CN101431943B - 对粘弹性介质进行成像的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对粘弹性介质(2)进行成像的方法和装置。该方法包括：激励步骤，在该步骤中，在激励区[A]中产生内部机械应力；以及成像步骤，在响应于包含所述激励区[A]的成像区[B]中的所述内部机械应力而由所述粘弹性介质(2)中的机械应力所产生的运动期间获取信号。根据本发明，该方法还包括：计算步骤，计算与所述成像区中位于所述激励区[A]外部的给定深度处的至少一个点[Bij]处的所述粘弹性介质(2)的流变特性相关的定量指标[Cij]。所述定量指标[Cij]表示在以下信号之间的比较：响应于所述激励区[A]中位于所述给定深度处的至少一个点[Ai]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及响应于所述成像区[B]中位于所述激励区[A]外部的至少所述点[Bij]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。

Description

对粘弹性介质进行成像的方法与装置
技术领域
本发明涉及用于对粘弹性介质进行成像的方法与装置的整体领域，并且包括研究在粘弹性介质中存在的运动。更具体而言，本发明涉及包括以下步骤的方法：激励步骤，在该步骤中，在激励区中产生内部机械应力；随后是成像步骤，通过在响应于包含该激励区的成像区中的所述内部机械应力而在所述粘弹性介质中所产生的运动期间获取信号来进行成像。
在特别有利的应用中，本发明涉及对人体器官的粘弹性特性进行成像。在该医学应用中，本发明尤其用于检测诸如乳房、肝脏、卵巢等的器官中液体区的存在，以及表征该区域。
背景技术
乳房的回波描记检查已经使得可以根据与观察到的病灶的形态和回波描记纹理有关的信息来推断该病灶的特定特征。特别是，可以基于展示液体声学特征的回声(echogenicity)值来区分囊肿病灶(cystic lesion)和固态块(solid mass)。典型的囊肿在回波描记图像上显现为不产生回波的具有规则几何形状的区域，在此假设充满囊肿的液体几乎不包含散射体，而除囊肿之外的其他组织的回声则被显著增强，这是因为入射波束在囊肿中被衰减得比在组织中更弱。
还可以根据固态病灶的形态来估计其为恶性情况的风险。具有明显轮廓并且其轮廓很少有圆形凸起且主轴平行于皮肤的图像更有可能与良性病灶相关。相反地，其轮廓不清晰并且具有强烈的后部阴影的不规则的(例如星形的)图像则非常有可能是恶性的。
不幸的是，这些形态准则并不够，因为它们并不完全可靠，特别是对于小病灶而言。特异性的缺乏已经导致出现新的回波描记工具，其给出了与病理状态更相关的可定量的功能信息。
例如，存在多种弹性成像技术，其寻求测量组织的机械属性，以便更为精确和系统性地表征病灶。
还可以分析介质的流变特性，以便区分固态特性和液体特性，具体已知的是在精确定义的感兴趣区域中产生辐射压力，从而如果该区域是液体则在其中产生该液体的流，然后能够利用回波描记对该液体的流进行成像。
所获得的图像揭示了该感兴趣区域的运动。当在所得到的图像上观察到运动时，则就检测到液体的存在。
这种仅通过检测运动来检测液体存在的方法导致以一种并非很鲁棒性的方式来对病灶进行分类，特别是对于复杂的囊肿，其具有产生回声值的粘性物质，这在50％的情况中都会遇到。在该类型的囊肿中的辐射压力区域中所引起的运动与粘弹性固体的机械响应非常类似。因此存在或不存在运动并非是区别准则。然而，由回波描记术所给出的形态准则被证明是不足的，尤其是对于那种类型的囊肿而言。
此外，已知的方法仅能够对用户所选择的特定介质区域进行测试。该方法是专用的，并且想要在对介质进行成像时连续地实施该已知方法并不现实。
最后，该已知方法仅用于检测液体的存在，并不对病灶的流变特性进行任何分级。除此之外，这些病灶可能是以下情况的囊肿：粘性的、乳状的、石灰状的、出血的、或实际上由沉淀物形成，并且因此它们呈现出不同且变化的流变特性。
发明内容
