專利名稱：超聲處理以及執(zhí)行這種處理的電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及成像以及分析具有有限耐聲度的物體的多譜勒頻譜的超聲處理方法，以及執(zhí)行這些處理的電路。
在超聲技術中，將超聲波輻射到一個檢查區(qū)域以便有選擇地進行成像和/或分析多譜勒頻譜。在材料試驗以及檢查生物組織的處理和設備中，一般使用發(fā)射機/接收機相結合的拾聲頭。借助振蕩器的晶體以及電子設備固定一個聲頻(f0)，它對發(fā)射和接收是相同的。一個典型的5MHZ的拾聲頭頻率范圍約3-7MHZ，中心頻率f0＝5MHZ。對于脈沖回波技術的情況，在相同的頻率范圍內(nèi)接收反射的和/或反向散射的信號。這種設備和處理也應用在使用超聲造影劑的生理組織的檢查中。對于在給定頻率范圍之外的信號分量，例如與所發(fā)射的頻率成諧波關系的振動，在檢查以及其他例如多譜勒測量情況下并不用于物體的成像。此外，為覆蓋一個更大的頻率范圍，現(xiàn)有技術中的處理和設備系統(tǒng)使用若干個在檢查期間更換的拾聲頭。EP-A2-0147955公開了一種超聲處理，其中被檢查的物體受到高頻測量脈沖和高聲壓的低頻泵運脈沖的作用。
在分析中，運用聲速與壓力的依賴關系。通過泵運脈沖改變被檢查的物體中的壓力。
疊加在泵運脈中上的測量脈沖，相位受到改變，最后用于這種分析。因此現(xiàn)有技術中的這種處理的重要因素是相位關系。不存在分析諧波，副諧波或超諧波頻率。
此外，在現(xiàn)有技術的處理中有必要分析無泵運脈沖的參考信號以便能測量這種相移。
根據(jù)EP-A3-0072330已知的一種處理中測量被檢查物體中的壓力。為此，只通過受超聲波作用在被檢查物體中產(chǎn)生氣泡。在被檢查的物體中將產(chǎn)生一個低頻超聲源，其典型的頻率范圍約為100MHZ-20MHZ，在低壓情況下，在無氣體的溶液中，蒸氣將起泡，或者如果有溶解的氣體，氣體將起泡。
增加超聲功率直到在被檢查的物體中氣蝕(Cavitation)起泡為止。這種氣泡可以是很大的(容易用肉眼觀察到)、保留在聲場中，并造成栓塞風險。如果它們產(chǎn)生在組織中，將出現(xiàn)諸如減壓病所遇到的伴隨反應。但由于不可回避雜散的低頻超聲波，特別對于肺部存在著受損風險。
EP-A2-0 068 399描述了用于在組織中確定超聲衰減或吸收的一種方法。為此確定反向散射的平均頻率的及時變化，或在傳播方向的空間變化。由于衰減與頻率約按比例變化，當超聲能量脈沖的傳播距離增加時，平均頻率慢慢地偏向較低的頻率。這種從fT到fC和fR的偏移是相對少量的。
在按US-A-3 640 271的方法中，測量血壓和血流速度。為此將注入直徑控制在10-100μm范圍內(nèi)的專用氣泡，并在注入前和注入后確定它們的諧振頻率。這可用阻尼換能器和頻率掃描，或使用來自微弱阻尼換能器的沖擊激勵實現(xiàn)。按照氣泡的尺寸，必須使用在60-600KHZ范圍內(nèi)的頻率，即波長從2.5-25mm。使用大的氣泡，所以它們不能通過微血管。氣泡的速度可用多譜勒效應進行測量或根據(jù)通過兩個點之間的時間進行測量。
人們從參考文獻L.Germain，J.O.N.Cheeke，J.Acoust.SOC.Am.83(1988)942得知，為改善超聲顯微鏡中的圖象質(zhì)量，使用激勵頻率的高次諧波。但是，為此必須輻射很高幅度的超聲波以便在該檢查區(qū)域中產(chǎn)生非線性振動，因為非線性，基頻振動的能量被轉換成更高的諧波振蕩。
該參考文獻象參考文獻(W.K.Law等，Journal of the AcousticalSociety of America，vol.69，No.4，1981.4，pp.1212)那樣涉及超聲的非線性傳播，僅在高強度條件下在水和組織中產(chǎn)生。
在非線性傳播的情況下，不產(chǎn)生副諧波振蕩，而諧波振動只在媒質(zhì)中傳播若干厘米的最小距離之后產(chǎn)生。
然而，那些方法不能在超聲檢查中使用，例如，使用1-10MHZ范圍的頻率，物體例如特別是生物組織不能抗高的聲強。
本發(fā)明的目的在于擴展超聲處理的應用場合，使它用于耐聲強有限的物體，特別是生物組織，以便有選擇地成像并分析多譜勒頻譜，同時提供實現(xiàn)這些方法的電路，本發(fā)明的目的通過下述方法實現(xiàn)。
