專利名稱：超聲波診斷裝置及超聲波診斷裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于反差回聲成像診斷的超聲波診斷裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
超聲波成像診斷裝置通過(guò)使用超聲波的非侵入式檢測(cè)方法顯示組織的斷層圖像。超聲波成像診斷裝置在臨床上非常有用，例如僅僅通過(guò)將超聲波探頭放置于身體表面的操作便能夠?qū)崟r(shí)顯示出心臟的跳動(dòng)或者胎兒的運(yùn)動(dòng)。由于其安全性很高，因而可以重復(fù)進(jìn)行拍攝，同時(shí)由于其與其它診斷設(shè)備如X-射線成像、CT成像、MRI等相比，系統(tǒng)的尺寸較小，所以能夠移至床頭進(jìn)行屏幕顯示。此外，盡管超聲波診斷裝置由于類型不同而有很大的差異，但最近已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種尺寸小到人用一只手便可以握住的超聲波診斷裝置。這便有可能在不久的將來(lái)開(kāi)發(fā)出能夠由患者本人進(jìn)行操作的超聲波診斷裝置。
順便提及，隨著最近靜脈注入式超聲波反差介質(zhì)(contrastmedium)的商業(yè)化，采用反差回聲成像方法(contrast echo imagingmethod)的超聲波診斷正逐漸變得普遍。反差回聲成像方法旨在通過(guò)將超聲波反差介質(zhì)引入到靜脈內(nèi)提高血流信號(hào)而評(píng)估諸如心臟、腹部器官以及類似物影象中血液流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)。許多反差介質(zhì)使用微小的微泡(micro-bubble)作為反射源，所引入的反差介質(zhì)的數(shù)量和濃度越高，反差成像的效果越高。另一方面，已經(jīng)知道性質(zhì)上屬于精密基礎(chǔ)材料的微泡會(huì)因超聲波輻射而破裂，這會(huì)縮短反差成像的有效時(shí)間。
一般而言，血流通常是指血紅細(xì)胞。理論上講，優(yōu)選的是，用于超聲波診斷的反差介質(zhì)顯示與血紅細(xì)胞相同的動(dòng)力學(xué)。然而，實(shí)際上，現(xiàn)在已知反差介質(zhì)具有與血紅細(xì)胞不同的動(dòng)力學(xué)。
例如，已知許多超聲波反差介質(zhì)在肝實(shí)質(zhì)處會(huì)引起保留，據(jù)認(rèn)為，肝臟竇狀小管內(nèi)的外物吸收細(xì)胞(foreign-body uptake cell)會(huì)攝取所保留的反差介質(zhì)(毋庸多言，血紅細(xì)胞不會(huì)被攝取)。此外，機(jī)體內(nèi)的毛細(xì)血管所包含的空腔尺寸允許液體組分(血漿)滲出，從而提供給細(xì)胞以養(yǎng)分或氧氣。盡管毛細(xì)血管的空腔尺寸對(duì)于血紅細(xì)胞而言太小而不能通過(guò)，但可以預(yù)期，依賴于微泡的尺寸，一些反差介質(zhì)會(huì)通過(guò)毛細(xì)血管壁內(nèi)的空腔而滲漏到外面(血紅細(xì)胞的平均直徑大約為8μm，而據(jù)認(rèn)為，在機(jī)體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的反差介質(zhì)微泡所具有的尺寸則最大大約為8μm，最小為0.5μm或者更小)。
然而，還并不清楚，反差介質(zhì)是否能恒定地反映循環(huán)血液的動(dòng)力學(xué)，例如，在微泡保留于微循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的情況下，使用微泡破壞作為回聲源的生態(tài)信息可能并不反映循環(huán)血液的動(dòng)力學(xué)。在這種情況下，即使通過(guò)反差介質(zhì)使強(qiáng)度提高，也將難以觀察到血紅細(xì)胞的真實(shí)動(dòng)力學(xué)情況。
本發(fā)明便是考慮到上述情況設(shè)計(jì)而成的，因此提供了能夠通過(guò)改變發(fā)射條件控制微泡消失程度而觀察或量化尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡以及獨(dú)立的尺寸十分小的反差介質(zhì)微泡的超聲波診斷裝置。
發(fā)明公布為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了下述裝置。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供了用于通過(guò)使用超聲波掃描待診斷對(duì)象中的診斷靶標(biāo)而獲取超聲波斷層圖像的超聲波診斷裝置。該裝置裝備有用于輻射的輻射裝置，其特征在于，對(duì)于待診斷對(duì)象的特定斷層，第一超聲波用于破壞存在于待診斷對(duì)象的血管內(nèi)血液中的、血管外組織液和淋巴液中的反差介質(zhì)微泡，第二超聲波用于破壞未被第一超聲波破壞的并在待診斷對(duì)象的血管內(nèi)血液中流動(dòng)的反差介質(zhì)保留微泡。