因此，本发明的主要目的是通过提出一种弹性成像技术来减轻这种缺点，该技术尤其使得可以在单个病灶中区分液体成分和固体成分，本发明在于如简介部分中所述的方法并且进一步包括：计算步骤，计算与所述成像区中位于所述激励区外部的给定深度处的至少一个点处的所述粘弹性介质的流变特性相关的定量指标，所述定量指标表示在以下信号之间的比较：在响应于所述激励区中位于所述给定深度处的至少一个点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及在响应于所述成像区中位于所述激励区外部的至少所述点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。
这种方法是基于表征粘弹性介质中不同区域的相对运动的，通过这些区域对机械应力的响应方式来区分它们。该方法系统地提出了：计算定量指标以揭示在位于所述激励区外部的介质中存在或不存在传播的机械波。因此，本发明的方法使得可以例如通过给出在多个点处的定量指标的图来观察介质中的较宽区域。该定量指标有利地是相似度指标。
为计算定量指标而获得的信号优选地是位移场、或运动场、或超声噪声或“斑点”。获得这种场对于本领域普通技术人员而言是已知的。
本发明的方法使得可以基于波传播准则来识别固体区域或液体区域，所述波传播准则是一种鲁棒性的物理准则。因此本发明使得能够在整个成像区上表征流变特性。利用本发明，在不必知道对介质进行成像的区域的先验信息的情况下，就能够执行所有的表征。
在一种有利实现中，所述对所获取的信号进行比较的步骤包括：比较所获得的信号中的时间变化和/或幅度变化。
有利的是，所述计算步骤包括计算在为所考虑的两个点所获取的信号之间的相关函数的最大值，所述定量指标是所述最大值的函数。
根据本发明的另一特定特征，所述内部机械应力是超声辐射压力所产生的机械振动。
然后，利用存在或不存在所述机械振动所产生的剪波的传播，来实现对固体和液体的区分。应该观察到的是，生成这种剪波是有利的，这是因为其后会与使用已知(例如专利WO2004/0210838)方法对粘弹性介质的弹性的测量并行地执行本发明的方法。另外，产生这种剪波使得可以将机械激励应用于介质的深处，由此可以探测器官内深处的流变特性。这就为这种激励提供了另一种优势。
在一种有利的应用中，所述激励步骤与治疗相结合。然后，有利的是，由用于治疗目的的波束来产生所述应力，例如聚焦的超声波束。
此外，在本发明中，在介质中产生运动的激励可以是多种机制的产物，这些机制具体包括一种或多种生物机制或者甚至是低频的外部振动。根据本发明，这种机制需要产生位于激励区中的内部机械应力。
在本发明的特定特征中，所述成像步骤包括：发射子步骤，用于按照足以测量由所述内部机械应力所产生的所述运动的动态特性的重复频率将超声波发射到所述成像区中；检测和记录子步骤，用于检测并记录在所述介质中产生的超声回波，作为所获取的信号；以及估计子步骤，用于根据至少两次连续超声波发射的检测回波以及所述超声波发射的频率来估计运动，其中所述定量指标是根据所述估计的运动计算出的。
采用已知方式，在所述成像步骤期间所产生的超声波被在激励波的传播线上的组织散射体反射。使用这种特征，就可以具体使用同一换能器阵列来进行激励和对介质进行成像。
在一种有利实现中，为在所述激励区外部同一给定深度处的两个点计算至少两个“方向”的定量指标，其分别位于所述激励区两侧中的一侧，所述定量指标表示以下信号之间的两个比较：在响应于所述激励区中位于所述给定深度处的至少一个点处的机械应力而产生的运动期间所获取的信号，以及在响应于所述成像区中位于所述激励区外部的至少所述两个点处的机械应力而产生的运动期间所获取的信号。
这种特征使得可以确定在给定激励区的任一侧上的给定深度处所述介质的特性。由此，可以在所述激励区位于具有不同回声值的两个区域之间的交界面上时，揭示在该交界面任一侧上的不同粘弹特性。
在本发明的一个具体实现中，在所述介质的由回波描记术所定义的区域的边界上计算所述定量指标，以便在周围介质中测试其永久或临时特性。
这种实现使得可以测试在组织中的固体病灶的可能滑动。在周围组织内病灶的该固定或滚动状况同样是用于表征病灶的重要准则。
有利的是，计算与在所述激励区中给定深度处的点相关联的第二定量指标，其是位于所述激励区外部、沿着所述给定深度处的直线的多个点的所述定量指标的空间变化的函数。
这种特征使得可以确定沿着所述线的具有不同粘弹属性的区域，例如用以确定在对病灶执行HIFU治疗时由高强度聚焦超声“HIFU”所引发的组织坏死区域或完全凝结区域的范围。