通過向暴露給無害的低聲強的檢查區(qū)引入產(chǎn)生非線性效應的材料或介質(zhì)，除得到激勵頻率f0之外，得到大頻偏的強散射和/或發(fā)射信號。這些散射和/或發(fā)射信號特別集中在激勵頻率的諧波(2f0，3f0，…)，副諧波(1/2f0，1/3f0，3/4f0)以及超諧波(3/2f0，5/4f0，…)上。按照這種方法，能輻射低頻，由此可得到更深的穿透性，并能分析更高頻率的接收信號。
按先進方式，有可能選擇分析受已引用的材料或介質(zhì)產(chǎn)生的信號分量以及有選擇地表示用那些媒介填充的地區(qū)，而無需尋求在應用這些材料或介質(zhì)前和后所記錄的兩個或多個條件之間的差異，而原有技術是有必要的。具體地，已產(chǎn)生的多譜勒效應能進行分析而不必人為模擬。
有利的是，非線性散射物被引到檢查區(qū)域，而一種非線性超聲溶液或懸浮物形式的造影劑，特別是微氣泡或產(chǎn)生微氣泡的劑料也可引入檢查區(qū)域。
例如在EP 0 365 457中公開的劑料是合適的非線性超聲造影劑，在此作為參考，它是基于包含脂肪酸的半乳糖微粒。
但是在以下將詳細說明的某些條件下，在在此作為參考的DE 38 03972，WO 93/25242和WO 94/07539中所描述的造影劑也是適宜的。這些劑料包括由氣體核心和聚合外殼組成的微粒子并表示出相對等力的特性。在低聲壓條件下，它們表示出線性反向散射特性，在較高聲壓條件下(其強度仍處診斷范圍內(nèi))，表示出非線性反向散射特性。因此根據(jù)本發(fā)明它們能使用在非線性范圍內(nèi)。
推薦一種微氣泡懸浮物，在該懸浮體介質(zhì)中具有10-3％-30％固體物質(zhì)(按重量)，產(chǎn)生出良好的效應。按本發(fā)明的方法和按本發(fā)明的電路出奇地達到按重量10-3％的最低極限。
在某些條件下，特別當使用DE 3803972，WO 93/25242或WO94/07539中所描述的劑料時，可進一步增加靈敏度。這些劑料隨著輻射信號的幅友增加超過某個閾直出奇地表示出瞬時反向信號的超比例的電平提升。這種超比例的電平提升不僅在輻射信號的頻率(f0)能觀察到，而且特別在1/2f0，3/2f0，2f0，5/2f0，3f0，7/2f0和4f0能觀察到。由于2f0的反向散射信號在處于閾上激勵狀態(tài)下幾乎達到f0的強度，因此該信號被優(yōu)選檢測。通過在該診斷范圍中的閾上激勵，有可能檢測各個微?；驓怏w氣泡。對于空間注滿對比情況下檢測區(qū)所必需的劑量可以減少，直到微粒(氣體氣泡)濃度為10ppb?？紤]1ppb的相對密度，該濃度相應約1000個微粒，優(yōu)選100-1000/1cm3檢查區(qū)域。也可使用1000-100,000/cm3的濃度。
造影劑濃度的降低將導致由該造影劑引起的聲阻尼減小，由此在組織中輻射超聲信號的穿透深度將增加。這樣也有可能用聲譜儀檢查較低人體部位。
由于微粒的損壞(或氣體氣泡的破裂)因超聲輻射能量超過上述閾值而產(chǎn)生，所以這種效應格外增強，致使在組織中的微粒(氣泡)濃度在檢查過程中持續(xù)不斷地下降。在這種情況下，高聲源最近的微粒(氣泡)首先被破壞。隨著檢查時間的推進，超聲信號還穿透直接在下面的層，因此有可能通過所有組織(器官)層均勻 形成對比。由于這些處理在很短時間隔內(nèi)尤其發(fā)生在最小造影劑濃度情況下，因此優(yōu)選現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集存儲器技術來記錄被檢測的信號。
損壞微粒(氣泡)所需能量隨所選造影劑而改變。在EP 0 365 467中公開的造影劑的情況下能量必須大于約0.03MPa的閾值，對于在WO93/25242和WO 94/07539中公開的造影劑的情況，閾值約為0.1MPa。對于其他造影劑所需的能量容易由專業(yè)技術人員確定，通常在0.01-1MPa范圍內(nèi)，并且該閾值隨氣泡的穩(wěn)定性增加而增加。
通過本發(fā)明的方法可以降低造影劑的濃度，這將進一步允許欠缺微粒的例如不屬于RES的人體部位的成像。這樣，通過檢測在很細的血管中的造影劑能描述組織灌注，該血管由于小的截面僅裝載少量造影劑(例如，在心肌，肝，腎，肌肉，皮膚，眼底，淋巴血管，淋巴結，尿道，軟管，小和大的體腔)。
如果檢測地點結構或組織專用的造影劑，則按本發(fā)明的處理的優(yōu)點將是特別清楚的。這種專用的造影劑公開在例如WO 94/J7539中。由于對于該特殊的造影劑，通常只有投入劑量的小部分接觸到要求的目標組織(器官)，因此用普通的超聲方法進行檢測是有問題的。然而有可能檢測這些少量的造影劑，這是不成問題的，只要使用按本發(fā)明的處理方法和電路，特別是如果用超過其閾值的能量輻射該造影劑。
