CN117897102A - 用于使用超声的反向散射相干的组织分析的方法、系统和计算机程序产品 - Google Patents

用于使用超声的反向散射相干的组织分析的方法、系统和计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的方法、系统和计算机程序产品包含基于所述目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线，所述空间相干曲线包括所述作为样本中深度的函数的相干值；以及响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性。

Description

用于使用超声的反向散射相干的组织分析的方法、系统和计 算机程序产品
优先权要求
本申请要求序列号为17/462548(2021年8月31日提交)的美国专利申请的优先权，其公开内容以其整体通过引用被合并于此。
技术领域
本发明涉及使用超声的反向散射相干的组织分析，并且特别是，涉及使用作为深度的函数的超声的反向散射相干的组织的量化。
背景技术
非酒精性脂肪肝疾病(NAFLD)是慢性分散的肝疾病，这是广泛且愈发普遍的公共卫生问题，带有有害的社会和经济影响。评价肝疾病的当前黄金标准是肝活检。活检研究可用于测量肝脂肪含量、炎症和纤维化。然而，如果存在采样误差，肝活检可能是不准确的，并且对于广泛的使用，它是不可行的(由于它的关联发病率、死亡率和差的患者依从性)。磁共振成像方法在NAFLD的某些组件(component)的表征(characterization)中已经显示了前景(promise)；然而，磁共振成像设施的可用性的缺乏和成本已经限制了它们在患者护理上的影响。
超声的成像，包含基于辐射力的方法，是低成本、更广泛可用的形态(modality)，其现在被使用在NAFLD诊断和分期中。其他常规超声成像(被用于疑似NAFLD的筛查)包含使用超声弹性成像(elastography)(包含应变弹性成像和剪切波弹性成像)评价肝硬度，其使用声辐射力引起的组织移位。然而，超声技术可能是有挑战性的(在肥胖患者和在它的肝脂肪含量的表征和量化中它的困难的情况下)。在带有显著的纤维化的患者中，超声成像技术也可能带来不明确的结果。
发明内容
在某些实施例中，一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的方法包含：基于目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线，空间相干曲线包括作为样本中深度的函数的相干值；以及响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性。
在某些实施例中，样本包括体内(invivo)肝组织，以及属性包括肝健康或脂肪组织的估计。肝健康或脂肪组织的估计可以是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。肝健康或脂肪组织的估计可基于作为体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。在某些实施例中，响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性进一步包括将曲线拟合到肝组织的空间相干曲线，并且所述属性基于实际临床数据的实验模型的已知曲线拟合值与曲线拟合值之间的相关性被确定。肝健康或脂肪组织的估计可包含早期阶段脂肪变性(steatosis)。
在某些实施例中，实际临床数据的实验模型包括高于阈值脂肪变性值的晚期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第一集合，和低于阈值脂肪变性值的早期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第二集合；并且所述方法包含基于超声弹性成像来确定样本是高于还是低于阈值脂肪变性值。
在某些实施例中，如果超声弹性成像指示高于阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的估计基于空间相干曲线的第一集合被确定；并且如果超声弹性成像指示低于阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的估计是基于空间相干曲线的第二集合。
在某些实施例中，一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有在其中实施的计算机可读程序代码的非暂态计算机可读介质，所述计算机可读程序代码包括：配置成基于目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线的计算机可读程序代码，空间相干曲线包括作为样本中深度的函数的相干值；以及配置成响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性的计算机可读程序代码。
在某些实施例中，样本包括体内肝组织，以及属性包括肝健康或脂肪组织的估计。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计基于作为体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。
在某些实施例中，用于响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性的计算机程序可读程序代码进一步包括用于将曲线拟合到肝组织的空间相干曲线的计算机可读程序代码，并且所述属性基于实际临床数据的实验模型的已知曲线拟合值与曲线拟合值之间的相关性被确定。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计包括早期阶段脂肪变性。
在某些实施例中，实际临床数据的实验模型包括高于阈值脂肪变性值的晚期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第一集合，和低于阈值脂肪变性值的早期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第二集合；所述计算机可读程序代码进一步包括用于基于超声弹性成像来确定样本是高于还是低于阈值脂肪变性值的计算机可读程序代码。
在某些实施例中，如果超声弹性成像指示高于阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的估计基于空间相干曲线的第一集合被确定；并且如果超声弹性成像指示低于阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的估计是基于空间相干曲线的第二集合。