有利的是，为所述激励区中不同深度处的多个点计算第二定量指标。
这种特征使得可以根据深度确定所述介质的粘弹属性。这使得具体能够定义包含液体的区域的轮廓。
有利的是，在不同时刻，重复所述定量指标或所述第二定量指标的计算。
这种特征可以跟踪所述介质的粘弹属性随时间的变化。特别是，这使得可以跟踪在HIFU造成的或甚至由射频治疗造成的坏死的尺寸随着治疗时间的变化。
有利的是，计算“时间”定量指标，其是定量指标中的时间变化的函数。
可以为单个定量指标以及为第二定量指标，来计算这种时间指标。
有利的是，可以通过移动所述激励区来重复进行该方法，以便测量在粘弹性介质中整个感兴趣区中的定量指标。
有利的是，该方法包括构建步骤，用于构建所述粘弹性介质的回波描记图像；并且该方法还包括显示步骤，用于在所获得的回波描记图像上将定量指标或从所述指标导出的幅度显示为亮度值或颜色值。
在一种有利的实现中，使用所述定量指标的信息，通过跟踪所述介质的修改来计算用于治疗及其发展过程的参数，特别是所引起的凝结或组织坏死的尺寸。例如，所执行的治疗可以是高强度聚焦超声治疗(HIFU)或射频治疗。
还可以使用所述定量指标来计算其他类型的局部治疗的参数，特别是射频治疗。
本发明还提供了一种用于对粘弹性介质进行成像的装置，该装置包括：激励模块，用于在激励区中产生内部机械应力；以及成像模块，用于获取信号，以便对响应于在包含所述激励区的成像区中的所述内部机械应力而由所述粘弹性介质中的机械应力所产生的运动进行成像。本发明的装置还包括：计算模块，用于计算与位于所述激励区外部给定深度处的至少一个点处的所述粘弹性介质的流变特性相关的定量指标，所述定量指标表示在以下信号之间的比较：在响应于所述激励区中位于所述给定深度处的至少一个点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及在响应于所述成像区中位于所述激励区外部的至少所述点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。
有利的是，所述激励模块是换能器阵列，其还可用作成像模块。
在一个优选实现中，该方法的各个步骤由计算机程序指令确定。
因此，本发明还提供了在数据介质上的一种计算机程序，该程序适于在成像装置中实现，并且包括适于执行以下步骤的指令：激励步骤，在该步骤中，在激励区中产生内部机械应力；成像步骤，通过在响应于在包含该激励区的成像区中的内部机械应力而由粘弹性介质中的机械应力所产生的运动期间获取信号来对介质进行成像；以及计算步骤，基于以下信号之间的比较来计算与所述粘弹性介质的流变特性相关的定量相似度指标：在响应于所述激励区中至少一个点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及在响应于所述成像区中位于所述激励区外部的至少所述点处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。
该程序能够使用任何编程语言，并且其可以采用源代码形式、目标代码形式或在源代码与目标代码中间的代码的形式，诸如部分编译的形式，或者采用任何其他期望的形式。
本发明还提供了可由成像装置读取的数据介质，其包括如上所述的计算机程序指令。
该数据介质可以是能够存储程序的任何形式的实体或装置。例如，该介质可以包括诸如只读存储器(ROM)的存储装置，例如CD ROM或微电子电路ROM，或者甚至是磁记录装置，例如软盘或硬盘。
此外，该数据介质可以是传输介质，例如电信号或光信号，其能够经由电缆或光缆借助于电波或其他形式来传送。特别是，本发明的程序可以从因特网类型的网络下载。
或者，该数据介质可以是集成电路，在其中包含有该程序，该电路适于执行本发明的方法或在执行本发明的方法时使用。
附图说明
根据以下参考附图的描述，能够了解本发明的其他特征和优点，其中附图示出了具有非限定性标记的实施例。在附图中：
图1是本发明的装置的使用的示意性表示；
图2是本发明的装置的示意性表示；
图3示出了本发明在粘弹性介质中的具体应用；
图4a和4b是在包含液体的区域以及在整体为固体的区域中，实现本发明的成像方法的示意性表示；