在結合上述造影劑，按本發(fā)明的處理的靈敏度大大增加的基礎上，有可能對人體的所有部位進行成像，只是肺，軟骨部分以及骨骼除外。
為結合一種在專利申請EP 0 365 457，WO 93/25242，DE38 03 972或WO 94/07539中陳述的造影劑使用按本發(fā)明方法的特有的靈敏度，使用1-22MHZ的激勵頻率，優(yōu)選2-5MHZ。必要的聲壓幅度范圍為0.01-5MPa，優(yōu)選0.03-0.2MPa。在此情況下HF脈沖串有1-50個脈沖，優(yōu)選2-8個脈沖。
在按本發(fā)明的方法中，聲換能器由一個功能發(fā)生器激勵，通過它產(chǎn)生的HF脈沖串具有可調(diào)整的幅度以及可調(diào)整的平均頻率(fT)，頻率范圍從0.3MHZ到22MHZ，優(yōu)選1-11MHZ，周期0.5-20，優(yōu)選1-5。已發(fā)現(xiàn)分析低于聲換能器(發(fā)射器)的平均頻率fT的頻率特別有利。
在分析中，通過一計算機控制門電路至少選擇一個時間間隔并按模擬或數(shù)字方式確定相關頻譜是有利的。由此，時間窗口的長度和每個脈沖串的周期數(shù)可在最佳頻率分辨率和最佳空間分辨率之間進行調(diào)整。
使用按本發(fā)明的方法有可能方便地分析諧波激勵頻率情況下和混合分量(mixing products)情況下的多譜勒效應，例如在2頻率激勵情況下的上邊帶。這將允許顯示相對低的流動而不受血管壁活動的影響。
此外，在分析諧波信號分量或在上邊帶的信號分量情況下得到改善的穿透深度和/或空間分辨度，這在成像和多譜勒測量中是很有益的。
按本發(fā)明的用于執(zhí)行上述方法的電路包括一功能發(fā)生器，其輸出通過一T/R(發(fā)射器/接收器)開關連接到聲高阻尼，電氣匹配，寬頻帶的換能器元件的振蕩器，該開關由功能發(fā)生器進行同步控制，下游連接信號處理系統(tǒng)。
在電路的另一實施例中，功能發(fā)生器連接到換能器的輸入端，其輸出端連接到信號處理系統(tǒng)。
在上述第一種情況，當T/R開關轉換到“發(fā)射”時，由功能發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖串加到換能器的振蕩器，而當T/R開關被置“接收”時，由該換能器接收的信號傳送到分析系統(tǒng)。對于第二種情況，換能器的輸入和輸出是分開的，所以不需要T/R開關。
使用平均頻率fT大于工作范圍的上限的換能器元件是特別有利的。其換能器元件的結構是這樣的，它發(fā)射的聲強，作為頻率的函數(shù)，在低于激勵或平均頻率fT的頻率范圍內(nèi)具有正的對頻率的一次導數(shù)，這個導數(shù)特別在工作范圍內(nèi)是接近常數(shù)，或者聲強本身在工作范圍內(nèi)具有一個固定的值。由于在該工作范圍內(nèi)接近線性頻率響應，在經(jīng)受超聲波的檢查地區(qū)，特別進行阻尼時能在很大程度上補償類似的頻率響應。由于這種電路以及所使用的變換有可能改變用于檢查的頻率而不改變拾聲頭。此外，在對材料特性的頻譜分析時，特別對于組織特性分析時能選擇空間分辨率和頻率分辨率的最佳比值。
借助一種電路能方便地執(zhí)行按本發(fā)明的處理方法，這種電路具有多元件換能器，這種多元件換能器按相位延遲方式接收信號，以便執(zhí)行相位陣列或動態(tài)聚焦處理。在該電路中，功能發(fā)生器的輸出通過n路信號分配器，n個計算機控制的時延電路和n個T/R開關連接到n個聲音強烈受阻尼的電氣匹配的寬帶換能器元件，其每個輸出通過n個T/R開關連接到m路信號分器。所述開關由功能發(fā)生器或由計算機控制。這些m路信號分配器每個通過m個時間延遲電路和用于頻帶選擇的固定的或可變的電路，以及還通過用于相位校正求和電路和信號分配電路(如果適宜的話)連接到用于對m個頻帶有選擇性進一步處理的系統(tǒng)。
為進一步解決本發(fā)明的問題，向經(jīng)受超聲波的檢查區(qū)域引入一種材料，借助這種材料在輻射超聲波的區(qū)域中產(chǎn)生非線性振蕩，具有一個或多個單獨或組合可控換能器元件的，寬帶的，聲音強烈受阻的，電氣匹配的超聲換能器由兩個HF脈沖串激勵，其激勵頻率不相同并低于工作范圍的上限頻率之半，該兩個激勵頻率的信號的組合，特別是它們的和或差頻根據(jù)超聲換能器接收的從檢查區(qū)域反射的或從該區(qū)域反向散射的信號來分析。為了達到上述閾值，最好所述個頻率之一超過上面的閾值。
