專利名稱：超聲波攝像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及與相變化納米液滴型超聲波造影劑組合所使用的診 斷/治療用超聲波攝像系統。
背景技術：
X射線CT、 MRI、超聲波診斷裝置等的圖像診斷方式早已成為 醫療現場中必要的工具。由于這些方式分別把生物體內的CT值、旋 轉緩和時間、音響阻抗的差別圖像化，這些物理性質的差別主要反映 了生物體的構造(形態)，因此稱為r形態構圖J 。與此不同，把即 使在構造方面是相同的組織，但是在功能方面處于不同狀態中的部位 圖像化的方式稱為r功能構圖」。在該功能構圖中，特別地把使分子 生物學的信息，即蛋白質/氨基酸/核酸等生物體結構分子的存在狀態 可視的方式稱為r分子構圖」。分子構圖由于期待對于發生/分化這樣 的生命現象的闡明、疾病的診斷/治療上的應用，因此是當前最引人關 注的研究領域之一。另外，在分子構圖中，大多使用對于生物體結構 分子具有選擇性的構造的物質即r分子探針J ,在這種情況下，對于 分子探針添加能進行基于某些物理方法的檢測的構造，^吏得能夠從體 外無血地將分子內的分子探針的分布可視化。在非專利文獻1 (Allen ， Nature Rev. Cancer 2: 75-763 (2002))中記栽了以胂瘤為目標時的 分子探針的例子。肽(Peptide) /抗體等是主要的分子探針。
作為在這種分子柚圖中幾乎特定的構圖裝置，可以舉出Positron Emission Topography ( PET )裝置以及光構圖裝置，前者作為在臨床 中用于進行胂瘤的擴散狀況或者發展程度(級)的分類的工具，另外， 后者作為在藥劑開發等中使用了小動物的無侵襲的藥物動態分析工 具，正在分別廣泛應用。另外，除去這些在分子構圖中特定的裝置以外，以在形態構圖中
使用的MRI或者超聲波這樣的已經存在的方式為基礎，還正在進行 比當前更早期地檢測/診斷疾病的系統的開發。其中，使用超聲波的系 統由于具有1)實時性好，2)由于體積小因而有關在手術室內使用的 限制少，3)不僅是診斷，還能作為治療用的工具使用這樣的其它方 式不具有的特長，因此期待作為在大型醫院之外也能使用的診斷/治療 綜合工具。
作為治療用工具的超聲波通過從遠離患部的部位，特別是從體外 照射收斂超聲波，對患部進行聚焦，原理上能夠僅對患部提供治療所 需要的高能量，具有作為侵襲性極低的治療法的潛力。特別是近年來 關注的是在幾秒的短時間內使對象部位上升到大于等于蛋白質變性
溫度(大約65°C)的加熱凝固治療。因為使用大于等于lkW/cm2 的高強度收斂超聲波(High Intensity Focused Ultrasound (HIFU)) 的治療，故大多稱為HIFU治療。當前作為低侵襲性地治療乳腺癌、 前列腺肥大的方法正在引人關注。在該HIFU治療中，由于僅以超聲 波的收斂性得到治療部位選擇性，因此如果由于身體位移等使瞄準不 準確，則以大于等于lkW/cir^這樣的高強度的超聲波照射到治療對 象以外，有產生嚴重副作用的可能性。
從而，為了進行安全性高的治療，希望還兼有超聲波收斂之外的 部位選擇性的治療法。當前正在研究為了具有這種超聲波之外的選擇 性而使用藥劑的方法，而其中對于作為超聲波造影劑而大量使用的微 氣泡的期待正在高漲。如在非專利文獻2 (Umemura et al.， IEEE Trans. UFFC 52: 1690-1698 (2005))中示出的那樣，如果存在微氣 泡，則其部位的視在超聲波吸收系數升高，即使在照射相同能量的超 聲波的情況下，與不存在微氣泡的情況相比較，溫度上升加大。從而， 如果能夠僅使微氣泡局限于目標部位，則能利用該溫度上升大的現 象，僅選擇性地加溫目標部位。然而，微氣泡由于其尺寸大小，僅能 在血管中存在，難以局限于腫瘤等組織中。
另外，作為參與微氣泡的超聲波生物體作用，可以舉出(音響)氣穴現象(cavitation)而產生的作用。氣穴現象原本是由超聲波生成 氣泡核，其氣泡成長并壓縮破壞的現象。當存在這樣的微氣泡時，由 于相當于氣穴現象過程中的氣泡生長的階段，因此通過在存在微氣泡 的狀態下照射超聲波，能省略在氣穴現象的生成中所必需的一個步 驟。由此，在微氣泡存在下，已知生成氣穴現象所必需的音響強度降 低。已知如果發生氣穴現象，則在最后的氣泡壓縮破壞的階段，發生 數千度的高溫和數百氣壓的高壓，由此，直接或者由在專利文獻l(特 許第3565758號)中所示的稱為音響化學活性物質的化學物質，發生 生物體作用，特別是發生在氣穴現象生成的部位中的細胞死亡/組織破壞。
另 一方面，如非專利文獻3( Kawabata et al.， Jpn丄Appl.Phys.44: 4548-4552 (2005))中所示研究了在生物體投入時，把納米尺寸的 液滴，即由超聲波照射發生相變化生成微氣泡的藥劑作為造影劑來使 用，如果是納米尺寸的液滴，則能在腫瘤等組織中移動，另外，通過 使用前面敘述的添加分子探針的分子構圖的方法，能使其具有組織選 擇性，通過使用這種相變化型的造影劑，能進行組織選擇性高的超聲 波造影，
另外，前面敘述的功能構圖(分子構圖)是構圖疾病的生物分子 學的特性，提供與形態構圖不同信息的方法，有稱為組織性狀構困的 使形態以外的組織的性質可視的構閨。特別是，可以舉出作為把組織 中的硬度差別進行圖像化的方法的彈性構圖。這是要使用診斷裝置獲 得經由醫生的觸診可以得到的信息的方法，如在乳腺癌等中使硬塊與 早期發現關聯那樣，硬度是反映癌化等組織性狀的重要的因素.微小 部位的硬度如果能夠用診斷裝置進行圖像化，則對動脈硬化的檢查等 用觸診也不能了解的病狀也能進行診斷，