图5是示出为图4a和4b中所示的两个环境所获得的相关系数的图；
图6示出了根据本发明的定量指标的显示的实例。
具体实施方式
图1是根据本发明的成像装置1的示意性表示，其用于对粘弹性介质2进行成像。在一个有利实现中，介质2是生物组织，例如人体器官或器官的一部分，诸如乳房。
该装置1连接到至少一个超声探测器3。这种探测器3可以包括单个元件，或者一维或二维换能器阵列。当本发明的装置用于观察介质2时，该探测器3与介质2接触。
装置1包括用于控制探测器3发射压缩波(例如超声波)的电子模块。
粘弹性介质2漫射这种压缩波。具体而言，能够在粘弹性介质2中传播超声压缩波，由此能够获得回波描记图像。
有利的是，装置1连接到显示模块4，该显示模块能够显示从成像数据中所提取的信息。
图2更准确地示出了装置1和探测器3。在该图中所示的实例中，探测器3是直线形的一维换能器阵列，包括有N个元件[T1，T2，...TN]，其中，例如N等于128。装置1包括一定数量的通道V，优选的是N个通道[V1，V2，...，VN]，即，在该实例中为128个通道，这些通道能够分别独立控制探测器3的各个换能器元件[T1，T2，...TN]。
软件模块5用于控制电子通道[V1，V2，...，VN]，以便实现激励序列和成像序列，以及还使这些序列交替。
存储器模块6用于记录在成像序列期间所接收的反向散射的超声信号。
根据本发明，为了观察介质2的流变特性，对装置1进行编程以执行本发明的方法的各个步骤。
本发明的第一步骤在于：机械激励在介质2中产生内部机械应力。由此通过本身由软件模块5控制的电子通道将激励信号发送到换能器元件。
有利的是，通过使用独立换能器元件组[T1，T2，...TN]或者使用单个换能器元件连续发射一个或多个超声压缩波来产生内部机械应力，可选地，对所述超声压缩波进行聚焦。
作为例子，能够通过聚焦具有充足能量的声波束以连续在一个或多个深度上激励该组织，来执行该激励步骤。
有利的是，装置1能够通过增加压力场的幅度或者通过增加所发射波列的长度来增加这些波的能量。在所设计的应用中，有利地，波列的长度在1微秒(μs)到10,000μs的范围内。
有利的是，激励超声波的频率在0.1兆赫兹(MHz)到50MHz的范围内。此外，可以使用对激励信号的时间编码以便提高其穿透性。
图3示出了在介质2中的本发明的机制。在该图中，发射了多个波，这些波聚焦在位于不同深度处的多个点Ai上。由此，声穿透了覆盖该波的这些聚焦点Ai的“激励”区A。所使用的波具有充足的能量来使组织运动，主要是在z方向上运动，由此产生了剪波。例如，使用长度在1μs到10,000μs范围内的波列，并且使用的波束的数量在1到50范围内，并且以在10赫兹(Hz)到20,000Hz范围内振荡的重复速率来发射这些不同激励序列。从而，该声穿透区A被超声辐射压力所激励。
压缩波还能够同时地或交替地聚焦在至少两个不同位置上。在任何情况下，激励区A都是一组声穿透点的拼接(concatenation)。还应观察到的是，使用未聚焦或极少聚焦的波对于覆盖较宽且展开的激励区域而言是有利的。
本发明的方法的第二步骤是成像步骤，在该步骤中，连续发射超声波，以便照射介质2的包含激励区A的“成像”区B。优选地，可以通过使用与激励序列不同的激励频率或电压来使用与激励步骤相同的换能器阵列[T1，T2，...TN]。
此外，作为替代方案，也完全可以设想使用在第一阵列中所包含的换能器或其他元件的第二阵列，或者甚至使用单个元件的换能器。特别是，这使得可以将成像步骤与激励步骤并行处理。
在成像步骤期间的发射速率必须非常高，以便观察剪波或流的传播。通常，这对应于0.1Hz到20,000Hz范围内的发射速率。
可以使用聚焦的或未聚焦的超声波来执行成像步骤期间对介质2的声学照射。
在该成像步骤期间，在介质2的区域B中存在的反射粒子反射该超声波。这些反射造成了超声回波。然后，用换能器阵列[T1，T2，...TN]检测与这些超声回波相对应的反向散射信号，并记录在存储器模块6中。
然后，可以观察运动对回波描记图像的影响。更具体而言，根据所获取的超声回波，对介质中运动的估计用于定量粘弹性介质对内部激励应力的机械响应。为了实现该对于运动的估计，将与一组给定的反射粒子或散射体相对应的反向散射信号进行相互比较，以便估计该组散射体相对于原始位置或先前位置的位移。