根據(jù)這一方案，便有可能獲得能夠通過(guò)改變發(fā)射條件控制微泡的消失程度而觀察或量化尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡以及獨(dú)立的尺寸十分小的反差介質(zhì)微泡的超聲波診斷裝置。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)某一實(shí)施例簡(jiǎn)要展示超聲波診斷裝置一個(gè)方案的簡(jiǎn)圖；圖2是展示微泡尺寸與破壞所需吸取壓力之間理論關(guān)系的曲線圖；圖3A、圖3B和圖3C是概念地展示不同尺寸的微泡所存在微觀區(qū)域的簡(jiǎn)圖；圖4是用于解釋某一由超聲波診斷裝置10所實(shí)施的診斷相關(guān)的序列的例子的簡(jiǎn)圖；圖5是展示超聲波診斷裝置10所執(zhí)行的掃描規(guī)程的流程圖；圖6是概念地展示實(shí)施例中對(duì)所記錄圖像進(jìn)行重組處理的簡(jiǎn)圖；和圖7是概念地展示根據(jù)實(shí)施例方法所獲得的時(shí)間強(qiáng)度曲線的簡(jiǎn)圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行解釋。在隨后的說(shuō)明中，具有基本上相同的功能和布置的元件將標(biāo)以相同的參考數(shù)字，且說(shuō)明僅在必要時(shí)加以重復(fù)。
首先將對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的超聲波診斷裝置的方案示意圖進(jìn)行解釋。
圖1是根據(jù)本實(shí)施例簡(jiǎn)要展示超聲波診斷裝置10方案的簡(jiǎn)圖。
如圖1所示，超聲波診斷裝置10包含對(duì)發(fā)射/接收超聲波信號(hào)到/從待診斷對(duì)象作出響應(yīng)的超聲波探頭12，用于驅(qū)動(dòng)超聲波探頭和處理超聲波探頭的接收信號(hào)的裝置主體11，連接裝置主體并允許操作者輸入命令信息到裝置主體的輸入部分13，和用于測(cè)量心電波形的ECG14。輸入部分13包含按鍵、鍵盤(pán)、跟蹤球等，其能夠控制該診斷裝置和各種圖像-質(zhì)量條件的設(shè)定。
裝置主體11包含超聲波發(fā)射單元21，超聲波接收單元22，B-模式處理電路23，多普勒處理電路24，圖像處理電路25，圖像存儲(chǔ)電路26、顯示部分28，心跳檢測(cè)單元29，存儲(chǔ)介質(zhì)30，網(wǎng)絡(luò)電路31和控制器32。
超聲波發(fā)射單元21包含觸發(fā)器、延遲電路和脈沖電路(均未顯示)，并且其通過(guò)產(chǎn)生脈沖超聲波并發(fā)送相同的波到探頭12的壓電傳感器而產(chǎn)生聚焦超聲波脈沖。發(fā)射單元21具有能夠根據(jù)控制器32的命令瞬時(shí)改變發(fā)射頻率、發(fā)射驅(qū)動(dòng)電壓等的開(kāi)關(guān)功能。特別地，對(duì)于發(fā)射驅(qū)動(dòng)電壓，瞬時(shí)改變可以或者通過(guò)能夠瞬時(shí)轉(zhuǎn)換其數(shù)值的線性放大器類型的發(fā)射電路，或者通過(guò)電力轉(zhuǎn)換多個(gè)功率供給單元而實(shí)現(xiàn)。
此外，超聲波發(fā)射單元21在控制器32的控制下，根據(jù)下面(見(jiàn)圖4)說(shuō)明的次序而執(zhí)行間歇超聲波發(fā)射。此處所說(shuō)的間歇發(fā)射是指，例如在反差介質(zhì)回聲成像方法的實(shí)例中，周期性重復(fù)地操作從而使超聲波發(fā)射暫停(例如，暫停4秒)然后再恢復(fù)超聲波發(fā)射的發(fā)射方法。根據(jù)間歇發(fā)射，便可能獲得相應(yīng)于在間歇期間流動(dòng)的血液的反差介質(zhì)回聲信號(hào)。例如，USP6,149,597公開(kāi)了一種通過(guò)改變暫停之間的時(shí)間間隔而獲得血流動(dòng)力學(xué)時(shí)間-次序改變的方法。
超聲波接收單元22接收從探頭12的每一個(gè)傳感器輸出的回聲信號(hào)，該回聲信號(hào)被待診斷對(duì)象內(nèi)的組織所散射?；芈曅盘?hào)被預(yù)放大器放大用于超聲波接收單元22的每一個(gè)通道，并且具有在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換之后從接收延遲電路依據(jù)確定接收方向性所需的延遲時(shí)間而提供的，其后信號(hào)在加法器中加和。執(zhí)行加和處理過(guò)程是為了提高處于與反射波接收方向性相應(yīng)的方向上的反射成分，并且根據(jù)通過(guò)這一處理所獲得的發(fā)射方向性和接收方向性能夠形成對(duì)于發(fā)射和接收的綜合超聲波束。
B-模式處理電路23對(duì)從超聲波接收單元22輸入的回聲信號(hào)進(jìn)行回聲信號(hào)對(duì)數(shù)放大、包絡(luò)檢波處理等，從而產(chǎn)生以發(fā)光亮度表示信號(hào)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。
