CN108780143A - 用于相长剪切波超声成像的方法、系统和计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
提供了用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的方法、系统和计算机程序产品。该方法包括在目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲;接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号;以及基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
Description
政府支持声明
本发明是在政府支持下根据国立卫生研究院授予的批准号1 ROI CA-142824-01完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本发明涉及超声成像和分析,并且尤其涉及在剪切波超声成像中根据相长到达时间确定样本的机械参数。
背景技术
声辐射力(ARF)剪切波弹性成像方法通常使用材料中的机械剪切波的横向传播速度来估计样本的机械性质,诸如材料弹性常数。这些技术可以适用于根据轴向位置和横向位置二者计算局部剪切波传播速度的成像系统。可以通过估计在不同的记录位置处或来自不同激发位置的剪切波的到达时间的差来计算速度。
例如,由于波的吸收和散射,声辐射力(ARF)因动量从声波到其行进穿过的介质的转移而产生,并且由K.R.Nightingale、M.Palmeri、R.Nightingale和G.Trahey在2001年的“On the feasibility of remote palpation using acoustic radiation force”,JAcoust Soc Am,第110卷,第625至634页和G.R.Torr在1984的“The Acoustic RadiationForce”,Am.J.Phys,第52卷,第402至408页描述。
其中α是声学衰减,I是声强,c是声速,而F是施加在介质上的力。超声剪切波弹性成像(SWEI)通过施加超声推动脉冲并跟踪远离激发区域传播的横波的传播来利用该声辐射力,该超声推动脉冲使组织以微米量级位移。
SWEI目前用于表征组织的硬度,包括肝纤维化。SWEI的初始实现方案涉及在倒波方程解或飞行时间算法中使用稀疏位移场,其中在具有假定的传播方向的多个空间位置处估计剪切波到达时间。参,见M.L.Palmeri、M.H.Wang、J.J.Dahl、K.D.Frinkley,K.R.Nightingale和L.Zhai的“Quantifying Hepatic Shear Modulus In Vivo UsingAcoustic Radiation Force”,Accept.UMB,34(4):546-558(2008年4月)。对SWEI的另外改进包括使用多个剪切波源,该多个剪切波源可以产生可使用基于相关的方法在单个位置处跟踪的独特的剪切波形态,具有降低剪切波速度估计偏差的益处。参见美国专利No.8,225,666和美国专利公开No.2011/0184,287,其公开内容整体以引用方式并入本文中。
目前使用的利用声辐射力产生剪切波的SWEI技术通常需要诊断超声阵列来产生和跟踪剪切波,具有显著的信号处理开销以计算剪切波到达时间并估计剪切波速度。
发明内容
在一些实施例中,提供了一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的方法,所述方法包括:在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲;接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号;以及基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
在一些实施例中,所述相长剪切波位移的所述至少一个参数包括以下至少一项:组织的峰值位移的时间、所述跟踪位置处的组织位移的位移斜率的偏转来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的所述相长剪切波位移的相对或绝对位移幅度。
在一些实施例中,所述跟踪位置与第一位移位置和第二位移位置基本等距,使得所述第一剪切波和所述第二剪切波在基本相同的到达时间到达所述跟踪位置以产生所述相长剪切波位移,与在没有所述第二剪切波的情况下所述第一剪切波的位移或在没有所述第一剪切波的情况下所述第二剪切波的位移相比,所述相长剪切波位移在所述到达时间在所述跟踪位置处增大了组织位移。
在一些实施例中,在所述目标区域中的第一位移位置处产生第一剪切波以及在第二位移位置处产生第二剪切波包括:在三个或更多个位移位置处产生三个或更多个剪切波,所述三个或更多个位移位置与所述跟踪位置基本等距。
在一些实施例中,确定所述目标区域的至少一个机械参数是基于:分析所述跟踪位置处的回波信号以确定所述剪切波的飞行时间差和/或速度估计。
在一些实施例中,第一位移位置和第二位移位置对应于超声阵列元素的位置,所述超声阵列元素发射足以在受关注区域中产生剪切波的位移脉冲。
在一些实施例中,所述跟踪位置对应于发射所述跟踪脉冲并接收所述回波信号的超声阵列元素的位置。