所估计的位移可以是轴向的或者矢量化的。当基于在换能器元件[T1，T2，...TN]上的到达时间中的延迟来估计相对于其中一次先前发射的位移并且假设超声传播速度恒定且已知时，就获得了位移速度。
在该情况中可以使用本领域技术人员已知的用于估计运动的常规方法。例如，可以使互相关函数最大化、诸如估计相移之类的频率类型的方法、或者甚至是用于估计速度的多普勒方法。还能够设想矢量方案，诸如矢量多普勒方法，或者使用光流。
在软件模块5中实现这些估计方法，软件模块5处理存储在存储器模块6中的数据。
例如，软件模块5使得执行通道被形成为以便计算成像区B的一系列回波描记图像，然后使用本领域技术人员已知的一维或矢量算法来根据所述图像计算出运动估计。
在估计由激励内部机械应力所引起的运动时计算出的运动场可以是绝对位移场或者相对位移场，即速度。
有利的是，为了估计位移，有利的是在激励之前执行对介质2成像的预备步骤。这一步骤是：发射至少一个压缩超声波，并且接收反射的回波以便建立参考回波组。
本发明的方法的接下来的步骤是计算步骤，计算用于分析介质的流变特性的定量指标。其是：估计从在激励区A的至少一个点与成像区域B中在区域A外部的一个点之间的由该激励造成的位移场的一致性。
图3示出了在粘弹性介质2的观察区B中实现该计算。对于关于属于激励区A的点A0附近的机械行为的局部量化，本发明使用了在所述点A0处的运动的估计以及位于该激励区A外部的成像区中的至少一个点B01处的运动的估计。这尤其可用于量化运动时的变化。
点B01优选地距离点A0较近，例如横向上与其相距0.5毫米(mm)，以便确定区域A0的流体特性或固体特性。
在实际中，术语“点”用于指定介质2中在介质2的几何学点周围的较小物理区域。该物理区域的尺寸可以是可变的，以便执行估计的鲁棒性与处理时间之间的折衷。可以通过例如对包含在这些临界区域中的像素求算术平均，来概括在这些区域中的位移。
当计算了位移的多个像素或多个单元对应于介质中在一个点周围的给定物理区域时，将定量指标(例如根据相关系数所计算出的)计算为对应区域A和B中的每对像素或单元而计算的定量指标的均值，例如，对应区域A和B中的每对像素而计算的相关系数的均值。
根据本发明，对在点A0和B01周围的相应区域中所观察到的在位移的时间变化或类似地在速度的时间变化之间进行比较，并且从中推导出与介质2的粘弹特性相关的定量指标。
该定量指标优选地表征了在两个点上的位移场的空间一致性。空间一致性意指在不同点上获得的位移场之间存在或不存在相似度。该一致性涉及所获得的信号的幅度和/或者这些信号的时间变化。定量指标具体可称为“相似度”指标。为了量化幅度的相似度以及时间变化的相似度，具体可以通过在A0上的位移信号与在B01上的位移信号之间的最大相关系数来构建该指标。
图4a和4b示出了在包含液体囊8的介质2中，当激励区的点A0位于液体囊8中时以及当激励区的点A0位于液体囊8外部时，实现本发明的情况。
定量指标是使用以下公式计算的最大相关系数：
C 01 ( x ) = max Δt ( ∫ s ( x s , t + Δt ) s ( x s + x , t ) dt ) ( ∫ s ( x s , t ) s ( x s , t ) dt ) × ( ∫ s ( x s + x , t ) s ( x s + x , t ) dt )
其中，t扫描一个时间段，s是待研究的场，其具体可以是速度或位移场或甚至可以是超声斑点强度场，x是与点A0处于同一深度上的点B01的横坐标，xs是点A0的横坐标。这种系数表示在介质的运动期间，在为点A0和B01所获得的信号的时间变化之间的比较。
可以在根据点A0和B01处的位移或速度场的时间平均所得到的位移或速度场之间计算最大相关系数。
也可以计算其他类型的定量指标，以便量化在A0和B01上的位移信号之间的相似度。具体而言，其可以包括在原始的或对幅度进行归一化后的信号之间或者在可选地进行了偏移的信号之间的不同的距离，例如p范数、Euclidean范数(p＝2)、熵准则，诸如Kullback散度、等等，或者甚至可以通过计算互相关函数的最大值。