多普勒處理電路24對(duì)回聲信號(hào)的速度信息執(zhí)行頻率分析，并將分析結(jié)果發(fā)送到圖像處理電路25。
圖像處理電路25將超聲波掃描的掃描線信號(hào)陣列轉(zhuǎn)換成能夠?yàn)橐慌_(tái)TV所表現(xiàn)的典型視頻格式的掃描線信號(hào)陣列。圖像處理電路25對(duì)所轉(zhuǎn)換的信號(hào)合成以字符信息和各種設(shè)定參數(shù)的標(biāo)度，并將結(jié)果作為視頻信號(hào)輸出到顯示部分28。這樣便顯示出了代表待診斷對(duì)象中組織形狀的斷層圖像。
圖像處理電路25還會(huì)產(chǎn)生基于由此而獲得的多個(gè)超聲波圖像信息的TIC(時(shí)間強(qiáng)度曲線)。TIC是表示在引入反差介質(zhì)之后，在感興趣的區(qū)域內(nèi)伴隨著回聲信號(hào)提高的過(guò)程中，強(qiáng)度的時(shí)間-次序改變的曲線圖，其用于在評(píng)估血流動(dòng)力學(xué)時(shí)進(jìn)行定量分析。
圖像存儲(chǔ)電路26包含用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)電路26中的信息能夠，例如，在診斷之后讀出；而且，通過(guò)使用多于一幀的信息可以播放動(dòng)畫(huà)。
心跳檢測(cè)單元29將活體信號(hào)信息，諸如在ECG14中獲得的心電圖，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。與活體信號(hào)信息相關(guān)的數(shù)字信號(hào)在圖像處理電路25中與診斷圖像合成，然后在顯示部分28上顯示出來(lái)或者記錄在安裝于圖像存儲(chǔ)電路26上的存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要活體信號(hào)信息用于下述技術(shù)流程的分析時(shí)，其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)30內(nèi)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電路轉(zhuǎn)移到外部。
存儲(chǔ)介質(zhì)30存儲(chǔ)下述的診斷分析程序。此外，其還用于保存圖像存儲(chǔ)電路26中的圖像。存儲(chǔ)介質(zhì)30內(nèi)的數(shù)據(jù)也能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電路31轉(zhuǎn)移到外部裝置上。
控制器32具有作為信息處理裝置(計(jì)算機(jī))進(jìn)行操作的功能，其是用于控制操作超聲波診斷裝置主體11的控制裝置。特別地，控制器32不斷地改變發(fā)射條件，諸如發(fā)射單元的頻率和驅(qū)動(dòng)電壓，并將發(fā)射條件信息追加到在上述條件下所獲得診斷圖像上，然后上述條件追加到圖像信息上或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中?？刂破?2還具有編程功能從而執(zhí)行次序發(fā)射，這正是本發(fā)明的特點(diǎn)。
在說(shuō)明本發(fā)明超聲波診斷裝置的操作之前，先討論一下作為前提的基本理論。
首先，先討論用作反差介質(zhì)的微小泡的一般性質(zhì)。微小泡(下文中，簡(jiǎn)記為微泡)會(huì)由于超聲波聲壓的機(jī)械作用而破壞。理論上講，閾值需要是頻率或聲壓的函數(shù)(例如，Holland AK，Apfel RE，”Animproved theory for the prediction of microcavitation thresholds”，IEEE Trans Ultrason Ferroelec Freq Contr 1989；36，No.2，204-208)。
圖2是展示微泡起始直徑與破壞每一起始直徑的微泡所需聲壓閾值之間關(guān)系的曲線圖，其由上面文章中的理論等式計(jì)算而得。由曲線圖可知，輻射聲壓越高，微泡越容易破裂，輻射頻率越低，微泡越容易破裂。此外，破壞所需的聲壓水平也隨著微泡的尺寸而改變，并且可知要破壞較大的微泡則需要提高輻射聲壓。
現(xiàn)在說(shuō)明活體內(nèi)反差介質(zhì)微泡的動(dòng)力學(xué)。能夠從商業(yè)上獲得的反差介質(zhì)，其平均尺寸、每單位體積微泡的數(shù)目等根據(jù)產(chǎn)品的種類會(huì)有所不同。微泡典型的直徑為大約2-4μm，其稍小于血紅細(xì)胞的尺寸。因此，反差介質(zhì)微泡能夠容易地通過(guò)毛細(xì)血管。
