变化纳米液滴的相变化所需要的时间、基 于相变化的高次谐波成分的放射时间、高次谐波成分的放射能量分别 依赖于相变化发生的部位的硬度而变化.通过使用该原理，能够测定 组织性状。
发明的效果
依据本发明，能够与相变化纳米液滴型超声波造影剂相组合，测 定并显示组织性状，另外，进而能统一治疗，能进行安全/可靠的诊断 治疗。


图l表示本发明的一个试验例的实验结构。
图2表示根据本发明的一个试验例得到的样品的硬度与至相变化为止的时间的关系。
图3表示根据本发明的一个试验例得到的样品的硬度与基于相 变化的高次谐波生成的持续时间的关系。
图4表示根据本发明的一个试验例得到的样品的硬度与基于相 变化的高次谐波能量的相对大小的关系。
图5表示本发明的组织性状测定装置的一个实施例。
图6表示本发明的一个实施例中的通常图像与性状图像重叠的例子。
图7表示本发明的一个实施例中的通常图像与性状图像重叠的例子。
图8表示本发明的一个实施例中的通常图像与性状图像重叠的例子。
图9表示本发明的组织性状测定装置的一个实施例。
图IO表示本发明的组织性状测定装置的一个实施例。
图11表示本发明的组织性状测定/治疗装置的一个实施例。
符号的说明
1:除气水；2:水槽；3:收敛型超声波发送器；4:水中传声器； 5:样品；6:波形发生装置；7:放大器；8:示波器；9:前置放大 器；10:测定对象；11:超声波收发单元；12:发送波/接收波分离单 元；13:超声波波形生成以及放大单元；14:组织性状依存信号记录 单元；15:发送波/接收波统一控制单元；16:組织性状依存信号处理 单元；17:输入/显示单元；18:音响匹配剂；19:超声波发送单元； 20:超声波接收单元；21:组织性状依存信号放大单元；22:治疗用 超声波发送器；23:治疗用超声波发送器用信号发生单元；24:治疗 用超声波发送器用信号放大单元。
具体实施例方式
以下具体说明本发明的实施例，但本发明并不限于这些实施例， 实施例1使用图5，进行本发明的一个实施例的说明。图5是表示生成用 于产生相变化的超声波的单元与测定组织性状的单元相同的超声波 摄像系统的例子的模式图。
本实施例的超声波生成系统具有在测定对象上照射断层图像摄 像用超声波，接收从组织内部反射来的超声波信号，取得测定对象的 超声波断层图像的通常摄像模式；照射能够使预先投入到测定对象中 的相变化纳米液滴型超声波造影剂相变化成微气泡的相变化用超声 波，接收起因于所生成的微气泡的超声波信号，取得组织性状图像的 组织性状摄像模式。该超声波摄像系统构成为包括对于测定对象10 照射断层图像摄像用超声波并接收其反射信号、或者照射相变化用超 声波并接收从微气泡发生的组织性状依存信号的超声波收发单元11; 发送波/接收波分离单元12、超声波波形生成以及放大单元13;组织 性状依存信号记录单元14、发送波/接收波统一控制单元15;组织性 状依存信号处理单元16;输入/显示单元17。
另外，在本结构中，也进行通常的超声波断层图像的信号发送/ 接收、信号处理以及信号显示。通常的超声波断层图像首先对于测定 对象10,由超声波收发单元11发送由超声波波形生成以及放大单元 13生成/放大了的诊断用的超声波信号，接着，由超声波收发单元ll 接收，在经过发送波/接收波分离单元12，进而由未图示的A/D变 换器、整相器以及诊断用信号处理单元处理了接收波信号以后，由输 入/显示单元17作为图像进行显示。
在取得通常的超声波断层图像的通常摄像模式下，超声波收发单 元11作为频带，根据自测定对象的体表的深度，包括形状在内，分 开使用大约1 10MHz的范围的频带，另外，在照射使测定对象中含 有的纳米液滴相变化的相变化用超声波，接收来自纳米液滴相变化所 生成的微气泡的组织性状依存信号的组织性状摄影模式下，超声波收 发单元11构成为能够收发从0.5 ~ 10MHz的范围选择出的单一频率或 者从0.5~5MHz的范围选择出的成为基本的频率以及成为该基本频 率的倍频的超声波.在本实施例中，作为组织性状依存参数，在使用根据从纳米液滴的相变化至微气泡生成的时间的情况下，构成为能够