有利的是，如图3所示，观察多个点B0j，j＝1到M，这些点与点A0处于同一深度，并且与点A0相距不同距离。再一次对在从点A0与B0j周围的相应区域所观察到的位移的时间变化或类似地速度的时间变化进行空间上的比较，并且为每个点B0j推导出与介质2的粘弹特性相关的定量指标。由此，在给定激励之后，分析与A0相距越来越远的多个点。
有利的是，如图4a和4b所示，计算至少两个方向定量指标C01和C0j’，在两个点B01和B0j’的激励区域的两侧中的每侧一个方向定量指标，并且该两个点B01和B0j’分别位于激励区的一侧上。
由此本发明使得可以对交界面进行具体检测和表征，这是因为可以通过分析在激励区A中或者任意一侧上的机械响应来表征在具有不同粘弹特性的两种介质之间的交界面。在给定激励区的两侧上的两个方向定量指标之间的巨大差异表示存在交界面，即，在激励区A的附近存在机械特性的突变。
图5示出了对于多个点B0j和B0j’，通过如上所述的且在如图4a和4b中所示地执行成像期间所获得的最大相关系数所构成的方向定量指标的值，这些点在激励区A的任一侧的横坐标x最大到20mm。在图4a中，所获得的曲线示出了在A0所属于的激励区A外部、所研究的场的去相关(decorrelation)。这种形状的曲线对应于在A0处存在液体。
相反，对于图4b，所得到的曲线示出了相关最大值，其对应于点B0j和B0j’的横坐标x的增加而略微下降。
有利的是，可以确定定量指标为最大值时的点B0j。然后可以将点A0与该指标相关联，该指标例如可以是在A0处的位移信号与在点B0j{B01，...，B0M}处的位移信号之间的最大相关系数的最大值。
具体而言，具有距离A0B0j的定量指标中的变化还可以有利地产生第二定量指标来表征粘弹性介质2的流变特性。该第二定量指标描述随着与A0之间的距离增加，定量指标减小。有利的是，根据在与点A0处于同一深度的线上的先前计算的定量指标的空间变化，计算出该与点A0相关联的定量指标。
例如，可以估计在点A0的深度处的定量指标的梯度，以计算与下降了n％(例如90％)后的定量指标相对应的距离，从而计算定量指标的凹度或者与定量指标的空间二阶导数相关联的某种其他属性等等，这些量值中的每一个都可以构成与激励区A的给定深度相关联的第二定量指标。
然后可以重复若干次以上计算，从而计算在不同深度处的多个点上的第二定量指标，并且计算在激励区A中的该第二定量指标的图。并行地，还能够绘制出成像区B中的定量指标的图。
如图3中所示，随后将激励区A细分为Z方向上的P+1个点Ai＝{A0...AP}。对于每个测量点Ai，在成像区B中激励区A的至少一侧上定义一组M个点Bij，其中j≥1。
对于所有的i≤P且所有的j≤M，计算在点Ai的至少一个速度场或位移时间场与点Bij的至少一个速度场或位移时间场之间的最大相关系数Cij。
然后，根据为Bij所计算的数量相似度指标，重复地计算在激励区A中的不同点A0...AP上的第二定量指标，其中P≥0。将在Ai上所计算的第二定量指标被定义为例如相关系数Cij相对于j的导数的最大值。
此外，还在对所涉及的区域A和B中的多个点上的速度或位移场进行时间平均所得到的速度或位移场之间，计算系数Cij。
对于每个i都重复第二定量指标的计算，其中i≤P，从而覆盖激励区A的所有点Ai。
此后，在连续的激励发射中，可以移动该激励区A。通过执行多个交替的激发与成像序列，以及通过移动激励区和成像区A和B，例如在所成像的介质中横向移动，就可以在深度上或在方位角上位移A，以便覆盖如图1所示的扩展区D。
然后就可以对介质2的每个激励点A给予一个二进制值，例如通过使用第二定量指标的阈值，并且可以通过使用颜色编码或显示编码来显示该值。这种显示的一个实例在图6中给出，其中，黑色区域对应于检测到如图4所示的液体囊8。
有利的是，能够在激励区周围定义两个“方向”第二定量指标，一个是Cij相对于j的导数最大值，其中j对应于位于Ai的一侧上的点Bij，另一个是Cij’相对于j的导数最大值，其中j对你给予在Ai的另一侧上的点Bij’。再一次，这种第二定量指标用于当它们在激励区的两侧非常不同时，揭示出存在交界面。
还可以根据为给定的对[Ai；Bij]而相继计算的定量指标的时间变化，计算“时间”定量指标。这种第二定量指标具体用于给出关于该介质的释放时间的附加信息，其量值与该介质的粘性相关。
应观察到的是，还可以使用先前计算的第二指标的时间变化。在本发明中可以设想在多个深度处进行这种计算。