但是，由于微泡的性質(zhì)，并非所有的微泡都具有2-4μm的直徑，部分微泡的直徑超出了上面所指定范圍。尺寸超出2-4μm的微泡，例如尺寸大約為1μm的微泡，只要其維持該尺寸便可以起到極小回聲源的作用。另一方面，具有大約1μm尺寸的微泡相對(duì)于聲壓非常容易破壞，如圖2所示。特別地，其具有天然性質(zhì)即隨著吸取壓力而擴(kuò)大并成為大的回聲源。此外，例如占較小比率的尺寸大約為6μm的微泡，卻因?yàn)槊總€(gè)單峰信號(hào)(count)的反射回聲起初較大而起到大回聲源的作用。
因此，認(rèn)為具有大約6μm尺寸的微泡可能與血紅細(xì)胞的表現(xiàn)方式相同，并在全身循環(huán)而不會(huì)從毛細(xì)血管壁滲出。另一方面，認(rèn)為尺寸為大約1μm的微泡可能會(huì)從毛細(xì)血管壁滲出到滲漏細(xì)胞膜之間的空腔內(nèi)。特別地，后者已被下面描述的事實(shí)所證實(shí)。
肝實(shí)質(zhì)中有大量尺寸大約為1μm的被稱為Disse腔的間隙。氧分子水平的養(yǎng)分和物質(zhì)能夠容易地流入Disse腔內(nèi)。因此，假定尺寸大約為1μm的微泡從毛細(xì)血管壁滲出到滲漏細(xì)胞膜之間的空腔內(nèi)，如上所述，那么可以預(yù)料尺寸大約為1μm的微泡也會(huì)流入到Disse腔內(nèi)。事實(shí)上，已知在引入反差介質(zhì)之后超聲波掃描暫停，大約5分鐘后輻射重新進(jìn)行時(shí)，會(huì)在肝臟觀察到等于或者大于毛細(xì)血管血流的回聲。這一事實(shí)表明，微泡也會(huì)流入到比血紅細(xì)胞小的循環(huán)系統(tǒng)中。
從上文，可以推斷出下面有關(guān)超聲波診斷的各項(xiàng)。也就是，例如，在感興趣的區(qū)域充滿反差介質(zhì)的情況下，認(rèn)為包含較大的尺寸具有廣泛尺寸分布的微泡群會(huì)存在于血紅細(xì)胞水平的血流循環(huán)系統(tǒng)中，而尺寸限制在例如1μm或者更小的微泡群則存在于小于血紅細(xì)胞的血流(血漿)循環(huán)系統(tǒng)中。據(jù)推斷，這一特征適用于典型的腹部系統(tǒng)，特別是肝、腎、脾等。作為另一個(gè)例子，被稱為Kupffer細(xì)胞的吞噬細(xì)胞存在于肝內(nèi)，其可能吞噬微泡。還認(rèn)為，這些細(xì)胞所攝入的微泡僅限于那些較小尺寸的微泡。
圖3A是用于解釋微泡根據(jù)其尺寸而允許流入不同循環(huán)系統(tǒng)的概圖。
如圖3A所示，尺寸大約為2-4μm的微泡52和53以及尺寸大約為1μm的微泡54流入到血紅細(xì)胞水平的循環(huán)系統(tǒng)50中(例如血管)，并且例如，它們隨著血紅細(xì)胞一起循環(huán)。此外，微泡52和53不能通過(guò)血管壁進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)51如血漿或類似的循環(huán)中，因此循環(huán)系統(tǒng)51充滿了尺寸大約為1μm的微泡54。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于，本發(fā)明集中于活體內(nèi)反差介質(zhì)微泡的動(dòng)力學(xué)依據(jù)其尺寸而存在的差異，因而基于尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡的第一活體信息和基于尺寸小于血紅細(xì)胞的反差介質(zhì)微泡(比如尺寸為1μm或者更小的微泡)的第二活體信息能夠獨(dú)立地加以成像和量化。為了充分地獲得第一活體信息和第二活體信息，本實(shí)施例的超聲波診斷裝置通過(guò)改變下述發(fā)射條件而執(zhí)行超聲波發(fā)射來(lái)控制微泡根據(jù)其尺寸而消失的時(shí)限。
圖3B和圖3C是用來(lái)解釋獲得第一活體信息和第二活體信息的原理的概圖。
在所感興趣的充滿微泡的區(qū)域內(nèi)(例如，在如圖3A所示的區(qū)域內(nèi))，當(dāng)超聲波以大約500k帕斯卡的聲壓開(kāi)始進(jìn)行輻射時(shí)，則其可能主要破壞尺寸大約為1μm的微泡，這便使得其可能獲得較大的回聲源(作為閃爍回聲的回聲)。結(jié)果，便可能從尺寸大約為1μm的微泡所存在的整個(gè)由循環(huán)系統(tǒng)50和循環(huán)系統(tǒng)51組成的區(qū)域(該區(qū)域在圖3B中以點(diǎn)表示)內(nèi)獲得生態(tài)信息。此外，盡管還并不清楚，因?yàn)樯鷳B(tài)信息也基于從處于或低于血紅細(xì)胞水平的循環(huán)系統(tǒng)傳來(lái)的回聲信號(hào)，但是生態(tài)信息還是可能提供新的診斷信息，諸如間隙的尺寸、攝取細(xì)胞的功能和代謝功能。
隨后，當(dāng)對(duì)所有在上次輻射中未被破壞的保留微泡以例如1000k帕斯卡水平的聲壓進(jìn)行輻射時(shí)，便可能主要破壞那些相對(duì)脆弱而易于毀壞的微泡(包括圖3A中尺寸為2-4μm的微泡52和53)，這便有可能獲得較大的回聲源(作為閃爍回聲的回聲)。結(jié)果，便可能從微泡52和53所主要存在的處于血紅細(xì)胞水平的循環(huán)系統(tǒng)50內(nèi)(該區(qū)域在圖3C中以點(diǎn)表示)獲得生態(tài)信息。該生態(tài)信息反映了血紅細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)，因此成為了用于通常診斷或量化血流的有用信息。