调整发送波以及接收波的定时，以便调查在大约5 25jis长度的时间 范围内，来自同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作为组织 性状依存参数，在使用基于气泡化的高次谐波成分的生成持续时间的 情况下，构成为能够调整发送波以及接收波的定时，以便调查在大约 10~50网长度的时间范围内，来自同一个地点的音响信号是否发生变 化。进而，作为组织性状依存参数，在使用高次谐波成分的能量的情 况下，构成为能把接收信号按照不同频率将振幅或者振幅自乘的值进 行记录/四则运算。另外，在组织性状依存信号处理单元16中，根据 需要，把组织性状依存参数作为数值或者图像，进一步，能够进行以 任意的比例与诊断图像(超声波断层图像)重叠显示的处理。
以下，说明本实施例中的直到图像显示为止的顺序例。首先，最 初向需要诊断或者诊断治疗的被检查者通过静脉注射或者局部注射 等医学上认可的方法，投入相变化纳米液滴造影剂，在预定时间以后， 首先，使系统成为通常摄^^式，从超声波收发单元ll照射超声波， 接收反射超声波，取得测定对象的超声波断层图像。接着，使系统成 为组织性状摄像模式，由超声波收发单元11对于测定对象10发送5n 秒相变化用的超声波信号。接着由超声波收发单元11在50ji秒期间， 以0.03n间隔接收来自测定对象10的信号。接收到的信号记录在组织 性状依存信号记录单元14以后，由组织性状依存信号处理单元16取 出第2高次谐波成分。逸而，在组织性状依存信号处理单元16中， 记录照射了相变化用的超声波信号后的第2高次谐波成分的信号强度 的时间变化。根据该时间变化信息计算組织性状.例如，计算测定对 象各部分中的第2高次谐波成分的信号强度在50ji秒测定时间中的峰 值大于等于1/10的时间，把其长度作为数值或者图像，重叠到通常 摄像模式下拍摄的通常的组织断层图像进行显示.在这种情况下，由 于组织越硬第2高次谐波的持续时间越短，因此持续时间越短的区域 越强调显示。另外，通常摄像模式进行的摄像也可以在组织性状摄像 模式进行的摄像以后进行。图6表示显示例。在组织性状图像的重叠时，能够使用如图6 的b )表示的第2高次谐波信号的持续时间其自身，或者如图6的c ) 表示的从持续时间计算出的组织弹性。通过使通常图像与正常图像重 叠，能够提供从构造的观点以及性状的观点这两个观点确认疾病部位 的方法。由此，能够对做手术的人提供更高可靠的诊断以及治疗用图 像。通过由同一个超声波收发单元11以大致不足1秒的时间间隔交 互测定通常图像和性状图像，能够抑制通常图像与性状图像在显示上 的偏移。另外，特别是在心脏附近的部位等因体动而产生的影响显著 的情况下，从在性状图像取得中使用的信号抽取基波成分，形成通常 图像(图像l)，测定该图像l与重叠使用的通常图像(图像2)之 间的差分，根据该差分，能够使性状图像的显示变形。根据图6的b) 示出的显示，能够同时观察组织的构造以及性状(气泡生成的时间)， 能够相对地确认性状与其它不同的部位是否在作为目标的组织中。另 外，根据图6的c)示出的显示，能够定量地确认组织弹性与其它不 同的部位是否在作为目标的組织中。
由超声波收发单元11对测定对象IO发送相变化用的超声波信号 的时间能够根据目的而变化，大约0.5n秒~ 50m秒左右是可逆地发生 相变化的理想的时间，另外，由超声波收发单元11接收来自测定对 象10的信号的时间以及测定间隔根据目的能够使基乎相变化的高次 谐波生成结束的小于等于100m秒的时间发生变化。图6表示的a 因于图3中表示数据的相变化，从微气泡发生的高次谐波的持续时间 的可视化，而也能使用图2表示的数据，使直到相变化之前所需要的 时间可视化。或者，还能使用图4表示的数据，通过使高次谐波能量 的大小可视化，显示組织弹性的分布。