在一些实施例中,所述至少一个机械参数包括所述目标区域的剪切弹性模量、杨氏模量、储能模量动态剪切粘度、剪切波速度和机械阻抗中的至少一个。
在一些实施例中,所述目标区域包括活的人体内组织样本。
在一些实施例中,所述目标区域包括体外生物材料。
在一些实施例中,利用插入内部的超声探头阵列检测所述样本的所述回波信号。
在一些实施例中,利用外部应用的超声阵列检测所述样本的所述回波信号。
在一些实施例中,利用所应用的剪切波源产生所述第一剪切波和所述第二剪切波,所述剪切波源包括超声换能器和/或机械振动器。
在一些实施例中,所述第一剪切波和所述第二剪切波包括与所述第一和剪切波的方向正交的位移。
根据一些实施例,提供了一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的计算机程序产品。所述计算机程序产品包括具有计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读介质,所述计算机可读程序代码包括被配置为执行以下操作的计算机可读程序代码:在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲;接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号;以及基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
根据一些实施例,提供了一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的超声系统。该超声系统包括超声换能器阵列和配置为控制超声换能器阵列的控制器。所述控制器包括:剪切波发生器,被配置为在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;信号分析仪,被配置为:在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲,接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号,以及基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
附图说明
并入在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例,并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1是根据一些实施例的超声系统、方法和计算机程序产品的示意图。
图2是示出根据一些实施例的操作的流程图。
图3是根据一些实施例的线性超声换能器阵列。
图4是根据一些实施例的二维超声换能器阵列。
图5是根据一些实施例的具有中央跟踪换能器的环形超声换能器阵列。
图6A是根据一些实施例的模拟数据的曲线图,其示出了根据于超声激发源的数量的位移值。
图6B是根据一些实施例的图6A的模拟数据的曲线图,其示出了根据于超声激发源的数量的信噪比。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图和示例描述本发明,在该附图和示例中示出了本发明的实施例。然而,本发明可以以许多不同的形式具体实施,并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反,提供这些实施例是为了使本发明全面和完整,并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。
相同的标号始终表示相同的元素。在附图中,为了清楚起见,可夸大某些线、层、组件、元素或特征的厚度。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的,并不意图限制本发明。如本文所使用,单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式,除非上下文另有明确说明。将进一步理解,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但不排除存在或添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元素、组件和/或其群组。如本文所使用,术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。如本文所用,诸如“在X和Y之间”和“在约X和Y之间”的短语应该被解释为包括X和Y。如本文所使用,诸如“在约X和Y之间”的短语表示“在约X和约Y之间”。如本文所用,诸如“从约X到Y”的短语表示“从约X到约Y”。
除非另外定义,否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解,诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义,并且不应被解释为理想化或过于正式的意义,除非在本文明确定义。为了简洁和/或清楚起见,可能未详细描述众所周知的功能或构造。
将理解,当一个元素被称为“在另一元素上”,“附接”到,“连接”到,“联接”到,“接触”等另一个元素时,它可以直接在另一元素上,附接到,连接到,联接或接触其它元素或者也可以存在中间元素。相反,当一个元素被称为例如“直接在另一个元素上”,“直接附接”到,“直接连接”到,“直接联接”到或“直接接触”另一个元素时,不存在中间元素。本领域技术人员还将理解,对与另一特征“相邻”设置的结构或特征的用可具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。