現(xiàn)在將主要解釋在超聲波診斷中通過(guò)反差回聲成像方法用超聲波診斷裝置10所獲得的相對(duì)于超聲波透射待診斷對(duì)象的操作。
圖4是用來(lái)解釋一個(gè)超聲波發(fā)射序列的實(shí)例的簡(jiǎn)圖，其使用超聲波診斷裝置10對(duì)腹部進(jìn)行診斷。
參考圖4，橫坐標(biāo)表示時(shí)間的流逝。縱坐標(biāo)表示由發(fā)射造成的并施加到微泡上的機(jī)械功能的強(qiáng)度，且縱坐標(biāo)數(shù)值越高，發(fā)射頻率就越低(或者作為選擇，發(fā)射驅(qū)動(dòng)聲壓越高，或者前述的組合)。根據(jù)這一序列，機(jī)械功能根據(jù)待毀壞微泡的尺寸而逐步加以控制。
此外，附圖中的每一組箭頭(附圖中的G1，G2，G3等等)代表超聲波掃描的一個(gè)幀，每個(gè)箭頭的長(zhǎng)度反映了所考慮的幀中發(fā)射聲壓機(jī)械功能的強(qiáng)度(也就是，箭頭越長(zhǎng)，強(qiáng)度越高)。例如，發(fā)射幀的G1組代表所謂的超聲波診斷四聯(lián)發(fā)射，而間隔t1是幀的間隔。每組中的4個(gè)超聲波發(fā)射(比如，在G1組中)并不需要以規(guī)則的間隔執(zhí)行。
此外，倒數(shù)1/t1相應(yīng)于所謂的幀速率。時(shí)間間隔t2代表了所謂的間歇發(fā)射間隔，其對(duì)于普通診斷，與幀間隔相比是一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。更具體地講，t2優(yōu)選地為大約3-5秒，這是感興趣的區(qū)域充滿微泡所需的或者更長(zhǎng)的間隔。
圖4所示超聲波發(fā)射序列的特點(diǎn)在于，發(fā)射是通過(guò)在有機(jī)體感興趣的區(qū)域充滿微泡之后以機(jī)械功能逐漸提高的方式間歇發(fā)射而執(zhí)行的，這樣便可以獲得兩個(gè)或者更多的幀。通過(guò)以這種方式逐步提高機(jī)械功能，便可能導(dǎo)致小于血紅細(xì)胞的反差介質(zhì)微泡(例如尺寸為1μm或者更小的微泡)和尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡在不同時(shí)限下毀壞。這便能夠從循環(huán)血紅細(xì)胞的血流循環(huán)系統(tǒng)中分離出活體信息，以及從小于血紅細(xì)胞的血流(血漿)循環(huán)系統(tǒng)中分離出活體信息。
用超聲波診斷裝置進(jìn)行超聲波發(fā)射的目的在于以不同的時(shí)限破壞兩類微泡(小于血紅細(xì)胞的反差介質(zhì)微泡和尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡，如上所述)。因此，在一幀的超聲波掃描中，至少執(zhí)行兩個(gè)超聲波發(fā)射才足夠。然而，在圖4所示的實(shí)例中，每一幀執(zhí)行四個(gè)超聲波發(fā)射。這樣做便能夠更精確地判斷四個(gè)超聲波輻射中是哪一個(gè)輻射使尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡發(fā)生破壞。通過(guò)在一幀的超聲波掃描中以此方式執(zhí)行更大數(shù)目的超聲波發(fā)射，便可能更精確地從循環(huán)血紅細(xì)胞的血流循環(huán)系統(tǒng)中區(qū)分出活體信息，以及從小于血紅細(xì)胞的血流(血漿)循環(huán)系統(tǒng)中區(qū)分出活體信息。
同樣，G2，G3等重復(fù)該序列。這樣便產(chǎn)生了包含各種信息的TIC從循環(huán)血紅細(xì)胞的血流循環(huán)系統(tǒng)獲得的活體信息，和從小于血紅細(xì)胞的血流(血漿)循環(huán)系統(tǒng)獲得的活體信息，并獲得超聲波圖像。
現(xiàn)在，對(duì)一種采用圖4發(fā)射序列的診斷方案，參考圖5進(jìn)行說(shuō)明。
圖5是用于解釋用超聲波診斷裝置10執(zhí)行的診斷方案的流程圖。
參考圖5，操作者首先通過(guò)規(guī)劃各個(gè)參數(shù)作為成像前的準(zhǔn)備工作而獨(dú)特地確定圖4所示的序列(步驟S1)。
更具體地講，操作者為發(fā)射幀的編號(hào)N(也就是，圖4中箭頭G1，G2等組的編號(hào))、每一發(fā)射的驅(qū)動(dòng)頻率和驅(qū)動(dòng)聲壓(也就是，發(fā)射條件)、幀間隔t1、間歇發(fā)射間隔t2等輸入數(shù)值。此處，發(fā)射幀的編號(hào)N＝6，一個(gè)幀的超聲波發(fā)射通過(guò)分四步提高機(jī)械功能而執(zhí)行，如圖4所示。
可以以這樣的方式進(jìn)行安排，即操作者能夠通過(guò)從多個(gè)預(yù)安裝的程序中交互地選擇出所期望的程序而確定序列。
然后，操作者開(kāi)始以通常的序列掃描待診斷對(duì)象(步驟S2)。