在使图2表示的至相变化为止的时间可视化的情况下，由超声波 收发单元11在至大致30n秒的时间内，以大约0.5ji秒~ 5n秒的间隔 取得信号，计算信号中的第2高次谐波成分振幅与测定开始时相比较 成为大于等于2倍的时间。把通过该计算得到的时间的值本身或者其 长度作为数值或者图像，重叠到在通常摄像模式下拍摄的通常的组织断层图像上进行显示。图7表示显示例。在把直到相变化为止所需要 的时间可视化的情况下，如图2所示，由于组织越硬，直到检测出起 因于微气泡的高次谐波为止的时间越长，因此直到相变化之前所需的 时间越长的区域越强调显示。另外，在把根据图4的相变化产生的高 次谐波的能量进行可视化的情况下，例如，在至大约lOOji秒为止的 时间中，由超声波收发单元11以大约0.5n秒~ 5n秒的间隔取得信号， 计算信号中的第2高次谐波成分或者高次谐波成分的振幅的最大值。 把通过该计算得到的最大值平方了的值，或者在把最大值平方了的值 上乘以常数的值的本身或者其长度作为数值或者图像化重叠到在通 常摄像模式下拍摄到的通常的组织断层图像上进行显示。图8表示使 用第2高次谐波成分的能量的显示例.在使高次谐波能量的大小可视 化的情况下，如图3所示，由于组织越硬检测出的高次谐波的能量越 小，因此检测出的高次谐波的能量越小的区域越强调显示。 实施例2
使用图9，进行本发明其它实施例的说明。图9是表示生成用于 产生相变化的超声波的单元与测定组织性状的单元不同的组织性状 测定装置的例子的模式图.
本实施例的超声波摄像系统具有在测定对象上照射断层图像摄 像用超声波，接收从組织内部反射来的超声波信号，取得测定对象的 超声波断层图像的通常摄像模式；照射能够使预先导入到测定对象中 的相变化纳米液滴型超声波造影剂相变化成微气泡的相变化用超声 波，接收起因于所生成的微气泡的超声波信号，取得组织性状图像的 组织性状模式。该系统构成为对于测定对象IO，根据需要经由音响匹 配剂18,包括超声波发送单元19;超声波波形生成以及放大单元 13;超声波接收单元20;组织性状依存信号放大单元21;组织性状 依存信号记录单元14;发送波/接收波统一控制单元15;组织性状依 存信号处理单元16;输入/显示单元17。
另外，在本结构中，也进行通常的超声波断层图像的信号发送/ 接收、信号处理以及图像显示。通常的超声波断层图像首先对测定对象10由超声波收发单元11发送由超声波波形生成以及放大单元13 生成/放大了的诊断用的超声波信号，接着由超声波收发单元11接收， 经过发送波/接收波分离单元12，进而由未图示的A/D变换器、整 相器以及诊断用信号处理单元处理了接收波信号以后，由输入/显示单 元17作为图像进行显示。
在取得通常的断层图像的通常摄像模式下，超声波发送单元19 作为频带，根据来自测定对象的体表的深度，包括形状在内，分开使 用大约l-10MHz的范围的频带。另外，在测定对象上照射纳米液滴 的相变化用超声波，接收来自纳米液滴相变化所生成的微气泡的组织 性状依存信号的组织性状摄像模式下，超声波发送单元19构成为能 够发送从0.5~10MHz的范围选择出的单一频率或者从0.5~5MHz
波。超声波接收单元20构成为能够接收0.5 J 10MHz范围的^音响信号。 在本实施例中，作为组织性状依存参数，在使用根据来自纳米液滴的 相变化至微气泡生成为止的时间的情况下，构成为能够调整发送波以 及接收波的定时，以便在大约5 25jis长度的时间范围内，调查来自 同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作为组织性状依存参数， 在使用基于气泡化的高次谐波成分的生成持续时间的情况下，构成为 能够调整发送波以及接收波的定时，以便在大约10~50jis长度的时 间范围内，调查来自同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作 为組织性状依存参数，也能使用高次谐波成分的能量。在组织性状依 存信号处理单元16中根据需要，把组织性状依存参数作为数值或者 图像，进而进行用于以任意的比例重叠到诊断图像上进行显示的处 理，另外，超声波接收单元20还能使用可以观察来自相变化纳米微 粒子的微气泡生成的光学传感器。