用觸診檢查的硬度表現為剛性率(剪切彈性率)。為了構圖該彈 性率大多使用如下方法做手術的人從體表按壓探頭，求體內組織的 局部變形率(畸變)得到硬度分布。剪切彈性率是難以正確測定的物 理量之一，另外，彈性構圖發揮其真正價值，是對于利用通常的診斷圖像進行嚴格區別比較困難的早期疾患，因此通過不是求彈性率的絕 對值而是相對彈性率，能夠充分地使疾病區域可視。因此，臨床上主 流是根據相對彈性率進行診斷的方式
發明內容
發明要解決的課題
通過實用對前面所敘述的現有的形態構圖的信息進行增補的功 能(分子)構圖或者組織性狀構圖，能夠用圖像診斷確認癌等早期診 斷重要疾病的狀態。另外，在早期發現了癌的情況下，現有的手術、 放射性、抗癌劑治療等患者的負擔大，難以適用，因而還開發了侵襲 性比這些治療法低的新的治療法.特別是在侵襲性低的治療法中，由 于不是目視而是使用圖像診斷裝置確定治療目標，因此上述功能構圖 以及組織性狀構圖是重要的。
然而，在功能(分子)構圖中，根據藥劑的選擇性區分患部和正
常組織，而通常投入到體內的藥劑當然不是100%集中到疾病部位，
實際上由于也分布在疾病部位周圍的正常組織中，因此當然不能嚴格 地區別疾病部位與正常組織的邊界。另外，在作為組織性狀構圖的彈 性構圖中，雖然能夠描繪肺瘤等硬的區域，但是也不能嚴格地區分邊界。
這樣，特別是在進行治療時的目標設定時，并不存在嚴格地區分 疾患部分與正常部分的方法，從而，在實際的治療時，廣泛進行通過 大范圍獲取治療區域來與其對應的方法。由于這樣做意味著對于正常 組織也進行治療，因此為了提高治療的安全性，需要能進行疾病區域 與正常區域的區別的方法。本發明要解決的課題在于提供能夠進行這 種疾病區域與正常組織的區分的組織性狀測定方法、診斷裝置以及治
療裝置。
用于解決課題的方法
發明者們想到了通過同時進行分子構圖和組織性狀構圖的，即通 過根據來自造影劑的信號進行彈性構圖，用調查造影劑存在的位置是疾病組織還是正常組織的方法能夠解決功能(分子)構圖中造影劑對 于正常組織的分布或者組織性狀構圖中邊界形狀復雜時，難以描繪邊 界這樣的上述課題，并進行了銳意的研究。其結果，發現在相變化型 納米液滴型的造影劑中照射相變化用的超聲波，至微氣泡生成的時間 以及根據所生成的微氣泡而生成的音響信號中的非線性成分的大小 以及音響信號生成的時間隨納米液滴存在的部位的硬度而變化，從而 實現了本發明。
即，本發明的組織性狀測定裝置具備照射用于使相變化納米液滴 型超聲波造影劑相變化為微氣泡的超聲波能量的單元、計測相變化納 米液滴型超聲波造影劑發生相變化到生成微氣泡的時間的單元，或 者，接收在相變化納米液滴型超聲波造影劑發生相變化而生成微氣泡 時所放射的音響信號的單元，具備計算/記錄相變化納米液滴型超聲波 造影劑發生相變化至生成微氣泡的時間或者在放射的音響信號中包 含的非線性成分的大小或音響信號的持續時間，根據需要，與超聲波 回波圖形等其它圖^象信息重疊進行顯示的單元。這里，所謂相變化型
納米液滴型超聲波造影劑如在非專利文獻3中記述的那樣，指的是用 具有界面活性作用的物質使具有體溫以下沸點的難水溶性物質穩定， 通過使其成為小于等于微米直徑的液滴，達到與過熱同樣的狀態(虛 擬過熱)的物質。在該虛擬過熱狀態下，難水溶性物質的視在沸點上 升，即使投入到體內處于大于等于體溫，也能保持液滴的狀態。在該 狀態下，通過給予適當的物理刺激例如超聲波脈沖，解除虛擬過熱狀 態，通過返回到原來沸點的難水溶性物質的氣化，生成直徑幾微米的 氣泡。該氣泡是超聲波診斷裝置中的良好的造影劑，同時，如在非專 利文獻2中表示的那樣，近年來還明確了作為應用超聲波加熱作用的 治療用的敏化劑也是有用的。
照射用于使相變化納米液滴型超聲波造影劑相變化成微氣泡的 超聲波能量的單元如果能在體內的小于等于大約2cm大小的方形的 任意部位中，在大約0.1ns 100ms的時間內，照射大約0.5~10MHz 頻率的數W/cm2 數100W/cm2強度(SPTP)的超聲波，則就沒有特別限制，另外也可以包括多個頻率成分進行照射。作為計測相變 化納米液滴型超聲波造影劑發生相變化至生成微氣泡的時間的單元， 如果能檢測出數百納米的液滴成為直徑數毫米的氣體，則就沒有特別 限制，可以是在光學上測定液滴與氣泡的散射強度的差異的方法，或 者使用了超聲波的測定液滴與氣泡的散射強度的差異的方法，或者在 響應為了產生上述相變化所照射的超聲波而生成的音響信號中，檢測 在液滴中幾乎沒有生成，在氣泡中明顯觀察到的非線性成分的單元 等。作為接收相變化納米液滴型造超聲波造影劑發生相變化，生成微 氣泡時放射的音響信號的單元，沒有特別限制，而在測定音響信號的 時間變化的目的下使用時，構成為能夠在時間分辨率小于等于大約
O.ljis下，測定與用于使相變化納米液滴型超聲波造影劑發生相變化 所使用的超聲波頻率相同頻帶的超聲波及其一半或者一倍的超聲波 頻帶。另外，接收相變化納米液滴型超聲波造影劑發生相變化生成微 氣泡時放射的音響信號的單元在測定音響信號的頻譜變化的目的下 使用時，最好構成為能夠以大約lnm以下的間隔，測定與用于使相變 化納米液滴型超聲波造影劑發生相變化所使用的超聲波頻率相同頻 帶的超聲波及其1/10-10倍左右的超聲波頻帶。