此步的掃描用于在B-模式、多普勒模式等模式中進(jìn)行觀察，其通常在引入反差介質(zhì)之前進(jìn)行。因此，在此步中，掃描不是基于圖4所示的序列進(jìn)行的，而是基于通常的序列進(jìn)行。
然后，引入反差介質(zhì)，開(kāi)始基于圖4所示序列的超聲發(fā)射或類似的發(fā)射(步驟S3)。
開(kāi)始操作通過(guò)按下安裝于輸入部分13上的按紐而執(zhí)行。
隨后，掃描根據(jù)圖4所示的發(fā)射序列自動(dòng)地執(zhí)行(步驟S4-S6)。更明確地講，首先執(zhí)行與圖4中G1相對(duì)應(yīng)的一個(gè)幀的超聲波發(fā)射，并獲得相應(yīng)于各個(gè)超聲波的回聲信號(hào)。如此獲得的各個(gè)超聲波信號(hào)納入到預(yù)先確定的數(shù)據(jù)處理中，并記錄到圖像存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)介質(zhì)中作為圖像信息，這樣圖像連同機(jī)械功能每一步中的發(fā)射條件信息便被記錄下來(lái)。
隨后，六個(gè)發(fā)射幀的超聲波發(fā)射以設(shè)定的間歇間隔t2(每次，t2能夠設(shè)定為不同的數(shù)值)重復(fù)進(jìn)行(步驟S7等)。在步驟S7中，根據(jù)判斷，即發(fā)射幀的全部數(shù)目已經(jīng)到達(dá)6，超聲波診斷裝置10便結(jié)束圖4所示的發(fā)射序列(步驟S8)。
當(dāng)操作者按下輸入部分的終止按紐時(shí)，便結(jié)束了這一序列的操作。然而，也可以以這樣的方式安排，例如，將重復(fù)的數(shù)目記錄在預(yù)安裝的程序中，并且當(dāng)完成預(yù)先確定的發(fā)射數(shù)目時(shí)，便自動(dòng)結(jié)束該序列。
隨后，讀出一組根據(jù)上面處理過(guò)程記錄的圖像，并顯示在顯示部分28上。在此實(shí)例中，相應(yīng)于所顯示圖像的發(fā)射條件同時(shí)顯示在顯示部分28上。并且，可能以連續(xù)地、逐幀地、反序地、逐邊地(side byside)等方式播放一組記錄畫(huà)面。
此外，超聲波診斷裝置具有重組多個(gè)基于圖4所示序列而獲得的超聲波圖像的功能，從而使它們以具有相同發(fā)射條件的組加以顯示。圖像的重組是基于附加在每一段圖像數(shù)據(jù)上的發(fā)射條件和時(shí)間信息實(shí)現(xiàn)的。更具體地講，附加有相同發(fā)射條件的圖像數(shù)據(jù)被提取出來(lái)，并且所提取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)一步根據(jù)時(shí)間信息按時(shí)間-次序加以排列。
圖6是用于解釋圖像重組功能的簡(jiǎn)圖。
圖6上面一行所示每一圖像幀中的各個(gè)圖像“a”、“b”、“c”和“d”(簡(jiǎn)圖的上面一行)根據(jù)發(fā)射條件而劃分成圖像組，如簡(jiǎn)圖下行所示，并進(jìn)一步按時(shí)間-次序加以排列。因?yàn)橐赃@種方式重組的每一組圖像都是由具有相同發(fā)射條件的圖像組成的，所以可以認(rèn)為每一組都基于具有基本上相同直徑的反差介質(zhì)微泡而反映活體信息。換言之，每一圖像組無(wú)論作為受從循環(huán)血紅細(xì)胞的血流循環(huán)系統(tǒng)中獲得的活體信息控制的超聲波圖像還是作為受從小于血紅細(xì)胞的血流(血漿)循環(huán)系統(tǒng)中獲得的活體信息控制的超聲波圖像都是統(tǒng)一的。
應(yīng)當(dāng)注意，超聲波診斷裝置10能夠以任意的模式顯示圖像，包括循環(huán)播放全部的形成所有圖像組的圖像，循環(huán)播放全部的形成一個(gè)圖像組的圖像，循環(huán)播放多于一個(gè)的圖像組，逐幀播放等等。
此外，該超聲波診斷裝置具有根據(jù)所獲得的圖像組(例如，圖6下行中的圖像組)確定適當(dāng)?shù)木植繀^(qū)域并獲得所確定區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度柱狀圖或者平均強(qiáng)度值的功能，以及計(jì)算時(shí)間強(qiáng)度曲線(TIC)的功能。
圖7展示了一個(gè)分別從圖像組A和圖像組B獲得的TIC的例子。曲線A表示圖像組A的TIC而曲線B則表示圖像組B的TIC。在圖7中，縱坐標(biāo)表示與超聲波接收相關(guān)的信號(hào)強(qiáng)度，而橫坐標(biāo)表示時(shí)間的流逝(也就是，與重復(fù)間歇發(fā)射相對(duì)應(yīng)的流逝時(shí)間)。
參考圖7，曲線A表示的微泡流動(dòng)不僅反映了血紅細(xì)胞的流動(dòng)，也反映了比血紅細(xì)胞小得多的粒子的流動(dòng)。這是因?yàn)榍€A是基于通過(guò)在每一幀中以相當(dāng)?shù)偷穆晧哼M(jìn)行發(fā)射而獲得的圖像“a”。此外，因?yàn)榍€A也包含非常緩慢的從血管壁滲出的流動(dòng)，所以其強(qiáng)度甚至在所謂的血流灌注達(dá)到飽和狀態(tài)之后，仍然繼續(xù)微小地上升。