以下，说明本实施例中的至图像显示为止的顺序例。首先，最初 向需要诊断或者诊断治疗的被检查者通过静脉注射或者局部注射等 医学上认可的方法投入相变化纳米液滴造影剂，经过一定时间以后， 首先使系统成为通常摄像模式，从超声波发送单元19照射超声波，由超声波接收单元20接收反射超声波，取得测定对象的超声波断层 图像。接着，使系统成为组织性状摄像模式，由超声波发送单元19 对测定对象10发送5n秒相变化用的超声波信号。接着，由超声波接 收单元20在50ji秒期间，以0.03ji秒间隔接收来自测定对象10的信 号。接收到的信号由组织性状依存信号放大单元21放大，记录到组 织性状依存信号记录单元14中以后，由组织性状依存信号处理单元 16取出第2高次谐波成分。进而，在组织性状依存信号处理单元16 中，记录在照射相变化用的超声波信号后的第2高次谐波成分的信号 强度的时间变化。根据该时间变化信息计算组织性状。例如计算测定 对象各部分中的第2高次谐波的信号强度在50n秒的测定时间中的峰 值大于等于1/10的时间，把其长度作为数值或者图像，重叠到通常 的组织断层图像上进行显示。另外，通常摄像模式进行的摄像也可以 在组织性状摄像模式进行的摄像以后进行。
图6表示显示例。在重叠性状图像时，能够使用如图6的b)表 示的第2高次谐波信号的持续时间其自身，或者，如图6的c)表示 的从持续时间计算出的组织弹性。由超声波发送单元19对测定对象 10发送相变化用的超声波信号的时间能够根据目的而变化，大约0.5n 秒-50m秒左右是可逆产生相变化的理想的时间。另外，由超声波接 收单元20接收来自测定对象10的信号的时间以及测定间隔根据目的 能够使基于相变化的高次谐波的生成结束的小于等于大约100m秒的 时间发生变化。图6表示的l基于相变化的高次谐波生成的持续时间 的可视化，而也能使用图2表示的数据，使直到相变化之前所需要的 时间可视化。或者，也能使用图4表示的数据，通过使高次谐波能量 的大小可视化，显示弹性组织的分布.
实施例3
使用图10,进行本发明其它实施例的说明。图IO是表示测定組 织性状的单元为多个的超声波摄像系统的例子的模式图。
本实施例的超声波摄像系统具有在测定对象上照射断层闺像摄 像用超声波，接收从組织内部反射来的^>波信号，取得测定对象的超声波断层图像的通常摄像模式；照射能够使预先导入到测定对象中 的相变化纳米液滴型超声波造影剂相变化成微气泡的相变化用超声 波，接收起因于所生成的微气泡的超声波信号，取得组织性状图像的 组织性状模式。该系统构成为对于测定对象IO，根据需要经由音响匹 配剂18，包括超声波收发单元ll;发送波/接收波分离单元12;超 声波波形生成以及放大单元13;组织性状依存信号记录单元14 - 1; 超声波接收单元20;组织性状依存信号放大单元21;组织性状依存 信号记录单元14-2;发送波/接收波统一控制单元15;组织性状依存 信号处理单元16;输入/显示单元17。
另外，在本结构中，也进行通常的超声波断层图像的信号发送/ 接收、信号处理以及图像显示。通常的超声波断层图像首先对于测定 对象10由超声波收发单元11发送由超声波波形生成以及放大单元13 生成/放大了的诊断用的超声波信号，接着由超声波收发单元11接收， 经过发送波/接收波分离单元12，进而由未图示的A/D变换器、整 相器以及诊断用信号处理单元处理了接收信号以后，由输入/显示单元 17作为图像进行显示。
在取得通常的断层图像的通常摄像模式中，超声波收发单元11 作为频带，根据来自测定对象的体表的深度，包括形状在内，分开使 用大约1 10MHz的范围的频带。另外，在测定对象上照射纳米液滴 的相变化用超声波，接收来自纳米液滴相变化所生成的微气泡的组织 性状依存信号的组织性状摄像模式中，超声波收发单元11构成为能 够发送从0.5~10MHz的范围选择出的单一频率或者从0.5~5MHz 的范围选择出的成为基本的频率以及成为该基本频率的倍频的超声 波.超声波接收单元20构成为能够接收0.5 ~ 10MHz范围的音响信号。 