在以上方法中，兩個分開的信號的輻射產(chǎn)生一個更強的接收信號，其頻率為輻射信號的頻率的組合，特別是其和或差頻率。由于能得到更高的空間分辨率而特別對和頻率感興趣。在該方法中，一個換能器可以用兩個HF脈沖串激勵，但是也可以用一個HF脈沖串去激勵兩個分開的換能器元件，這些HF脈沖串的平均頻率是不相同的并小于工作范圍的上限頻率之半。
由于按本發(fā)明產(chǎn)生的非線性，例如使用f0≈fp≈2MHZ的兩個低頻信號在f0+fp即接近4MHZ的頻率上所接收的信號比當用相同的功率I0，Ip，僅使用具有頻率f0+fp的一個發(fā)射信號所得到的接收信號強。這種現(xiàn)象允許在高的觀測頻率上有更深的穿透性。
可以使用的產(chǎn)生非線性材料或介質(zhì)可與分析激勵頻率的諧波頻率所用 的材料和介質(zhì)相同。有可能使用基本上相同的電路元件，但需附加第二HF發(fā)生器。
在電路具有多元件換能器情況下，為降低輻射到檢查區(qū)域的平均功率，該第二信號總是沿第一信號方向發(fā)射，并約提前1-2周期開始，并持續(xù)到第一脈沖串信號結束。為此，來自第二發(fā)生器的第二信號受到適當?shù)臅r間延遲電路的影響，使得在通過T/R開關之后，通過拾聲頭中的相同的換能器元件，并在和該第一發(fā)射信號相同的方向上被發(fā)射。之后該電路矩陣接收在和頻率上的信號。T/R開關由持續(xù)期更長的第二發(fā)射信號所控制。
發(fā)明的實施例在以下說明書中參照附圖中的圖進行說明，其中

圖1表示方塊電路圖，圖2表示一取樣容器的截面圖，圖3表示換能器的聲音功率和頻率的關系，圖4-9表示反向散射信號的圖形，圖10表示另外一個方塊電路圖，圖11-13表示當使用在WO93/25242中公開的一種造影劑時，在不同的聲強狀態(tài)下反向散射信號(時間分辨率)和它們的頻譜(頻率分辨率)的圖形。
圖14表示當使用在WO93/25242中公開的一種造影劑時，在2f0的散射信號和聲強的關系圖形。
為產(chǎn)生圖4-9中所示的可進一步處理的信號，圖1中所示的電路和圖2中所示的取樣容器一起被使用，寬帶拾聲頭具有圖3中所示的功率特性。
由功能發(fā)生器1產(chǎn)生在工作范圍f0min-f0max(f0min＝0.3MHZ＜f0＜f0max＝22MHZ)的頻率可變和帶寬可變的周期重復的發(fā)射脈沖-HF脈沖串，可變帶寬由每脈沖串的正弦周期的數(shù)n給出0.5＜n＜20，發(fā)射脈沖具有可調(diào)幅度，該功能發(fā)生器由中央計算機15控制。該中央計算機15既控制測量的過程又控制其分析。發(fā)生器1的輸出被引導到發(fā)射器/接收器開關3，如圖所示，該開關3由發(fā)生器1同步。該T/R開關3也可由計算機15直接控制。T/R開關3的輸出連接到寬帶，匹配和聚焦的換能器元件4。換能器元件的具體特性表示在圖3中。該換能器是一個帶寬很寬的換能器，并在工作范圍內(nèi)不產(chǎn)生干擾諧振；此外，它具有良好的電聲阻抗匹配特性以及發(fā)射平均頻率fT＞f0max。在描述的例中，fT＝17MHZ。換能器還可以具有在空間和電性能上分開的發(fā)射和接收換能器元件。在此情況下不需用T/R開關3。有益的是，這里還可以提供另外的換能器元件，用于發(fā)射第二個獨立高頻信號。
由該換能器元件4接收的信號通過T/R開關饋送到寬帶前置放大器16，對于數(shù)字頻率分析的情況，該放大器被連接到去假頻濾波器17。該寬帶前置放大器16的帶寬＞f0max。該濾波器17例如具有10MHZ的截止頻率。濾波器17的下游連接到一個高速A/D轉換器，其中信號例如以12.5MHZ的奈奎斯特(Nyquist)頻率被數(shù)字化。在一數(shù)字儲存示波器和中央計算機中執(zhí)行信號的進一步處理。A/D轉換器下游接到記錄器19。
圖1表示A/D轉換器由功能發(fā)生器1觸發(fā)。
數(shù)字化信號自身被儲存并按已知方式進一步處理。這特別對于必要的校正而言是有用的。也可能在A/D轉換前分流信號以及只在進一步模擬處理后對信號數(shù)字化。
圖2示意表示容器20的幾何形狀，用它得到下面給出的測量結果。
如圖2所示，拾聲頭4安裝在該取樣容器20內(nèi)，它是一個17MHZ的寬帶，匹配并聚焦的拾聲頭。取樣容器20含水。兩膜片21限制一個取樣范圍，其中10mg的超聲造影劑溶解在3ml的水(H2O)中。
在膜片21之間的測量范圍內(nèi)反射的和/或反向散射的信號包含某些由發(fā)射脈沖(頻率f0)和引入測量物體的非線性造影劑相互作用得到的成分。
圖3示意表示在拾聲頭中的換能器元件的頻帶。將看到在工作范圍內(nèi)，振蕩器的頻率響應是準線性的。這個在工作范圍內(nèi)的頻率響應用來補償檢查過程中取樣的類似的頻率響應，然而檢查過程中取樣的頻率響應也可以接著由加權進行校正。