另一方面，至于曲線B，血流中的反差介質(zhì)則在幾秒鐘內(nèi)到達(dá)飽和狀態(tài)。這是因?yàn)榍€B是基于通過(guò)在每一幀中以相當(dāng)?shù)偷穆晧哼M(jìn)行發(fā)射之后再以高聲壓進(jìn)行發(fā)射而獲得的圖像“b”，因此其直接反映了血紅細(xì)胞的流動(dòng)。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)延長(zhǎng)前述的掃描間歇間隔時(shí)，感興趣的區(qū)域?qū)⒊錆M微泡，從而TIC的信號(hào)強(qiáng)度將上升得更加陡峭。
此外，超聲波診斷裝置可能具有額外的功能，以便使其能夠執(zhí)行圖像處理，例如對(duì)多個(gè)獲得曲線進(jìn)行加和與減除。
根據(jù)上述方案，因?yàn)槌暡òl(fā)射是在一幀內(nèi)機(jī)械功能逐步增加的同時(shí)進(jìn)行的，所以可能引起反差介質(zhì)微泡根據(jù)其尺寸的不同而逐步地破壞。因?yàn)榉床罱橘|(zhì)微泡是根據(jù)其尺寸而被允許流入到活體的不同區(qū)域內(nèi)的，通過(guò)使用相應(yīng)的破壞作為回聲源而產(chǎn)生的超聲波圖像，便可能提供更多樣的信息，例如用于超聲波診斷的反映更詳細(xì)的循環(huán)血液動(dòng)力學(xué)的信息和小于血紅細(xì)胞的物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)的信息，捕食細(xì)胞分布的信息等。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明申請(qǐng)并不僅限于上述的實(shí)施例，并且在實(shí)際階段可以以各種方式加以修改而并不背離本發(fā)明的范圍。此外，當(dāng)可能時(shí)，各個(gè)實(shí)施例能夠按照需要加以組合，并且在這樣的例子中可以獲得組合的效果。而且，上述的實(shí)施例包含各種階段的發(fā)明，并且通過(guò)適當(dāng)組合上面所公開(kāi)的多個(gè)部分能夠得出多種發(fā)明。例如，實(shí)施例所示的所有部分，甚至在忽略一些部分時(shí)，也能夠獲得“本發(fā)明要解決的問(wèn)題”專欄中所討論的目標(biāo)，并且在獲得至少一種“本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)”專欄中所描述的優(yōu)點(diǎn)的實(shí)例中，省略一些部分的方案也能夠獲得一項(xiàng)發(fā)明。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變發(fā)射條件控制微泡消失的水平，便可能獲得能夠觀察或者量化尺寸與血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)姆床罱橘|(zhì)微泡和獨(dú)立的尺寸極小的反差介質(zhì)微泡的超聲波診斷設(shè)備。
權(quán)利要求
1.超聲波診斷裝置，包括用于發(fā)射/接收超聲波到/從引入了反差介質(zhì)的待診斷對(duì)象特定部分的超聲波探頭；用于產(chǎn)生該超聲波探頭的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；和用于以如下方式控制該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的控制器，即該超聲波探頭發(fā)射用于破壞該反差介質(zhì)微泡的第一超聲波，和用于破壞至少一部分未被該第一超聲波破壞并在該待診斷對(duì)象血管內(nèi)的血液中流動(dòng)的該反差介質(zhì)保留微泡的第二超聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷裝置，其中該控制器以如下方式控制該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，即該第二超聲波以比該第一超聲波更高的聲壓發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷裝置，其中該控制器以如下方式控制該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，即該第二超聲波以比該第一超聲波更低的頻率發(fā)射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷裝置，其中該控制器以如下方式控制該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，即該第一超聲波或該第二超聲波通過(guò)按照預(yù)先確定的在該待診斷對(duì)象內(nèi)積累該反差介質(zhì)所需的時(shí)間間隔而進(jìn)行的間歇發(fā)射而發(fā)射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的超聲波診斷裝