以下，為了表示本發明的有效性，示出所進行的試驗的一個例子。 圖l表示進行了試驗的實驗系統的結構。在充滿了除氣的純水l的水 槽2中，配置由未圖示的托架保持的收斂型超聲波發送器3 (頻率 3.2MHz,直徑60mm, F值1.2)以及位于能夠檢測來自收斂型超 聲波發送器3的焦點區域的音響信號的位置上，由未圖示的托架保持 的水中傳聲器4。另外，在收斂型超聲波發送器3的焦點區域中，由 未圖示的托架固定包括用以下的方法調制了的相變化型納米液滴的 聚丙烯酰胺凝膠5。
(相變化納米液滴的調制法)
一起添加以下的成分，然后在緩^t添加20mL蒸餾水的同時，在 ULTRA - TURRAX T25 (Janke&Knukel， Staufen Germany)中， 用9500rpm在水溫下進行了一分鐘均化。丙三醇(glycerol) 膽固醇(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 下把均化的結果得到的乳化劑進行2分鐘高壓乳化處理，由0.4毫米 的膜濾器過濾。通過以上的處理，得到幾乎透明的納米液滴。能夠用 LB-550 (堀場制作所，京都)測定并確認所得到的納米液滴的98% 以上都有小于等于200nm的直徑。
(包含相變化納米液滴型的聚丙烯酰胺凝膠的調制法)
把由上述調制法得到的納米液滴lmL與40%丙烯酰胺原料溶液 (把390g的丙烯酰胺，10g的N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺用蒸餾水做 成100mL的溶液)混合，進而，通過添加并混合蒸餾水使得丙烯酰 胺濃度分成為8%， 15%或者20%，調制9mL的分散液。把該混合 液移到具有65xl5xl0mL內部尺寸的容器中，保持冰溫的同時，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 地輕輕攪拌。然后，在冰溫下放置一分鐘，確認凝膠化，通過用蒸餾 水洗凈，得到包含幾乎透明的相變化納米液滴的聚丙烯酰胺凝膠。另 外，聚丙烯酰胺凝膠的硬度用兩端保持撓曲法測定。
把用以上的方法調制，固定在水槽2中的相變化納米液滴5保持 在收斂超聲波發送器3的焦點區域，由波形發生裝置6發生3.2MHz 的正弦波，由放大器7放大了以后輸入到收斂超聲波發送器3，照射 100jis的峰值負壓3MPa的超聲波。照射時的電信號波形以及用水中 傳聲器4檢測出的音響信號經過前置放大器9由示波器8計測。另外， 設定成用前置放大器9放大了由水中傳聲器4檢測出的音響信號的信 號以向收斂超聲波發送器3的電信號為觸發，開始計測。
以下，說明使用圖1的實驗系統得到的結果的一個例子。圖2表示以超聲波照射開始時間作為時間0時的來自由納米液滴的相變化 生成的微氣泡的音響信號，例如至測定照射的超聲波的第2高次諧波 的時間與凝膠的硬度的關系的一個例子。根據附圖可知，凝膠的硬度 越大，用于產生相變化所需要的時間越長，而且，對于凝膠的硬度幾 乎按照一次函數增加。另外，可知在圖2表示的硬度的范圍內，用于 發生相變化所需要的時間是大約5jis 25jis。
圖3表示根據由納米液滴的相變化生成的微氣泡放射第2高次諧 波(6.4MHz)成分的時間與凝膠硬度的關系的一個例子。根據附圖可 知，凝膠的硬度越大，根據相變化生成的第2高次諧波成分的放射時 間越短，而且，對于凝膠的硬度幾乎按照一次函數減少。另外，可知 在圖3表示的硬度的范圍內，根據相變化第2高次諧波生成并持續的 時間是大約10~50網。
圖4表示根據由納米液滴的相變化生成的微氣泡，高次諧波成分 (笫2、 3、 4次高次諧波)的能量與凝膠的硬度的關系的一個例子。 放射能量取為把計測各時間中的高次諧波成分的振幅平方后相加的 值。根據附圖可知，凝膠的硬度越大，根據相變化生成的高次諧波成 分的能量越小，而且，對于凝膠的硬度幾乎按照一次函數減少。
根據以上結果，可知相變化納米液滴的相變化所需要的時間、基 于相變化的高次諧波成分的放射時間、高次諧波成分的放射能量分別 依賴于相變化發生的部位的硬度而變化.通過使用該原理，能夠測定 組織性狀。
發明的效果
依據本發明，能夠與相變化納米液滴型超聲波造影劑相組合，測 定并顯示組織性狀，另外，進而能統一治療，能進行安全/可靠的診斷 治療。
圖l表示本發明的一個試驗例的實驗結構。
圖2表示根據本發明的一個試驗例得到的樣品的硬度與至相變化為止的時間的關系。
圖3表示根據本發明的一個試驗例得到的樣品的硬度與基于相 變化的高次諧波生成的持續時間的關系。
圖4表示根據本發明的一個試驗例得到的樣品的硬度與基于相 變化的高次諧波能量的相對大小的關系。
圖5表示本發明的組織性狀測定裝置的一個實施例。
圖6表示本發明的一個實施例中的通常圖像與性狀圖像重疊的例子。
圖7表示本發明的一個實施例中的通常圖像與性狀圖像重疊的例子。
圖8表示本發明的一個實施例中的通常圖像與性狀圖像重疊的例子。
圖9表示本發明的組織性狀測定裝置的一個實施例。
圖IO表示本發明的組織性狀測定裝置的一個實施例。
圖11表示本發明的組織性狀測定/治療裝置的一個實施例。
符號的說明
1:除氣水；2:水槽；3:收斂型超聲波發送器；4:水中傳聲器； 5:樣品；6:波形發生裝置；7:放大器；8:示波器；9:前置放大 器；10:測定對象；11:超聲波收發單元；12:發送波/接收波分離單 元；13:超聲波波形生成以及放大單元；14:組織性狀依存信號記錄 單元；15:發送波/接收波統一控制單元；16:組織性狀依存信號處理 單元；17:輸入/顯示單元；18:音響匹配劑；19:超聲波發送單元； 20:超聲波接收單元；21:組織性狀依存信號放大單元；22:治療用 超聲波發送器；23:治療用超聲波發送器用信號發生單元；24:治療 用超聲波發送器用信號放大單元。