為了測量，在時間范圍內(nèi)的感興趣的時間間隔由計算機控制的門電路(未示)進行選擇。也可能選擇若干時間間隔。相關的頻譜由FFT電路(快速傅里葉變換)進行計算，這樣的頻譜例子表示在圖4-9中。通過選擇適當?shù)臅r間窗口長度，有可能在最佳頻率分辨率和最佳空間分辨率間進行選擇。圖4-8表示在時間窗口上的頻譜。為了在這些圖中清楚地表示頻譜分量，選擇了一個長時間窗口，那就是說空間分辨度差。圖4說明在無造影劑時耦合窗口處反射的發(fā)射脈沖隨時間的變化。拾聲頭處的f0＝4.0MHZ+15dBm。在4MHZ處能看到清晰的信號。在圖4上部表示的信號是平均功率譜，它是在具有50MHZ奈奎斯特頻率的低通濾波器之后得到的。
圖5表示來自無超聲造影劑的取樣腔的反向散射信號。圖6表示在3ml水中附加10mg造影劑七分鐘后的反向散射信號。在2×f0處可以見到清晰的峰值。
圖7表示在圖5中給出的條件下經(jīng)21分鐘后的測量結果。使用頻率f0＝3MHZ。清楚記錄的頻譜表示在6.0和9.0MHZ的第一和第二諧波。圖8表示以小濃度附加超聲媒介15分鐘后的反向散射信號。在拾聲頭處使用頻率f0＝4MHZ+20dBm。圖8上部表示的頻譜表示在副諧波1/2f0，超諧波3/2f0以及第一諧波2f0具有相對高的頻率分辨率。
圖9表示來自線性超聲造影劑的反向散射信號，拾聲頭的f0＝4.0MHZ+15dBm。頻譜僅表示在激勵頻率上的反向散射。
將可以看到，當發(fā)生同非線性造影劑相互作用時，所述的頻譜在頻率范圍內(nèi)具有清晰的幅度，但在發(fā)射譜中并不出現(xiàn)。有可能根據(jù)多譜勒效應分析頻譜的改變。為了使用在描述成像超聲處理的實施例中應用的電路，對于使用相位列陣式拾聲頭或動態(tài)聚焦拾聲頭的情況提供了附加的元件。這樣的一種電路表示在圖10中。
來自功能發(fā)生器1(頻率f0)的傳輸信號由輸出端2饋送到n路信號分配器5。該信號被分配到每個換能器元件分支。在所示實施例中，提供n個換能器4。換能器元件4.1，…，4.n通過時間延遲電路7.1，…，7.n和由發(fā)生器或計算機控制的T/R開關3.1，…，3.n接收信號。計算機按這樣一種方式設置每個換能器元件的時延，使在所選擇的傳輸頻率上，在拾聲頭上產(chǎn)生所要求的定向特性。同樣的定向特性由接收機方計算機通過相應時延進行設置。由拾聲頭4.1，…，4.n接收的信號通過T/R開關3.1，…，3.n饋送到前置放大器6.1，…，6.n。每個前置放大器6.1，…，6.n將一信號加到m路信號分配器10，其下游連接到適當控制或調(diào)整時間延遲電路11，該延遲電路11向電路12饋送信號用于頻帶選擇。下游連接的是用于頻帶相位校正求和的電路，如果合適的話，也用于信號分配。繼之以已知的方法進行各個頻帶的選擇性的進一步處理。
尤其執(zhí)行不同于f0的頻率的分析，例如1/2f0，2f0的計算。
時延電路可以是可改變的或固定的。接收信號到m路信號分配器的分布產(chǎn)生要求的頻帶數(shù)，其位置和寬度由帶通濾波器調(diào)整。另一方面，也可以用這樣一種有效的分配方式，即接收信號同一輔助信號混頻，該輔助信號由初始信號導出，并且因頻帶而不相同，按這種方式，在緊接著的各級中，各個頻帶能使用相同元件工作。
圍繞f0的頻帶給出通常結果，而其他的頻帶包含頻偏大的和非線性信號分量，這是由于發(fā)射信號同非線性超聲造影劑相互作用的結果。
可根據(jù)已知的方法，在任何要求的頻道或若干并行的頻道中執(zhí)行進一步的處理步驟和信號分析。
為使用兩個發(fā)射頻率f0和fP，提供了在圖10右側上的第二發(fā)生器，該發(fā)生器通過信號分配器和時延線15連接到T/R開關3.1，…，3.n。該第二發(fā)生器1至少使受測物體的由當時的方向特性和接收器選通特性決定的空間范圍輻照超聲波。其結構可以是這樣的，除描述的這個寬帶換能元件之外，拾聲頭包括至少一個另外的類似的寬帶發(fā)射換能器，該換能器最好同其他的換能器電分離并由第二個獨立的發(fā)射發(fā)生器1饋送。然而，該兩個發(fā)射信號也可以按可使用相同換能器元件的方式在電性能上重疊。
圖11(圖的上半部)表示W(wǎng)O 93/55242中公開的一種造影劑，在用幅度為0.1MPa的5MHZ脈沖串進行微弱激勵時的時域反向散射信號。
在圖的下半部分，再現(xiàn)相同信號的功率譜?？汕逦乜吹郊铑l率f0(5MHZ)的信號；諧波，副諧波和超諧波信號按靜態(tài)畫出。