在本文中可以使用空间相对术语,诸如“在…下”、“在…下面”、“下”、“在…上”、“上”等,以便于描述来描述如图所示的一个元素或特征与另一个(多个)元素或特征的关系。将理解,空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的除了图中所示的方位之外的不同方位。例如,如果图中的装置被反转,则被描述为在其它元素或特征“下”或“下方”的元素将被定向为“在其它元素或特征上”。例如,术语“在…下”可以包括“在…上”和“在…下”的方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位),并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。类似地,除非另有明确说明,否则本文使用术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等仅用于说明的目的。
将理解,虽然本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元素,但是这些元素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。因此,在不脱离本发明的教示的情况下,下面讨论的“第一”元素也可以称为“第二”元素。除非另有明确说明,否则操作顺序(或步骤)不限于权利要求或附图中所示的顺序。
下面参考根据本发明实施例的方法、设备(系统)和/或计算机程序产品的方框图和/或流程图说明来描述本发明。应当理解,方框图和/或流程图图示的每个方框以及方框图和/或流程图图示中的方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机和/或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器,使得经由计算机和/或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在方框图和/或流程图的一个或多个方框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中,该计算机可读存储器可以指示计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式运行,使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现在方框图和/或流程图的一个或多个方框中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可以被加载到计算机或其它可编程数据处理设备上,以使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤,以产生计算机实现的过程,使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在方框图和/或流程图的一个或多个方框中指定的功能/动作的步骤。
因此,本发明可以具体实施为硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)。此外,本发明的实施例可以采用计算机可用或计算机可读非暂时性存储介质上的计算机程序产品的形式,该介质具有具体实施在介质中的计算机可用或计算机可读程序代码以供指令执行系统使用或与之结合使用。
计算机可用或计算机可读介质可以是例如但不限于电子、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容:具有一条或多条电线的电连接、便携式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤和便携式光盘只读存储器(CD-ROM)。
本文参考术语“组织”描述根据本发明的实施例。将理解,术语组织可以包括生物材料,诸如血液、器官、血管和体内发现的其它生物物体。还将理解,根据本发明的实施例可适用于人类以及其它物种。根据本发明的实施例还可以用于对除组织之外的对象进行成像。
将理解,本发明的范围包括例如二维(2D)超声成像和3D(或体积)超声成像。另外,本文描述的超声成像的组件可以封装为单个单元或单独包装并互连以提供本文所述的功能。
通过参考声辐射力成像(ARFI)也描述了根据本发明的实施例,ARFI在例如美国专利No.6,371,912中进行更详细的描述,其全部公开内容以引用方式并入本文中。声辐射力可用于向组织施加力,从而使组织在力的方向上移动和/或产生剪切波。
如本文所使用,“剪切波”是样本位移的一种形式,其中剪切波源(诸如超声能量)在一个方向上发射到样本中并产生延伸的剪切波,该延伸的剪切波在与剪切波源的方向基本正交的另一个方向上传播。由剪切波源引起的位移可以在约0.1μm和约300μm之间的范围内。可以提供其它位移。
术语“到达时间”在本文中是指在对发射信号的发射与对应反射信号的返回之间的测量到的经过时间。到达时间通过常规测量技术测量。