具體實施例方式
以下具體說明本發明的實施例，但本發明并不限于這些實施例， 實施例1使用圖5，進行本發明的一個實施例的說明。圖5是表示生成用 于產生相變化的超聲波的單元與測定組織性狀的單元相同的超聲波 攝像系統的例子的模式圖。
本實施例的超聲波生成系統具有在測定對象上照射斷層圖像攝 像用超聲波，接收從組織內部反射來的超聲波信號，取得測定對象的 超聲波斷層圖像的通常攝像模式；照射能夠使預先投入到測定對象中 的相變化納米液滴型超聲波造影劑相變化成微氣泡的相變化用超聲 波，接收起因于所生成的微氣泡的超聲波信號，取得組織性狀圖像的 組織性狀攝像模式。該超聲波攝像系統構成為包括對于測定對象10 照射斷層圖像攝像用超聲波并接收其反射信號、或者照射相變化用超 聲波并接收從微氣泡發生的組織性狀依存信號的超聲波收發單元11; 發送波/接收波分離單元12、超聲波波形生成以及放大單元13;組織 性狀依存信號記錄單元14、發送波/接收波統一控制單元15;組織性 狀依存信號處理單元16;輸入/顯示單元17。
另外，在本結構中，也進行通常的超聲波斷層圖像的信號發送/ 接收、信號處理以及信號顯示。通常的超聲波斷層圖像首先對于測定 對象10,由超聲波收發單元11發送由超聲波波形生成以及放大單元 13生成/放大了的診斷用的超聲波信號，接著，由超聲波收發單元ll 接收，在經過發送波/接收波分離單元12，進而由未圖示的A/D變 換器、整相器以及診斷用信號處理單元處理了接收波信號以后，由輸 入/顯示單元17作為圖像進行顯示。
在取得通常的超聲波斷層圖像的通常攝像模式下，超聲波收發單 元11作為頻帶，根據自測定對象的體表的深度，包括形狀在內，分 開使用大約1 10MHz的范圍的頻帶，另外，在照射使測定對象中含 有的納米液滴相變化的相變化用超聲波，接收來自納米液滴相變化所 生成的微氣泡的組織性狀依存信號的組織性狀攝影模式下，超聲波收 發單元11構成為能夠收發從0.5 ~ 10MHz的范圍選擇出的單一頻率或 者從0.5~5MHz的范圍選擇出的成為基本的頻率以及成為該基本頻 率的倍頻的超聲波.在本實施例中，作為組織性狀依存參數，在使用根據從納米液滴的相變化至微氣泡生成的時間的情況下，構成為能夠
調整發送波以及接收波的定時，以便調查在大約5 25jis長度的時間 范圍內，來自同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作為組織 性狀依存參數，在使用基于氣泡化的高次諧波成分的生成持續時間的 情況下，構成為能夠調整發送波以及接收波的定時，以便調查在大約 10~50網長度的時間范圍內，來自同一個地點的音響信號是否發生變 化。進而，作為組織性狀依存參數，在使用高次諧波成分的能量的情 況下，構成為能把接收信號按照不同頻率將振幅或者振幅自乘的值進 行記錄/四則運算。另外，在組織性狀依存信號處理單元16中，根據 需要，把組織性狀依存參數作為數值或者圖像，進一步，能夠進行以 任意的比例與診斷圖像(超聲波斷層圖像)重疊顯示的處理。
以下，說明本實施例中的直到圖像顯示為止的順序例。首先，最 初向需要診斷或者診斷治療的被檢查者通過靜脈注射或者局部注射 等醫學上認可的方法，投入相變化納米液滴造影劑，在預定時間以后， 首先，使系統成為通常攝^^式，從超聲波收發單元ll照射超聲波， 接收反射超聲波，取得測定對象的超聲波斷層圖像。接著，使系統成 為組織性狀攝像模式，由超聲波收發單元11對于測定對象10發送5n 秒相變化用的超聲波信號。接著由超聲波收發單元11在50ji秒期間， 以0.03n間隔接收來自測定對象10的信號。接收到的信號記錄在組織 性狀依存信號記錄單元14以后，由組織性狀依存信號處理單元16取 出第2高次諧波成分。逸而，在組織性狀依存信號處理單元16中， 記錄照射了相變化用的超聲波信號后的第2高次諧波成分的信號強度 的時間變化。根據該時間變化信息計算組織性狀.例如，計算測定對 象各部分中的第2高次諧波成分的信號強度在50ji秒測定時間中的峰 值大于等于1/10的時間，把其長度作為數值或者圖像，重疊到通常 攝像模式下拍攝的通常的組織斷層圖像進行顯示.在這種情況下，由 于組織越硬第2高次諧波的持續時間越短，因此持續時間越短的區域 越強調顯示。另外，通常攝像模式進行的攝像也可以在組織性狀攝像 模式進行的攝像以后進行。圖6表示顯示例。在組織性狀圖像的重疊時，能夠使用如圖6 的b )表示的第2高次諧波信號的持續時間其自身，或者如圖6的c ) 表示的從持續時間計算出的組織彈性。通過使通常圖像與正常圖像重 疊，能夠提供從構造的觀點以及性狀的觀點這兩個觀點確認疾病部位 的方法。由此，能夠對做手術的人提供更高可靠的診斷以及治療用圖 像。通過由同一個超聲波收發單元11以大致不足1秒的時間間隔交 互測定通常圖像和性狀圖像，能夠抑制通常圖像與性狀圖像在顯示上 的偏移。另外，特別是在心臟附近的部位等因體動而產生的影響顯著 的情況下，從在性狀圖像取得中使用的信號抽取基波成分，形成通常 圖像(圖像l)，測定該圖像l與重疊使用的通常圖像(圖像2)之 間的差分，根據該差分，能夠使性狀圖像的顯示變形。根據圖6的b) 示出的顯示，能夠同時觀察組織的構造以及性狀(氣泡生成的時間)， 能夠相對地確認性狀與其它不同的部位是否在作為目標的組織中。另 外，根據圖6的c)示出的顯示，能夠定量地確認組織彈性與其它不 同的部位是否在作為目標的組織中。