圖12表示其他試驗條件與圖11相同但用0.34MPa幅度激勵時的反向散射信號。在該情況下，可清晰地看到造影劑的更大的時域反向散射部分。就頻率分辨而言，在2f0和3f0能清晰地檢測信號。
圖13表示用1MPa幅度激勵時的反向散射信號。在時域中(圖的上半部)，造影劑的反向散射部分清楚地大于發(fā)射脈沖的反射，這里，1個刻度標記相應50mV。對于功率譜(圖的下半部)，可以清楚看到1/2f0，f0，3/2f0，2f0，5/2f0，3f0，7/2f0的信號。出人意料的是，在2f0處的信號具有類似輻射頻率(f0)的強度。
圖14表示反向散射信號在不同的2，3和4MHZ的激勵頻率(f0)時與輻射聲壓的關系。同樣，對該情況仍使用在WO 93/25242中公開的造影劑。出人意料的是，反向散射檢測信號的強度以與激勵強度成超比例的關系增長超過約40dB的閾值。這種特性對于其他造影劑可用類似的方法觀察到，例如基于包含脂肪酸的半乳糖微粒的微粒子，或包含氣體核心和可生物降解的聚合物外殼的微粒子，作為選擇其上可結合具有地點結構和組織特性的分子。
所有全部公開的申請，專利，以及前后引用的出版物在此作為參考。
根據(jù)以上說明，本領域技術人員能容易斷定本發(fā)明的基本特性，并且能做出本發(fā)明的各種改變和改進，以便將它適合于各種使用場合和條件，但不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟將需成像的物體和一種超聲造影劑引入到所述檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含用作散射體的微泡或者因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡，使該造影劑在由輻射的超聲波輻射該檢查區(qū)域時提供微泡的非線性振動，施加頻率為f0的激勵HF脈沖串，以對具有一個或若干個單獨或按組控制的換能器元件的寬帶的，強聲阻尼的，電性能匹配的換能器進行電激勵，由此使檢查區(qū)域受到f0為1MHZ-22MHZ的幅度足以使造影劑內(nèi)的或其產(chǎn)生的微泡至少一部分破裂的超聲波，由超聲換能器接收從檢查區(qū)域反射的以及從該區(qū)域反向散射的超聲信號，并處理接收到的超聲信號，以便進一步分析，以及根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號，至少分析激勵頻率f0的諧波，副諧波和超諧波之一，并可選擇激勵頻率f0。
2.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟將需成像的物體和一種超聲造影劑引入到所述檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含用作散射體的微泡或者因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡，使該造影劑在由輻射的超聲波輻射該檢查區(qū)域時提供微泡的非線性振動，施加激勵頻率為f0和fP的HF脈沖串，以便對具有一個或若干個單獨或按組控制的換能器元件的寬帶的，強聲阻尼的，電性能匹配的換能器進行電激勵，其中該激勵頻率f0和fP是不相同的，并且每個都低于該超聲換能器的工作范圍的上限頻率的一半，以及其中至少一個激勵頻率的幅度足以破裂該造影劑中的或由該造影劑產(chǎn)生的部分微泡。由超聲換能器接收從檢查區(qū)域反射的以及從該區(qū)域反向散射的超聲信號，并處理接收到的超聲信號，以便進一步分析，以及根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號分析該兩個激勵頻率的和或差。
3.根據(jù)權利要求1的超聲處理方法，其中該造影劑是這樣的劑料，包含基于含脂肪酸半乳糖微粒的微粒子，或含氣體核心和可生物降解的聚合物外殼的微粒子，有選擇地可結合具有地點、結構和/或組織特性的分子。
4.權利要求1的超聲處理方法，其中激勵頻率f0為2-5MHZ。
5.權利要求1的超聲處理方法，其中聲壓幅度為0.01MPa-5Mpa。
6.權利要求1的超聲處理方法，其中聲壓幅度為0.03-1Mpa。
7.權利要求3的超聲處理方法，其中每個HF脈沖串發(fā)射1-50個脈沖。
8.權利要求3的超聲處理方法，其中每個HF脈沖串發(fā)射2-8個脈沖。
9.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示血管。
10.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示微血管。