置，當(dāng)通過(guò)所述間歇發(fā)射獲得多個(gè)超聲波圖像時(shí)，還包含用于同時(shí)顯示多個(gè)基于該第一超聲波的超聲波圖像或者同時(shí)顯示多個(gè)基于該第二超聲波的超聲波圖像的顯示設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的超聲波診斷裝置，其中該顯示設(shè)備同時(shí)地、按時(shí)間-次序地排列該多個(gè)待顯示的超聲波圖像，然后顯示該多個(gè)超聲波圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷裝置，其中該第一超聲波處于這樣的聲壓下，即存在于該待診斷對(duì)象血管內(nèi)血液中的和血管外組織液和淋巴中的該反差介質(zhì)被破壞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷裝置，其中該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器以如下方式加以控制，即在該第一超聲波進(jìn)行發(fā)射的發(fā)射條件下，直徑小的反差介質(zhì)微泡被破壞而直徑大的該反差介質(zhì)則幾乎不被破壞，而在該第二超聲波進(jìn)行發(fā)射的發(fā)射條件下，小直徑和大直徑的該反差介質(zhì)微泡都被破壞。
9.控制超聲波診斷裝置的方法，用于以如下方式控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，即發(fā)射/接收超聲波到/從引入了反差介質(zhì)的待診斷對(duì)象的特定部分的超聲波探頭發(fā)射用于破壞該反差介質(zhì)微泡的第一超聲波和用于破壞至少部分未被該第一超聲波破壞并在該待診斷對(duì)象血管內(nèi)的血液中流動(dòng)的該反差介質(zhì)保留微泡的第二超聲波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該第二超聲波具有比該第一超聲波更高的聲壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該第二超聲波具有比該第一超聲波更低的頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器以如下方式加以控制，即該第一超聲波或該第二超聲波通過(guò)按照預(yù)先確定的在該待診斷對(duì)象內(nèi)積累該反差介質(zhì)所需的時(shí)間間隔進(jìn)行的間歇發(fā)射而發(fā)射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的控制超聲波診斷裝置的方法，其中當(dāng)通過(guò)該間歇發(fā)射獲得多個(gè)超聲波圖像時(shí)，還存在一個(gè)顯示，其中多個(gè)基于該第一超聲波的超聲波圖像同時(shí)被顯示或者多個(gè)基于該第二超聲波的超聲波圖像同時(shí)被顯示。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該顯示方法是所述多個(gè)將同時(shí)顯示的超聲波圖像按時(shí)間-次序地加以排列的顯示方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該第一超聲波處于這樣的聲壓下，即存在于該待診斷對(duì)象血管內(nèi)血液中的和血管外組織液和淋巴中的該反差介質(zhì)被破壞。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的控制超聲波診斷裝置的方法，其中該驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器以如下方式加以控制，即在發(fā)射該第一超聲波的發(fā)射條件下，直徑小的反差介質(zhì)微泡被破壞而直徑大的該反差介質(zhì)則幾乎不被破壞，而在發(fā)射該第二超聲波的發(fā)射條件下，小直徑和大直徑的該反差介質(zhì)微泡都被破壞。
全文摘要
在每幀的間歇發(fā)射過(guò)程中，超聲波發(fā)射的機(jī)械功能逐級(jí)提高，從而引起每一個(gè)大小不等的反差介質(zhì)微泡逐級(jí)分解。通過(guò)利用每一階段的分解作為回聲源形成超聲波圖像，便能夠提供新的生物學(xué)數(shù)據(jù)(受比紅血球更小的物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)影響的數(shù)據(jù)、吞噬細(xì)胞的分布、新的診斷數(shù)據(jù)等)。
文檔編號(hào)A61B8/06GK1482884SQ01821335
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2001年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月26日
發(fā)明者神山直久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