在本实施例中，作为组织性状依存参数，在使用根据来自纳米液滴的 相变化至微气泡生成为止的时间的情况下，构成为能够调整发送波以 及接收波的定时，以便在大约5 25ns长度的时间范围内，调查来自 同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作为組织性状依存参数， 在使用基于气泡化的高次谐波成分的生成持续时间的情况下，构成为能够调整发送波以及接收波的定时，以便在大约10~5(His长度的时 间范围内，调查来自同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作 为组织性状依存参数，也能使用高次谐波成分的能量。在组织性状依 存信号处理单元16中根据需要，把组织性状依存参数作为数值或者 图像，进而进行用于以任意的比例重叠到诊断图像上进行显示的处 理。另外，超声波接收单元20构成为能接收与来自相变化纳米微粒 子的微气泡生成有关的超过了 2次的高次谐波。
以下，说明本实施例中的至图像显示的顺序例，最初向需要诊断 或者诊断治疗的被检查者通过静脉注射或者局部注射等医学上认可 的方法投入相变化纳米液滴造影剂，经过一定时间以后，首先使系统 成为通常摄像模式，从超声波收发单元11收发超声波，取得测定对 象的超声波断层图像。接着，使系统成为组织性状摄像模式，由超声 波收发单元11对测定对象10发送秒相变化用的超声波信号。接 着，由超声波收发单元11以及超声波接收单元20在50ji秒期间，以 0.03n秒间隔接收来自测定对象10的信号。接收到的信号记录到组织 性状依存信号记录单元14-1、 14-2中以后，由组织性状依存信号 处理单元16取出第2高次谐波成分。进而，在组织性状依存信号处 理单元16中，记录在照射相变化用的超声波信号后的第2高次谐波 成分以及更高次的例如第3及第4高次谐波成分的信号强度的时间变 化。才艮据该时间变化信息计算组织性状。例如计算测定对象各部分中 的第2高次谐波、第3及第4高次谐波成分的各个信号强度在50 i秒 的测定时间中的峰值大于等于1 / 10的时间，把其长度作为数值或者 图像，重叠到通常的组织断层图像上进行显示。另外，通常摄^ 式 进行的摄像也可以在组织性状摄像模式的摄像以后进行，
图6表示显示例。在重叠性状图像时，能够使用如图6的b)表 示的第2高次谐波信号的持续时间其自身，或者，如图6的c)表示 的从持续时间计算出的组织弹性.由相变化用超声波发送/组织性状依 存信号接收单元11对测定对象10发送相变化用的超声波信号的时间 能够根据目的变化，大约0.5ji秒~ 50m秒左右是可逆产生相变化的理想的时间。另外，由相变化用超声波发送/组织性状依存信号接收单元
11接收来自测定对象10的信号的时间以及测定间隔根据目的能够使 基于相变化的高次谐波的生成结束的大约小于等于100m秒的时间发 生变化。图6表示的是相变化的持续时间的可视化，而也能够使用图 2表示的数据，使直到相变化之前所需要的时间可视化。另外，还能 使用图4表示的数据，使第3或者第4高次谐波的强度可视化。由于 来自组织的信号中几乎不包含这种大于等于3次的高次谐波，因此与 仅使用第2高次谐波的情况相比较，能够进一步选择并显示来自纳米 液滴相变化生成的气泡的信号。 实施例4
使用图11，进行本发明其它实施例的说明。图ll是表示生成用 于产生相变化的超声波的单元和测定组织性状单元相同、而且与使用 微气泡的治疗装置统一的超声波摄像系统的例子的模式图。
本实施例的超声波摄像系统具有在测定对象上照射断层图像摄 像用超声波，接收从组织内部反射来的超声波信号，取得测定对象的 超声波断层图像的通常摄像模式；照射能够使预先导入到测定对象中 的相变化纳米液滴型超声波造影剂相变化成微气泡的相变化用超声 波，接收起因于所生成的微气泡的超声波信号，取得组织性状图像的 组织性状模式；在疾患部位照射治疗用超声波，进行治疗的治疗模式。
该系统构成为包括对测定对象10照射超声波，而且检测来自 组织的反射超声波或者起因于微气泡的组织性状依存性的信号的超 声波收发单元ll;发送波/接收波分离单元12;相变化用超声波波形 生成以及放大单元13;组织性状依存信号记录单元14;发送波/接收 波统一控制单元15;组织性状依存信号处理单元16;输入/显示单元 17;音响匹配媒体18;治疗用超声波发送器22;治疗用超声波发送 器用信号发生单元23以及治疗用发生器用信号放大单元24.另外， 在本结构中，也进行通常的超声波断层图像的信号发送/接收、信号处 理以及图像显示。通常的超声波断层图像首先对测定对象10由超声 波收发单元11发送由超声波波形生成以及放大单元13生成/放大了的诊断用的超声波信号，接着由超声波收发单元11接收经过发送波/接