11.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示心肌。
12.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示肝。
13.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示腎。
14.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示皮膚。
15.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示肌肉。
16.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示眼底。
17.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示淋巴血管和/或淋巴結。
18.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示尿道。
19.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示小的和/或大的體腔。
20.權利要求3的超聲處理方法，用于診斷顯示輸卵管軟管。
21.權利要求20的超聲處理方法，用于診斷生育能力。
22.權利要求1的超聲處理方法，其中分析2f0的信號。
23.權利要求1的超聲處理方法，其中檢查區(qū)是人體部位，在人體部位中來自造影劑的微泡的濃度約1000個/cm3或稍小。
24.根據(jù)權利要求2的超聲處理方法，其中造影劑是這樣的劑料，包含基于含脂肪酸的半乳糖微粒的微粒子，或含氣體核心和可生物降解的聚合物外殼的微粒子，可選擇地結合具有地點、結構和/或組織特性的分子。
25.權利要求2的超聲處理方法，其中激勵頻率f0為2-5MHZ。
26.權利要求2的超聲處理方法，其中聲壓幅度為0.01Mpa-5Mpa。
27.權利要求2的超聲處理方法，其中聲壓幅度為0.03-1Mpa。
28.權利要求24的超聲處理方法，其中每個HF脈沖串發(fā)射1-50個脈沖。
29.權利要求24的超聲處理方法，其中每個HF脈沖串發(fā)射2-8個脈沖。
30.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示血管。
31.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示微血管。
32.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示心肌。
33.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示肝。
34.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示腎。
35.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示皮膚。
36.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示肌肉。
37.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示眼底。
38.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示淋巴血管和/或淋巴結。
39.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示尿道。
40.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示小的和/或大的體腔。
41.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷顯示輸卵管軟管。
42.權利要求24的超聲處理方法，用于診斷生育能力。
43.權利要求2的處理方法，其中至少分析激勵頻率的2f0信號。
44.權利要求2的超聲處理方法，其中檢查區(qū)是人體部位，在人體部位中來自造影劑的微泡的濃度約1000個/cm3或稍小。