如图1中所示,超声系统10包括控制器20、信号分析仪30和超声换能器阵列40。超声换能器阵列40可以包括位置P1至PN处的多个阵列元素42。阵列元素42被配置为发射和接收超声信号50,并且可以与诸如组织介质60的目标介质接触。如图所示,组织介质60包括目标区域62。超声阵列40可以包括超声阵列元素42,其定义用于沿方向D1发射和接收超声信号的发射/接收位置。在一些实施例中,阵列40可以被配置为发射足够的超声能量(例如,通过向介顾60施加脉冲激发声辐射力),以产生在与D1正交的方向D2上传播的剪切波。阵列40还可以被配置为例如使用ARFI或B模式成像技术询问(interrogate)组织介质60,以在已经施加剪切波激发力之前和/或之后随着时间监测组织。ARFI成像在美国专利No.6,371,912、No.6,951,544和No.6,764,448中进行讨论,其公开内容整体以引用方式并入本文中。在美国专利No.8,118,744和No.6,764,448中讨论了剪切波,其公开内容整体以引用方式并入本文中。超声换能器阵列40可以是配置为产生二维图像的一维阵列,或者超声换能器阵列40可以是配置为产生三维图像的二维阵列。
控制器20可以包括剪切波发生器22,并且信号分析仪30可以包括相长剪切波分析仪32。剪切波发生器22和相长剪切波分析仪32可配置为控制阵列40和/或分析由阵列40接收的回波信号,如本文所述。剪切波发生器22和相长剪切波分析仪32可以包括硬件,诸如控制和/或分析电路,和/或存储在非暂时性计算机可读介质上的软件以用于执行本文所述的操作。
剪切波发生器22和相长剪切波分析仪32可以通过产生和分析相长剪切波来确定样本组织60的目标区域62的机械参数。如图1和图2中所示,剪切波发生器22可以在目标区域62中的第一激发源位置S1(方框100;图2)处产生第一剪切波,并且在目标区域62中的第二激发源位置S2(方框102;图2)处产生第二剪切波。控制器20可以控制阵列40在目标区域62中的第一源激发位置S1和第二源激发位置S2之间的跟踪位置T处发射跟踪脉冲(方框104;图2)。目标区域62中的跟踪位置T处的跟踪脉冲的对应回波信号由阵列40接收(方框106;图2)。相长剪切波分析仪32基于位置T处的回波信号确定目标区域62的至少一个机械参数(方框108;图2)。例如,机械参数可以基于组织的峰值位移的时间、跟踪位置T处的组织位移的位移斜率的偏转和/或来自第一剪切波和第二剪切波的相长剪切波位移的相对或绝对位移幅度。在该配置中,与单个剪切波相比,来自第一剪切波和第二剪切波的相长剪切波可以增加信噪比并提供改进的超声信号。
可以在方框100和102处同时产生剪切波,并且位置T可以与位置S1、S2基本等距,使得剪切波大致同时到达具有均匀组织硬度的组织区域中的位置T。然而,可以使用具有在共同位置的到达时间的两个或更多个相长剪切波的任何合适的配置。例如,可以使用飞行时间信息来选择在位置T处的相长剪切波到达时间的定时和/或选择源激发位置S1、S2的间距,使得不需要跟踪位置T与源激发位置S1、S2的等距间距和同时激发以在跟踪位置T处获得相长或加性的剪切波。
图3示出了包括换能器210的线性阵列的超声阵列200,其包括对应于第一激发位置S1和第二激发位置S2和跟踪位置T的超声换能器。跟踪位置T可以与第一激发位置S1和第二激发位置S2相距基本相同的距离X,使得第一剪切波和第二剪切波在基本相同的到达时间到达跟踪位置T,以便与第一剪切波(在没有第二剪切波的情况下)或第二剪切波(在没有第一剪切波的情况下)的位移相比,该剪切波增大了在到达时间时跟踪位置T处的组织位移。如果跟踪位置T与第一激发位置S1和第二激发位置S2相距基本相同的距离X,如果图1的目标区域62中的组织在源激发位置S1、S2和跟踪位置T之间具有基本恒定的剪切波速度cT的情况下具有基本均匀的刚度和/或距离X足够小,则第一剪切波和第二剪切波通常将在跟踪位置T具有相同的到达时间。例如,在一些实施例中,距离X小于两个剪切波长。位置S1、S2处的剪切波源在共同时间t0处产生第一剪切波和第二剪切波,并且每个剪切波在到达时间t1处到达跟踪位置T。应当理解,图3的配置可以使用超声阵列(诸如图1的阵列40)上的三个超声元素或通过在每个源激发位置S1、S2和跟踪位置T处使用离散活塞来实现。
激发源可以由被间隔开和/被或定时的多个源的任何合适配置提供,使得所得剪切波在跟踪位置处相长地聚集在一起,以增加单独采用的剪切波的各个幅度。跟踪脉冲可用于使用任何合适的技术(包括本领域技术人员已知的SWEI分析技术)确定目标区域62的至少一个机械参数,包括目标区域62的剪切弹性模量、杨氏模量、储能模量动态剪切粘度、剪切波速度和机械阻抗。
另外,应该理解,可以使用两个以上的激发源,诸如图4和图5中所示的矩阵(二维)阵列。此外,激发源可以由一维或二维超声换能器阵列、提供源“环形”的环形或二维矩阵阵列、和/或彼此物理分离的活塞换能器来提供。因此,应该理解,源激发位置S1、S2处的剪切波可以利用超声换能器和/或机械振动器产生。激发源可以发射足以在受关注区域中产生剪切波的位移脉冲。
例如,如图4中所示,图4中示出了超声换能器或活塞元素310的二维超声阵列300,包括对应于剪切波激发源S1、S2、S3和S4以及跟踪位置T的换能器。如图所示,阵列300包括十七个元素210;然而,可以使用成行/列的任何数量的元素。跟踪位置T可以与位置S1、S2、S3和S4相距基本相同的距离,使得剪切波在基本相同的到达时间到达跟踪位置T,以便与单独采用的每个剪切波的位移相比,增大了在到达时间在跟踪位置T处的组织位移。如果跟踪位置T与激发位置S1、S2、S3和S4相距基本相同的距离X,如果组织在基本恒定的剪切波速度情况下具有基本均匀的刚度并且激发位置S1、S2、S3和S4与跟踪位置T之间的距离足够小,则剪切波通常将在跟踪位置T处具有相同的到达时间。位置S1、S2、S3和S4处的剪切波源在共同时间t0处产生四个相应的剪切波,并且每个剪切波在共同到达时间t1处到达跟踪位置T。