收波分离单元12，进而由未图示的A/D变换器、整相器以及诊断用 信号处理单元处理了接收信号以后，由输入/显示单元17作为图像进 行显示。
在取得通常的断层图像的通常摄像模式中，超声波收发单元11 作为频带，根据来自测定对象的体表的深度，包括形状在内，分开使 用大约1 10MHz的范围的频带。另外，在测定对象上照射纳米液滴 的相变化用超声波，接收组织性状依存信号的组织性状摄像模式中， 超声波收发单元11构成为能够收发从0.5 ~ lOMHz的范围选择出的单 一频率或者从0.5~5MHz的范围选择出的成为基本的频率以及成为 该基本频率的倍频的超声波，另外，治疗用超声波发送器22根据治 疗机上的不同，在利用气穴现象的情况下，能够釆用照射从频率0.5~ 3MHz中间选择出的单一频率或者在从0.25~1.5MHz中间选择出的 基波上重叠基波的倍频进行照射的结构，另外，在使用加热作用时， 能够构成照射从频率1 ~ lOMHz中间选择出的单一频率的超声波。
在本实施例中，作为组织性状依存参数，在使用根据来自纳米液 滴的相变化至微气泡生成为止的时间的情况下，构成为能够调整发送 波以及接收波的定时，以便在大约5 25ns长度的时间范围内，调查 来自同一个地点的音响信号是否发生变化。另外，作为组织性状依存 参数，在使用基于气泡化的高次谐波成分的生成持续时间的情况下， 构成为能够调整发送波以及接收波的定时，以便在大约10~50|is长 度的时间范围内，调查来自同一个地点的音响信号是否发生变化。另 外，作为组织性状依存参数，也能使用高次谐波成分的能量，另外， 在組织性状依存信号处理单元16中根据需要，把组织性状依存参数 作为数值或者图像，进而进行用于以任意的比例重叠到诊断图像上进 行显示的处理。
以下，说明本实施例中的至图像显示为止的顺序例.最初向需要 诊断或者诊断治疗的被检查者通过静脉注射或者局部注射等医学上 认可的方法投入相变化纳米液滴造影剂，经过一定时间以后，首先使系统成为通常摄像模式，取得测定对象的超声波断层图像。接着，使
系统成为组织性状摄像模式，由超声波收发单元11对测定对象10发 送5ji秒相变化用的超声波信号。接着，由超声波收发单元ll在50ji 秒期间，以0.03p秒间隔接收来自测定对象10的信号。接收到的信号 记录到组织性状依存信号记录单元14中以后，由组织性状依存信号 处理单元16取出第2高次谐波成分。进而，在组织性状依存信号处 理单元16中，记录在照射相变化用的超声波信号后的第2高次谐波 成分的信号强度的时间变化。根据该时间变化信息计算组织性状。例 如计算测定对象各部分中的第2高次谐波的信号强度在5(Hi秒的测定 时间中的峰值大于等于1 / 10的时间，把其长度作为数值或者图像， 重叠到通常的组织断层图像上进行显示。
图6表示显示例。性状图像的重叠时，能够使用如图6的b)表 示的笫2高次谐波信号的持续时间其自身，或者，图6的c)表示的 从持续时间计算出的组织弹性。由超声波收发单元11对测定对象10 发送相变化用的超声波信号的时间能够根据目的变化，大约0.5n秒~ 50m秒左右是可逆产生相变化的理想的时间。另外，由超声波收发单 元11接收来自测定对象10的信号的时间以及测定间隔根据目的能够 4吏基于相变化的高次谐波的生成结束的大约小于等于100m秒的时间 发生变化。图6表示的是基于相变化的高次谐波生成的持续时间的可 视化，而也能使用图2表示的数据，使直到相变化之前所需要的时间 可视化。另外，还能使用图4表示的数据，通过使高次谐波能量的大 小可视化，显示組织弹性的分布。治疗用超声波发送器22对确认了 比周围硬的组织照射治疗用的超声波.这里，能够构成当治疗用超声 波发送器22的焦点区域设定在通过組织性状依存参数的分析，相变 化的持续时间长，不是治疗部分的部位上时，显示警告，停止治疗用 超声波的照射。