由超聲波收發單元11對測定對象IO發送相變化用的超聲波信號 的時間能夠根據目的而變化，大約0.5n秒~ 50m秒左右是可逆地發生 相變化的理想的時間，另外，由超聲波收發單元11接收來自測定對 象10的信號的時間以及測定間隔根據目的能夠使基乎相變化的高次 諧波生成結束的小于等于100m秒的時間發生變化。圖6表示的a 因于圖3中表示數據的相變化，從微氣泡發生的高次諧波的持續時間 的可視化，而也能使用圖2表示的數據，使直到相變化之前所需要的 時間可視化。或者，還能使用圖4表示的數據，通過使高次諧波能量 的大小可視化，顯示組織彈性的分布。
在使圖2表示的至相變化為止的時間可視化的情況下，由超聲波 收發單元11在至大致30n秒的時間內，以大約0.5ji秒~ 5n秒的間隔 取得信號，計算信號中的第2高次諧波成分振幅與測定開始時相比較 成為大于等于2倍的時間。把通過該計算得到的時間的值本身或者其 長度作為數值或者圖像，重疊到在通常攝像模式下拍攝的通常的組織斷層圖像上進行顯示。圖7表示顯示例。在把直到相變化為止所需要 的時間可視化的情況下，如圖2所示，由于組織越硬，直到檢測出起 因于微氣泡的高次諧波為止的時間越長，因此直到相變化之前所需的 時間越長的區域越強調顯示。另外，在把根據圖4的相變化產生的高 次諧波的能量進行可視化的情況下，例如，在至大約lOOji秒為止的 時間中，由超聲波收發單元11以大約0.5n秒~ 5n秒的間隔取得信號， 計算信號中的第2高次諧波成分或者高次諧波成分的振幅的最大值。 把通過該計算得到的最大值平方了的值，或者在把最大值平方了的值 上乘以常數的值的本身或者其長度作為數值或者圖像化重疊到在通 常攝像模式下拍攝到的通常的組織斷層圖像上進行顯示。圖8表示使 用第2高次諧波成分的能量的顯示例.在使高次諧波能量的大小可視 化的情況下，如圖3所示，由于組織越硬檢測出的高次諧波的能量越 小，因此檢測出的高次諧波的能量越小的區域越強調顯示。 實施例2
使用圖9，進行本發明其它實施例的說明。圖9是表示生成用于 產生相變化的超聲波的單元與測定組織性狀的單元不同的組織性狀 測定裝置的例子的模式圖.
本實施例的超聲波攝像系統具有在測定對象上照射斷層圖像攝 像用超聲波，接收從組織內部反射來的超聲波信號，取得測定對象的 超聲波斷層圖像的通常攝像模式；照射能夠使預先導入到測定對象中 的相變化納米液滴型超聲波造影劑相變化成微氣泡的相變化用超聲 波，接收起因于所生成的微氣泡的超聲波信號，取得組織性狀圖像的 組織性狀模式。該系統構成為對于測定對象IO，根據需要經由音響匹 配劑18,包括超聲波發送單元19;超聲波波形生成以及放大單元 13;超聲波接收單元20;組織性狀依存信號放大單元21;組織性狀 依存信號記錄單元14;發送波/接收波統一控制單元15;組織性狀依 存信號處理單元16;輸入/顯示單元17。
另外，在本結構中，也進行通常的超聲波斷層圖像的信號發送/ 接收、信號處理以及圖像顯示。通常的超聲波斷層圖像首先對測定對象10由超聲波收發單元11發送由超聲波波形生成以及放大單元13 生成/放大了的診斷用的超聲波信號，接著由超聲波收發單元11接收， 經過發送波/接收波分離單元12，進而由未圖示的A/D變換器、整 相器以及診斷用信號處理單元處理了接收波信號以后，由輸入/顯示單 元17作為圖像進行顯示。
在取得通常的斷層圖像的通常攝像模式下，超聲波發送單元19 作為頻帶，根據來自測定對象的體表的深度，包括形狀在內，分開使 用大約l-10MHz的范圍的頻帶。另外，在測定對象上照射納米液滴 的相變化用超聲波，接收來自納米液滴相變化所生成的微氣泡的組織 性狀依存信號的組織性狀攝像模式下，超聲波發送單元19構成為能 夠發送從0.5~10MHz的范圍選擇出的單一頻率或者從0.5~5MHz
波。超聲波接收單元20構成為能夠接收0.5 J 10MHz范圍的^音響信號。 在本實施例中，作為組織性狀依存參數，在使用根據來自納米液滴的 相變化至微氣泡生成為止的時間的情況下，構成為能夠調整發送波以 及接收波的定時，以便在大約5 25jis長度的時間范圍內，調查來自 同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作為組織性狀依存參數， 在使用基于氣泡化的高次諧波成分的生成持續時間的情況下，構成為 能夠調整發送波以及接收波的定時，以便在大約10~50jis長度的時 間范圍內，調查來自同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作 為組織性狀依存參數，也能使用高次諧波成分的能量。在組織性狀依 存信號處理單元16中根據需要，把組織性狀依存參數作為數值或者 圖像，進而進行用于以任意的比例重疊到診斷圖像上進行顯示的處 理，另外，超聲波接收單元20還能使用可以觀察來自相變化納米微 粒子的微氣泡生成的光學傳感器。