如图5中所示,剪切波激发可以由具有位于中心的跟踪换能器或活塞310B的连续环形源超声换能器310A产生。非连续环也可以同与活塞310B的中心跟踪位置基本等距的源一起使用。超声换能器310A处的剪切波源在共同时间t0处从环周围的位置剪切波,并且所得剪切波在共同到达时间t1处到达跟踪位置T。因此,应当理解,可以通过基本连续的环形换能器310产生两个或更多个剪切波,以产生源自环形换能器310周围的连续位置并会聚在跟踪位置T的剪切波。
可以检测跟踪信号和/或可以如本文所述通过受关注区域重复产生剪切波,例如以产生图像。利用插入内部的超声探头阵列或外部施加的超声阵列,可以检测跟踪信号和/或可以如本文所述产生剪切波。在一些实施例中,目标区域可以是活的人体内组织样本;然而,可以使用体外生物材料,诸如工程化组织或水凝胶。
样本的诸如剪切弹性模量、杨氏模量、储能模量动态剪切粘度、剪切波速度和机械阻抗的机械参数可以与健康/患病组织状态的测量相关联,诸如通过使用实际临床数据和已知的健康/患病组织状态。临床数据可以基于其它因素,诸如人口统计信息,例如年龄、性别和种族,以将机械参数的测量值与特定人口统计群组中的健康/患病组织状态的测量值相关联。
在一些实施例中,通过在一段时间内重复对样本进行本文所述的剪切波分析技术,可以根据时间来监测样本的机械参数。健康/患病组织状态确定可以基于根据时间的机械参数变化。例如,可以在几分钟、几小时、几天、几周、几个月甚至几年的时间段内监测机械参数,以确定疾病的进展和/或治疗功效。
在一些实施例中,机械参数可用于形成超声图像,诸如B模式图像或ARFI图像。
在一些实施例中,可以实现信噪比的改进。例如,如图6A至图6B中所示,是中心跟踪位置的位移幅度(图6A)和相关联SNR(图6B)如何根据等距源数量而变化的代表性模拟数据。在该模拟中,将源放置在距中心跟踪位置5mm处,并且使用在与源相同的空间平面中具有0.1mm的半宽全宽(FWHM)的轴对称、高斯分布的几何形状来近似每个源。该材料被建模为纯弹性,杨氏模量为6kPa,并且泊松比为0.495(几乎不可压缩)。每个源的声辐射力施加50μs,并且在中心位置以10kHz的速率跟踪位移达总共20ms。跟踪焦点配置被模拟为焦深为1.25cm的聚焦活塞的跟踪焦点配置。正如预期的那样,位移幅度和相关联的SNR都随着更多的源而增加。虽然10个源可用于模拟,但每个源的物理尺寸预计会对使用的源数量以及它们可以存在的间距有约束条件。源的数量、它们的间距和它们的焦点配置都是可以针对不同临床应用进行优化的参数。
前述内容是对本发明的说明,而不应解释为对其进行限制。虽然已经描述了本发明的一些示例实施例,但是本领域技术人员将容易理解,在实质上不脱离本发明的新颖教示和优点的情况下,在示例实施例中可以进行许多修改。因此,所有这些修改旨在包括在权利要求中限定的本发明的范围内。因此,应理解,前述内容是对本发明的说明,而不应解释为限于所公开的具体实施例,并且对所公开的实施例以及其它实施例的修改旨在包括在所附权利要求的范围内。本发明由以下权利要求限定,权利要求的等效物包括在其中。
Claims (21)
1.一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的方法,所述方法包括:
在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;
在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲;
接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号;以及
基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述相长剪切波位移的所述至少一个参数包括以下至少一项:组织的峰值位移的时间、所述跟踪位置处的组织位移的位移斜率的偏转以及来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的所述相长剪切波位移的相对或绝对位移幅度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述跟踪位置与第一位移位置和第二位移位置基本等距,使得所述第一剪切波和所述第二剪切波在基本相同的到达时间到达所述跟踪位置以产生所述相长剪切波位移,与在没有所述第二剪切波的情况下所述第一剪切波的位移或在没有所述第一剪切波的情况下所述第二剪切波的位移相比,所述相长剪切波位移在所述到达时间在所述跟踪位置处增大了组织位移。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在所述目标区域中的第一位移位置处产生第一剪切波以及在第二位移位置处产生第二剪切波包括:在三个或更多个位移位置处产生三个或更多个剪切波,所述三个或更多个位移位置与所述跟踪位置基本等距。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,确定所述目标区域的至少一个机械参数是基于:分析所述跟踪位置处的回波信号以确定所述剪切波的飞行时间差和/或速度估计。