如以上说明的那样，依据本发明，能够不依赖于组织的形状进行 与性状有关的测定，能够明确区分需要治疗的部位与正常部位的边 界，从而能够进行安全/可靠的诊断/治疗。
权利要求
1. 一种超声波摄像系统，其特征在于包括超声波照射单元，对导入了相变化纳米液滴型超声波造影剂的被检查体，照射造影剂相变化用超声波；超声波接收单元，接收从被检查体放射的超声波；信号处理单元，处理由上述超声波接收单元得到的接收信号，检测从上述超声波照射单元照射的超声波的高次谐波成分；和显示单元，显示基于上述信号处理单元的上述高次谐波成分的检测结果的图像。
2. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于 具有根据从上述超声波照射单元照射断层图像摄影用超声波，由上述超声波接收单元接收到的信号，取得超声波断层图像的功能，显 示重叠在上述超声波断层图像上并基于上述高次谐波成分的检测结 果的图像。
3. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于判别从由上述超声波照射单元照射了超声波的各区域检测出上 述高次谐波成分为止的时间，将从各区域检测出高次谐波成分为止的 时间进行图像化并显示。
4. 根据权利要求3所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述时间越长的区域越强调显示。
5. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于 判别从由上述超声波照射单元照射了超声波的各区域检测出的高次谐波成分的持续时间，将该持续时间的长度进行图像化并显示。
6. 根据权利要求5所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述持续时间越短的区域越强调显示。
7. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于 判别从由上述超声波照射单元照射了超声波的各区域检测出的高次谐波成分的能量的大小，将该能量的大小进行图像化并显示。
8. 根据权利要求7所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述能量的大小越小的区域越强调显示。
9. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述显示单元基于上述高次谐波成分的检测结果，显示由上述超声波照射单元照射了超声波的区域的硬度。
10. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于包括 第2超声波照射单元，照射治疗用超声波， 对于检测出上述高次谐波成分为止的时间长于预定值的区域、上述检测出的高次谐波的持续时间短于预定值的区域或者上述检测出 的高次谐波成分的能量的大小小于预定值的区域，从上述笫2超声波 照射单元照射治疗用超声波。
11. 根据权利要求l所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述超声波照射单元兼作为上迷超声波接收单元。
12. 根据权利要求1所述的超声波摄像系统，其特征在于 上述超声波接收单元具有第l接收单元，接收由上述超声波照射单元照射的超声波的第1 高次谐波成分；和第2接收单元，接收频率高于上述第1高次谐波成分的高次谐波成分。
全文摘要
本发明涉及一种超声波摄像系统。本发明提供不依赖于组织形状的组织性状测定装置以及治疗装置。把从相变化型纳米液滴生成微气泡时的音响变化，例如高次谐波生成的持续时间用作为指标，来测定组织的硬度。
文档编号A61B8/00GK101301210SQ20081009566
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月7日 优先权日2007年5月7日
发明者川畑健一 申请人:株式会社日立制作所