以下，說明本實施例中的至圖像顯示為止的順序例。首先，最初 向需要診斷或者診斷治療的被檢查者通過靜脈注射或者局部注射等 醫學上認可的方法投入相變化納米液滴造影劑，經過一定時間以后， 首先使系統成為通常攝像模式，從超聲波發送單元19照射超聲波，由超聲波接收單元20接收反射超聲波，取得測定對象的超聲波斷層 圖像。接著，使系統成為組織性狀攝像模式，由超聲波發送單元19 對測定對象10發送5n秒相變化用的超聲波信號。接著，由超聲波接 收單元20在50ji秒期間，以0.03ji秒間隔接收來自測定對象10的信 號。接收到的信號由組織性狀依存信號放大單元21放大，記錄到組 織性狀依存信號記錄單元14中以后，由組織性狀依存信號處理單元 16取出第2高次諧波成分。進而，在組織性狀依存信號處理單元16 中，記錄在照射相變化用的超聲波信號后的第2高次諧波成分的信號 強度的時間變化。根據該時間變化信息計算組織性狀。例如計算測定 對象各部分中的第2高次諧波的信號強度在50n秒的測定時間中的峰 值大于等于1/10的時間，把其長度作為數值或者圖像，重疊到通常 的組織斷層圖像上進行顯示。另外，通常攝像模式進行的攝像也可以 在組織性狀攝像模式進行的攝像以后進行。
圖6表示顯示例。在重疊性狀圖像時，能夠使用如圖6的b)表 示的第2高次諧波信號的持續時間其自身，或者，如圖6的c)表示 的從持續時間計算出的組織彈性。由超聲波發送單元19對測定對象 10發送相變化用的超聲波信號的時間能夠根據目的而變化，大約0.5n 秒-50m秒左右是可逆產生相變化的理想的時間。另外，由超聲波接 收單元20接收來自測定對象10的信號的時間以及測定間隔根據目的 能夠使基于相變化的高次諧波的生成結束的小于等于大約100m秒的 時間發生變化。圖6表示的l基于相變化的高次諧波生成的持續時間 的可視化，而也能使用圖2表示的數據，使直到相變化之前所需要的 時間可視化。或者，也能使用圖4表示的數據，通過使高次諧波能量 的大小可視化，顯示彈性組織的分布.
實施例3
使用圖10,進行本發明其它實施例的說明。圖IO是表示測定組 織性狀的單元為多個的超聲波攝像系統的例子的模式圖。
本實施例的超聲波攝像系統具有在測定對象上照射斷層閨像攝 像用超聲波，接收從組織內部反射來的^>波信號，取得測定對象的超聲波斷層圖像的通常攝像模式；照射能夠使預先導入到測定對象中 的相變化納米液滴型超聲波造影劑相變化成微氣泡的相變化用超聲 波，接收起因于所生成的微氣泡的超聲波信號，取得組織性狀圖像的 組織性狀模式。該系統構成為對于測定對象IO，根據需要經由音響匹 配劑18，包括超聲波收發單元ll;發送波/接收波分離單元12;超 聲波波形生成以及放大單元13;組織性狀依存信號記錄單元14 - 1; 超聲波接收單元20;組織性狀依存信號放大單元21;組織性狀依存 信號記錄單元14-2;發送波/接收波統一控制單元15;組織性狀依存 信號處理單元16;輸入/顯示單元17。
另外，在本結構中，也進行通常的超聲波斷層圖像的信號發送/ 接收、信號處理以及圖像顯示。通常的超聲波斷層圖像首先對于測定 對象10由超聲波收發單元11發送由超聲波波形生成以及放大單元13 生成/放大了的診斷用的超聲波信號，接著由超聲波收發單元11接收， 經過發送波/接收波分離單元12，進而由未圖示的A/D變換器、整 相器以及診斷用信號處理單元處理了接收信號以后，由輸入/顯示單元 17作為圖像進行顯示。
在取得通常的斷層圖像的通常攝像模式中，超聲波收發單元11 作為頻帶，根據來自測定對象的體表的深度，包括形狀在內，分開使 用大約1 10MHz的范圍的頻帶。另外，在測定對象上照射納米液滴 的相變化用超聲波，接收來自納米液滴相變化所生成的微氣泡的組織 性狀依存信號的組織性狀攝像模式中，超聲波收發單元11構成為能 夠發送從0.5~10MHz的范圍選擇出的單一頻率或者從0.5~5MHz 的范圍選擇出的成為基本的頻率以及成為該基本頻率的倍頻的超聲 波.超聲波接收單元20構成為能夠接收0.5 ~ 10MHz范圍的音響信號。 在本實施例中，作為組織性狀依存參數，在使用根據來自納米液滴的 相變化至微氣泡生成為止的時間的情況下，構成為能夠調整發送波以 及接收波的定時，以便在大約5 25ns長度的時間范圍內，調查來自 同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作為組織性狀依存參數， 在使用基于氣泡化的高次諧波成分的生成持續時間的情況下，構成為能夠調整發送波以及接收波的定時，以便在大約10~5(His長度的時 間范圍內，調查來自同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作 為組織性狀依存參數，也能使用高次諧波成分的能量。在組織性狀依 存信號處理單元16中根據需要，把組織性狀依存參數作為數值或者 圖像，進而進行用于以任意的比例重疊到診斷圖像上進行顯示的處 理。另外，超聲波接收單元20構成為能接收與來自相變化納米微粒 子的微氣泡生成有關的超過了 2次的高次諧波。
以下，說明本實施例中的至圖像顯示的順序例，最初向需要診斷 或者診斷治療的被檢查者通過靜脈注射或者局部注射等醫學上認可 的方法投入相變化納米液滴造影劑，經過一定時間以后，首先使系統 成為通常攝像模式，從超聲波收發單元11收發超聲波，取得測定對 象的超聲波斷層圖像。接著，使系統成為組織性狀攝像模式，由超聲 波收發單元11對測定對象10發送秒相變化用的超聲波信號。接 著，由超聲波收發單元11以及超聲波接收單元20在50ji秒期間，以 0.03n秒間隔接收來自測定對象10的信號。接收到的信號記錄到組織 性狀依存信號記錄單元14-1、 14-2中以后，由組織性狀依存信號 處理單元16取出第2高次諧波成分。進而，在組織性狀依存信號處 理單元16中，記錄在照射相變化用的超聲波信號后的第2高次諧波 成分以及更高次的例如第3及第4高次諧波成分的信號強度的時間變 化。才艮據該時間變化信息計算組織性狀。例如計算測定對象各部分中 的第2高次諧波、第3及第4高次諧波成分的各個信號強度在50 i秒 的測定時間中的峰值大于等于1 / 10的時間，把其長度作為數值或者 圖像，重疊到通常的組織斷層圖像上進行顯示。另外，通常攝^ 式 進行的攝像也可以在組織性狀攝像模式的攝像以后進行，