还可以根据空间变化计算第二定量指标，所述空间变化是为与位于点A0...AP上的一组点Bij＝B0j到BPj配对的一组点A0...AP所计算的定量指标的深度的函数。
在同一条线上，还可以使用作为先前计算的第二定量指标的深度的函数的空间变化。再一次，为多个深度执行计算。
通过使得能够具体测试是否存在较深的交界面，这种第二定量指标能够具体用于给出关于病灶的深度范围的指示。
上述定量指标的信息使得可以分析在激励区A内部和外部的介质2的行为，并且使得可以推断出特定的粘弹性行为。
基于流体中引发的运动是在机械激励区A以及可能在与其非常接近的区域中保持受限的流，可以实现液体行为与固体行为之间的明显区别。相反地，在固体中，所述激励产生了传播的剪波，其在空间上将机械响应延伸到距离该源很远的地方。
基于作为实例而给出的所计算的定量指标，数量相似度指标的较大值表示在源的内部和外部的场之间具有强相关性，这表示存在传播的剪波，其是粘弹性固体的特征。相反的，数量相似度指标的较小值更多地表示粘性液体。
因此，在不考虑点Bij的位置的情况下所获得的接近于1的相关系数意味着弹性波以很小的衰减传播并且该介质为固体。
在更为粘性的固体中，衰减将会导致相关系数随着距离AiBij增加而逐渐减小。
相反，在液体中，相关系数随着距离AiBij增加而非常快速地下降。这是由于以下事实：即，在Ai处的激励与在Bij处的液体流种类是非常不同的。
由此，通过计算在多个点对[Ai；Bij]处的定量指标，可以检测定量指标中的空间变化，其中所述定量指标是在所成像的介质的两个维度上突然地或以其他方法改变的粘弹属性的特征。例如，在检测乳房病灶的具体应用中，有着清晰界限(即具有清晰轮廓)的病灶通常是良性的并且所呈现出的定量指标上的空间变化与界限非常不清晰的渗透的恶性病灶区别很大。这种对健康组织与病灶之间交界面的机械特征的确定使得它们可以被表征。
根据本发明的确定定量指标还能够用于量化流体的粘性，特别是，流体的运动在朝着源延伸且随着流体粘性的增加而在径向方向上更进一步地衰减。
对于粘弹性固体，为介质中的各对点Ai和Bij计算的定量指标所量化的对于传播的剪波的时间机械响应的空间变化随着粘性的增加和弹性的减小而变得更大。
由于定量指标给出了对于在剪波场中的两个点之间的空间一致性的估计，因此其是介质的释放时间的相关指示器，并且还是用以测量弹性的质量的指示器。因此，通过依赖于定量指标能够表示的质量准则，能够并行地进行可选的定量弹性估计，例如利用在专利WO2004/0210838中所述的方法。
有利的是，能够在对介质进行成像时持续重复本发明的整个方法，以便周期性地更新所计算的定量指标图。特别是，可以计算在离散距离上的定量指标，例如为了在对介质2进行HIFU治疗的同时跟踪正在坏死的区域中的变化。以这种方式跟踪定量指标能够用来执行对治疗该介质的方法的自动控制。
有利的是，显示在成像区中的定量指标的图像，或者与其相关的幅度的图像。为此，可以使用适当的颜色编码。这种显示可以采用叠加到标准回波描记图像上的方式来实现，或者可以采用并置的方式来实现。该显示可以是分级的，由此例如能够评估粘性，或者其可以是二值的，由此可以辨别液体区域与固体区域。因此，例如，可以将定量指标与像素颜色值相关联，并且可以创建区域D的定量相似度指标并显示在显示模块4上。

Claims (13)

1.一种用于对粘弹性介质(2)进行成像的方法，包括以下步骤：
激励步骤，在该步骤中，在激励区[A]中产生内部机械应力；
成像步骤，通过在响应于包含所述激励区[A]的成像区[B]中的所述内部机械应力而由所述粘弹性介质(2)中的机械应力所产生的运动期间获取信号来进行成像；