45.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟將需成像的物體和一種超聲造影劑引入到所述檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含用作散射體的微泡或者因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡，使該造影劑在由輻射的超聲波輻射該檢查區(qū)域時提供微泡的非線性振動，施加頻率為f0的激勵HF脈沖串，以便對具有一個或若干個單獨或按組控制的換能器元件的寬帶的，強聲阻尼的、電性能匹配的換能器進行電激勵，由此使檢查區(qū)域受到頻率f0為1-22MHZ，幅度等于或大于一個閾值的超聲波的輻照作用，使得來自造影劑的瞬時反向散射信號相對激勵頻率超比例地增加。由超聲換能器接收從檢查區(qū)域反射的以及從該區(qū)域反向散射的超聲信號，并處理接收到的超聲信號，以便進一步分析，以及根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號，至少分析激勵頻率f0的諧波，副諧波和超諧波之一，以及可選擇激勵頻率f0。
46.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟將需成像的物體和一種超聲造影劑引入到所述檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含用作散射體的微泡或者因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡，使該造影劑在由輻射的超聲波輻射該檢查區(qū)域時提供微泡的非線性振動，施加激勵頻率為f0和fP的HF脈沖串，以便對具有一個或若干個單獨或按組控制的換能器元件的寬帶的，強聲阻尼的，電性能匹配的換能器進行電激勵，其中該兩激勵頻率f0和fP是不相同的，并且每個都低于該超聲換能器的工作范圍的上限頻率的一半，以及其中至少一個激勵頻率等于或大于一個閾值，使得來自造影劑的瞬時反向散射信號相對至少一個激勵頻率超比例地增加。由超聲換能器接收從檢查區(qū)域反射的以及從該區(qū)域反向散射的超聲信號，并處理接收到的超聲信號，以便進一步分析，以及根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號，分析該兩個激勵頻率的和或差。
47.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟引入欲成像的物體和一種超聲造影劑到檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含微泡或因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡。施加f0為1-22MHZ的幅度足以至少破裂由造影劑產(chǎn)生的部分微泡的超聲波，以及根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號，至少分析該激勵頻率f0的諧波，副諧波和超諧波之一。
48.一種用于在一檢查區(qū)域中具有有限耐聲度的物體的成像及有選擇性地分析多譜勒頻譜的超聲處理方法，包括步驟將需成像的物體和一種超聲造影劑引入到所述檢查區(qū)域，該超聲造影劑包含微泡或者因輻照超聲波而產(chǎn)生微泡，施加兩個超聲頻率，f0和fP，該兩個頻率是不相同的，并且每個都低于產(chǎn)生超聲能量的超聲換能器的工作范圍的上限頻率的一半，以及其中至少頻率f0和fP中之一具有足以破裂造影劑中或由該造影劑產(chǎn)生的部分微泡的幅度，根據(jù)反射的和反向散射的超聲信號，分析該兩個頻率f0和fP的和或差。
49.權利要求1的超聲處理方法，其中，檢查區(qū)域是一個人體部位，而在該人體部位中來自造影劑的微泡的濃度為1000-100,000微泡/cm3。
50.權利要求2的超聲處理方法，其中，檢查區(qū)域是一個人體部位，而在該人體部位中來自造影劑的微泡的濃度為1000-100,000微泡/cm3。
全文摘要
一種通過超聲處理用于有選擇性地圖形顯示和/或分析耐聲能有限制的物體—例如生物器官和組織的多譜勒效應的處理方法，其中，引入一種材料于該檢查區(qū)域并受到超聲輻照，通過輻照超聲波在該檢查區(qū)域產(chǎn)生非線性振動，其信號由一種超聲轉換器進行分析。還公開了一種執(zhí)行上述處理的電路。
文檔編號A61B8/06GK1162250SQ95195991
公開日1997年10月15日 申請日期1995年10月13日 優(yōu)先權日1994年11月1日
發(fā)明者沃爾克瑪·烏倫多夫, 克里斯蒂安·豪夫曼, 托馬斯·夫里茲舍 申請人:舍林股份公司