圖6表示顯示例。在重疊性狀圖像時，能夠使用如圖6的b)表 示的第2高次諧波信號的持續時間其自身，或者，如圖6的c)表示 的從持續時間計算出的組織彈性.由相變化用超聲波發送/組織性狀依 存信號接收單元11對測定對象10發送相變化用的超聲波信號的時間 能夠根據目的變化，大約0.5ji秒~ 50m秒左右是可逆產生相變化的理想的時間。另外，由相變化用超聲波發送/組織性狀依存信號接收單元
11接收來自測定對象10的信號的時間以及測定間隔根據目的能夠使 基于相變化的高次諧波的生成結束的大約小于等于100m秒的時間發 生變化。圖6表示的是相變化的持續時間的可視化，而也能夠使用圖 2表示的數據，使直到相變化之前所需要的時間可視化。另外，還能 使用圖4表示的數據，使第3或者第4高次諧波的強度可視化。由于 來自組織的信號中幾乎不包含這種大于等于3次的高次諧波，因此與 僅使用第2高次諧波的情況相比較，能夠進一步選擇并顯示來自納米 液滴相變化生成的氣泡的信號。 實施例4
使用圖11，進行本發明其它實施例的說明。圖ll是表示生成用 于產生相變化的超聲波的單元和測定組織性狀單元相同、而且與使用 微氣泡的治療裝置統一的超聲波攝像系統的例子的模式圖。
本實施例的超聲波攝像系統具有在測定對象上照射斷層圖像攝 像用超聲波，接收從組織內部反射來的超聲波信號，取得測定對象的 超聲波斷層圖像的通常攝像模式；照射能夠使預先導入到測定對象中 的相變化納米液滴型超聲波造影劑相變化成微氣泡的相變化用超聲 波，接收起因于所生成的微氣泡的超聲波信號，取得組織性狀圖像的 組織性狀模式；在疾患部位照射治療用超聲波，進行治療的治療模式。
該系統構成為包括對測定對象10照射超聲波，而且檢測來自 組織的反射超聲波或者起因于微氣泡的組織性狀依存性的信號的超 聲波收發單元ll;發送波/接收波分離單元12;相變化用超聲波波形 生成以及放大單元13;組織性狀依存信號記錄單元14;發送波/接收 波統一控制單元15;組織性狀依存信號處理單元16;輸入/顯示單元 17;音響匹配媒體18;治療用超聲波發送器22;治療用超聲波發送 器用信號發生單元23以及治療用發生器用信號放大單元24.另外， 在本結構中，也進行通常的超聲波斷層圖像的信號發送/接收、信號處 理以及圖像顯示。通常的超聲波斷層圖像首先對測定對象10由超聲 波收發單元11發送由超聲波波形生成以及放大單元13生成/放大了的診斷用的超聲波信號，接著由超聲波收發單元11接收經過發送波/接
收波分離單元12，進而由未圖示的A/D變換器、整相器以及診斷用 信號處理單元處理了接收信號以后，由輸入/顯示單元17作為圖像進 行顯示。
在取得通常的斷層圖像的通常攝像模式中，超聲波收發單元11 作為頻帶，根據來自測定對象的體表的深度，包括形狀在內，分開使 用大約1 10MHz的范圍的頻帶。另外，在測定對象上照射納米液滴 的相變化用超聲波，接收組織性狀依存信號的組織性狀攝像模式中， 超聲波收發單元11構成為能夠收發從0.5 ~ lOMHz的范圍選擇出的單 一頻率或者從0.5~5MHz的范圍選擇出的成為基本的頻率以及成為 該基本頻率的倍頻的超聲波，另外，治療用超聲波發送器22根據治 療機上的不同，在利用氣穴現象的情況下，能夠釆用照射從頻率0.5~ 3MHz中間選擇出的單一頻率或者在從0.25~1.5MHz中間選擇出的 基波上重疊基波的倍頻進行照射的結構，另外，在使用加熱作用時， 能夠構成照射從頻率1 ~ lOMHz中間選擇出的單一頻率的超聲波。
在本實施例中，作為組織性狀依存參數，在使用根據來自納米液 滴的相變化至微氣泡生成為止的時間的情況下，構成為能夠調整發送 波以及接收波的定時，以便在大約5 25ns長度的時間范圍內，調查 來自同一個地點的音響信號是否發生變化。另外，作為組織性狀依存 參數，在使用基于氣泡化的高次諧波成分的生成持續時間的情況下， 構成為能夠調整發送波以及接收波的定時，以便在大約10~50|is長 度的時間范圍內，調查來自同一個地點的音響信號是否發生變化。另 外，作為組織性狀依存參數，也能使用高次諧波成分的能量，另外， 在組織性狀依存信號處理單元16中根據需要，把組織性狀依存參數 作為數值或者圖像，進而進行用于以任意的比例重疊到診斷圖像上進 行顯示的處理。
以下，說明本實施例中的至圖像顯示為止的順序例.最初向需要 診斷或者診斷治療的被檢查者通過靜脈注射或者局部注射等醫學上 認可的方法投入相變化納米液滴造影劑，經過一定時間以后，首先使系統成為通常攝像模式，取得測定對象的超聲波斷層圖像。接著，使
系統成為組織性狀攝像模式，由超聲波收發單元11對測定對象10發 送5ji秒相變化用的超聲波信號。接著，由超聲波收發單元ll在50ji 秒期間，以0.03p秒間隔接收來自測定對象10的信號。接收到的信號 記錄到組織性狀依存信號記錄單元14中以后，由組織性狀依存信號 處理單元16取出第2高次諧波成分。進而，在組織性狀依存信號處 理單元16中，記錄在照射相變化用的超聲波信號后的第2高次諧波 成分的信號強度的時間變化。根據該時間變化信息計算組織性狀。例 如計算測定對象各部分中的第2高次諧波的信號強度在5(Hi秒的測定 時間中的峰值大于等于1 / 10的時間，把其長度作為數值或者圖像， 重疊到通常的組織斷層圖像上進行顯示。