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,第一位移位置和第二位移位置对应于超声阵列元素的位置,所述超声阵列元素发射足以在受关注区域中产生剪切波的位移脉冲。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述跟踪位置对应于发射所述跟踪脉冲并接收所述回波信号的超声阵列元素的位置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述至少一个机械参数包括所述目标区域的剪切弹性模量、杨氏模量、储能模量动态剪切粘度、剪切波速度和机械阻抗中的至少一个。
9.根据前述权利要求中任一项的方法,其中,所述目标区域包括活的人体内组织样本。
10.根据前述权利要求中任一项的方法,其中,所述目标区域包括体外生物材料。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,利用插入内部的超声探头阵列检测所述样本的所述回波信号。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,利用外部应用的超声阵列检测所述样本的所述回波信号。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,利用所应用的剪切波源产生所述第一剪切波和所述第二剪切波,所述剪切波源包括超声换能器和/或机械振动器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述第一剪切波和所述第二剪切波包括与所述第一和剪切波的方向正交的位移。
15.一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的计算机程序产品,所述计算机程序产品包括具有计算机可读程序代码的非暂时性计算机可读介质,所述计算机可读程序代码包括被配置为执行以下操作的计算机可读程序代码:
在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;
在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲;
接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号;以及
基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
16.根据权利要求15所述的计算机程序产品,其中,所述相长剪切波位移的所述至少一个参数包括以下至少一项:组织的峰值位移的时间、所述跟踪位置处的组织位移的位移斜率的偏转以及来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的所述相长剪切波位移的相对或绝对位移幅度。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的计算机程序产品,其中,所述跟踪位置与第一位移位置和第二位移位置基本等距,使得所述第一剪切波和所述第二剪切波在基本相同的到达时间到达所述跟踪位置以产生所述相长剪切波位移,与在没有所述第二剪切波的情况下所述第一剪切波的位移或在没有所述第一剪切波的情况下所述第二剪切波的位移相比,所述相长剪切波位移在所述到达时间在所述跟踪位置处增大了组织位移。
18.一种用于使用相长剪切波位移来确定具有目标区域的样本的机械参数的超声系统,所述系统包括:
超声换能器阵列;
控制器,被配置为控制所述超声换能器阵列,所述控制器包括:
剪切波发生器,被配置为在所述目标区域中的第一激发位置处产生第一剪切波,并且在所述目标区域中的第二激发位置处产生第二剪切波;
信号分析仪,被配置为:在所述目标区域中的位于所述第一激发位置和所述第二激发位置之间的跟踪位置处发射跟踪脉冲,接收所述目标区域中的所述跟踪位置处的所述跟踪脉冲的对应回波信号,以及基于在所述跟踪位置处的来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的相长剪切波位移的至少一个参数来确定所述目标区域的至少一个机械参数,其中所述第一剪切波和所述第二剪切波同时使组织移位。
19.根据权利要求17所述的系统,其中,所述相长剪切波位移的所述至少一个参数包括以下至少一项:组织的峰值位移的时间、所述跟踪位置处的组织位移的位移斜率的偏转以及来自所述第一剪切波和所述第二剪切波的所述相长剪切波位移的相对或绝对位移幅度。
20.根据权利要求17所述的系统,其中,所述跟踪位置与第一位移位置和第二位移位置基本等距,使得所述第一剪切波和所述第二剪切波在基本相同的到达时间到达所述跟踪位置以产生所述相长剪切波位移,与在没有所述第二剪切波的情况下所述第一剪切波的位移或在没有所述第一剪切波的情况下所述第二剪切波的位移相比,所述相长剪切波位移在所述到达时间在所述跟踪位置处增大了组织位移。
21.根据权利要求17所述的系统,其中,所述系统被配置为执行根据权利要求1至14所述的方法。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181109 |
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