该方法的特征在于，其进一步包括：计算步骤，用于计算与所述成像区[B]中位于所述激励区[A]外部的给定深度处的至少一个点[Bij]处的所述粘弹性介质(2)的流变特性相关的定量指标[Cij]，所述定量指标表示在以下信号之间的比较：在响应于所述激励区[A]中位于所述给定深度处的至少一个点[Ai]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及在响应于所述成像区[B]中位于所述激励区[A]外部的至少所述点[Bij]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号比较步骤包括比较所述信号的时间变化和/或幅度变化。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算步骤包括计算对应于所考虑的两个点[Ai，Bij]的所获得的信号的相关函数的最大值，所述定量指标[Cij]是该最大值的函数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内部机械应力是由超声辐射压力产生的机械振动。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像步骤包括：
发射子步骤，用于按照足以测量由所述内部机械应力所产生的所述运动的动态特性的重复频率将超声波发射到所述成像区中；
检测和记录子步骤，用于检测并记录在所述介质(2)中产生的超声回波，作为所获取的信号；以及
估计子步骤，用于根据至少两次连续超声波发射的检测回波以及所述超声波发射的频率来估计运动，其中所述定量指标[Cij]是根据所述估计的运动计算出的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为在所述激励区[A]外部同一给定深度处的两个点[Bij，Bij’]计算至少两个“方向”相似度定量指标[Cij，Cij’]，这两个点分别位于所述激励区[A]的两侧，所述定量指标[Cij，Cij’]表示以下信号之间的两个比较：在响应于所述激励区[Ai]中位于所述给定深度处的至少一个点处的机械应力而产生的运动期间所获取的信号，以及在响应于所述成像区中位于所述激励区[A]外部的至少所述两个点[Bij，Bij’]处的机械应力而产生的运动期间所获取的信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述介质的由回波描记术所定义的区域的边界上计算所述定量指标[Cij]，以便在周围介质中测试其永久或临时特性。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算与在所述激励区中给定深度处的点相关联的第二定量指标，其是位于所述激励区[A]外部的、沿着所述给定深度处的直线的多个点的所述定量指标[Cij]的空间变化的函数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，为所述激励区[A]中在不同深度处的多个点[Ai]计算第二定量指标。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在不同时刻，重复所述定量指标或所述第二定量指标的计算。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算“时间”定量指标，其是定量指标[Cij]中的时间变化的函数。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括用于构建所述粘弹性介质的回波描记图像的步骤，该方法还包括显示步骤，用于在所获得的回波描记图像上将定量指标[Cij]或从所述指标导出的幅度显示为亮度值或颜色值。
13.一种用于对粘弹性介质(2)进行成像的装置，该装置包括：
激励模块(3)，用于在激励区[A]中产生内部机械应力；
成像模块(3)，用于获取信号，以便对响应于包含所述激励区[A]的成像区[B]中的所述内部机械应力而由所述粘弹性介质(2)中的机械应力所产生的运动进行成像；
该装置的特征在于，其进一步包括：计算模块，用于计算与位于所述激励区[A]外部的给定深度处的至少一个点[Bij]处的所述粘弹性介质(2)的流变特性相关的定量指标[Cij]，所述定量指标[Cij]表示在以下信号之间的比较：在响应于所述激励区[A]中位于所述给定深度处的至少一个点[Ai]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号，以及在响应于所述成像区[B]中位于所述激励区[A]外部的至少所述点[Bij]处的机械应力而产生的运动期间所获得的信号。
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