圖6表示顯示例。性狀圖像的重疊時，能夠使用如圖6的b)表 示的笫2高次諧波信號的持續時間其自身，或者，圖6的c)表示的 從持續時間計算出的組織彈性。由超聲波收發單元11對測定對象10 發送相變化用的超聲波信號的時間能夠根據目的變化，大約0.5n秒~ 50m秒左右是可逆產生相變化的理想的時間。另外，由超聲波收發單 元11接收來自測定對象10的信號的時間以及測定間隔根據目的能夠 4吏基于相變化的高次諧波的生成結束的大約小于等于100m秒的時間 發生變化。圖6表示的是基于相變化的高次諧波生成的持續時間的可 視化，而也能使用圖2表示的數據，使直到相變化之前所需要的時間 可視化。另外，還能使用圖4表示的數據，通過使高次諧波能量的大 小可視化，顯示組織彈性的分布。治療用超聲波發送器22對確認了 比周圍硬的組織照射治療用的超聲波.這里，能夠構成當治療用超聲 波發送器22的焦點區域設定在通過組織性狀依存參數的分析，相變 化的持續時間長，不是治療部分的部位上時，顯示警告，停止治療用 超聲波的照射。
如以上說明的那樣，依據本發明，能夠不依賴于組織的形狀進行 與性狀有關的測定，能夠明確區分需要治療的部位與正常部位的邊 界，從而能夠進行安全/可靠的診斷/治療。
權利要求
1. 一種超聲波攝像系統，其特征在于包括超聲波照射單元，對導入了相變化納米液滴型超聲波造影劑的被檢查體，照射造影劑相變化用超聲波；超聲波接收單元，接收從被檢查體放射的超聲波；信號處理單元，處理由上述超聲波接收單元得到的接收信號，檢測從上述超聲波照射單元照射的超聲波的高次諧波成分；和顯示單元，顯示基于上述信號處理單元的上述高次諧波成分的檢測結果的圖像。
2. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于 具有根據從上述超聲波照射單元照射斷層圖像攝影用超聲波，由上述超聲波接收單元接收到的信號，取得超聲波斷層圖像的功能，顯 示重疊在上述超聲波斷層圖像上并基于上述高次諧波成分的檢測結 果的圖像。
3. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于判別從由上述超聲波照射單元照射了超聲波的各區域檢測出上 述高次諧波成分為止的時間，將從各區域檢測出高次諧波成分為止的 時間進行圖像化并顯示。
4. 根據權利要求3所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述時間越長的區域越強調顯示。
5. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于 判別從由上述超聲波照射單元照射了超聲波的各區域檢測出的高次諧波成分的持續時間，將該持續時間的長度進行圖像化并顯示。
6. 根據權利要求5所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述持續時間越短的區域越強調顯示。
7. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于 判別從由上述超聲波照射單元照射了超聲波的各區域檢測出的高次諧波成分的能量的大小，將該能量的大小進行圖像化并顯示。
8. 根據權利要求7所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述能量的大小越小的區域越強調顯示。
9. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述顯示單元基于上述高次諧波成分的檢測結果，顯示由上述超聲波照射單元照射了超聲波的區域的硬度。
10. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于包括 第2超聲波照射單元，照射治療用超聲波， 對于檢測出上述高次諧波成分為止的時間長于預定值的區域、上述檢測出的高次諧波的持續時間短于預定值的區域或者上述檢測出 的高次諧波成分的能量的大小小于預定值的區域，從上述笫2超聲波 照射單元照射治療用超聲波。
11. 根據權利要求l所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述超聲波照射單元兼作為上迷超聲波接收單元。
12. 根據權利要求1所述的超聲波攝像系統，其特征在于 上述超聲波接收單元具有第l接收單元，接收由上述超聲波照射單元照射的超聲波的第1 高次諧波成分；和第2接收單元，接收頻率高于上述第1高次諧波成分的高次諧波成分。
全文摘要
本發明涉及一種超聲波攝像系統。本發明提供不依賴于組織形狀的組織性狀測定裝置以及治療裝置。把從相變化型納米液滴生成微氣泡時的音響變化，例如高次諧波生成的持續時間用作為指標，來測定組織的硬度。
文檔編號A61B8/00GK101301210SQ20081009566
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月7日 優先權日2007年5月7日
發明者川畑健一 申請人:株式會社日立制作所