在某些实施例中，一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的系统包含：配置成基于目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线的超声换能器阵列，空间相干曲线包括作为样本中深度的函数的相干值；以及配置成响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性的信号分析器。
在某些实施例中，样本包括体内肝组织，以及属性包括肝健康或脂肪组织的估计。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计基于作为体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。
附图说明
被合并到说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据某些实施例的超声系统、方法和计算机程序产品的示意图。
图2-3是根据某些实施例示出操作的流程图。
图4A-4L是根据某些实施例的不同对象的肝组织的轴向滞后一相干(Lag-OneCoherence)曲线。
图5A是根据某些实施例的健康肝的滞后一相干曲线的示例拟合曲线算法。
图5B是根据某些实施例的脂肪肝的滞后一相干曲线(比图5A的健康肝的滞后一相干曲线示出更大斜率)的拟合曲线算法的示例。
图5C是根据某些实施例的推测的健康肝和脂肪肝对象的相干数据的斜率之间的分离的图。
图6是根据某些实施例的不同脂肪浓度的滞后一相干曲线的图。
具体实施方式
本发明现在将在下文中参考附图和示例被描述，其中本发明的实施例被显示。然而，本发明可以在许多不同的形式中被实施，并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例。相反，这些实施例被提供使得本公开将是充分的和完整的，并且将本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。
相似的数字自始至终指代相似的元件。在图中，为了清楚起见，某些线、层、组件、元件或特征的厚度可被夸大。
此处使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在成为本发明的限制。如本文所使用，单数形式“一”(“a”、“an”)和“所述”(“the”)也旨在包含复数形式，除非上下文另有清楚指示。将进一步理解的是：术语“包括”(“comprise”和/或“comprising”)在本说明书中被使用时，指定声明的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或增加。如本文所使用，术语“和/或”包含一个或多个相关联的列出项的任何和所有组合。如本文所使用，诸如“在X和Y之间”和“在大约X和Y间”的短语应被解释为包含X和Y。如本文所使用的，诸如“在大约X和Y之间”的短语意指“在大约X和大约Y之间”。如本文所使用，诸如“从大约X到Y”的短语意指“从大约X到大约Y”。
除非另外被定义，本文所使用的所有术语(包含技术和科学术语)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。将进一步理解的是：术语(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技术的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文确切地这样定义。为了简洁和/或清晰，可以不详细描述公知的功能或构造。
将理解的是：当一元件被称为是“在”另一元件“上”、“附连”到、“连接”到、“耦合”于、“接触”(等)另一元件时，它可以是直接在所述另一元件上、附连到、连接到、耦合于或接触所述另一元件或中介元件也可存在。相反，当一元件被称为例如“直接在”另一元件“上”、“直接附连”到、“直接连接”到、“直接耦合”于或“直接接触”另一元件时，没有中介元件存在。本领域技术人员也将领会到，对“相邻”另一特征所设置的结构或特征的引用可具有与该相邻特征重叠或位于该相邻特征之下的部分。
空间相对术语，诸如“在…下面”、“低于”、“下方”、“在…上面”、“上方”和诸如此类的，为了便于描述，可被使用在本文中以描述一个元件或特征与另一(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系，如图中所示出的。将理解的是：空间相对术语是旨在涵盖除了图中所描绘的定向之外的使用或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置被倒置，被描述为“在”其他元件或特征“下面”或“在”其他元件或特征“下方”的元件将然后被定向为“在”所述其他元件或特征“上面”。例如，术语“在…下面”可涵盖“在…上面”和“在…下面”的定向二者。装置可以以其他方式被定向(旋转90度或以其他定向)，并且本文中使用的空间相对描述词相应地被解释。类似地，术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”和诸如此类在本文中仅用于解释的目的，除非另有明确指示。
将理解的是：尽管术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个。因此，在不偏离本发明的教导的情况下，下面讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件。操作(或步骤)的序列不受限于附图或权利要求中呈现的顺序，除非另有明确指示。
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框图和/或流程图示出来描述本发明。应当理解的是：框图和/或流程图示出的每个框，以及框图和/或者流程图示出中的框的组合，可以通过计算机程序指令被实现。这些计算机程序指令可被提供给专用计算机、通用计算机和/或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由所述计算机和/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框图和/或流程图的框或多个框中指定的功能/动作的部件(means)。
这些计算机程序指令也可被存储在计算机可读存储器中，该存储器可以指导(direct)计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式运作，使得被存储在计算机可读存储器中的指令产生包含实现框图和/或流程图的框或多个框中指定的功能/动作的指令的制造品。
计算机程序指令也可被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以导致一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上被执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现框图和/或流程图的框或多个框中指定的功能/动作的步骤。
相应地，本发明可被实施在硬件和/或软件(包含固件、常驻软件、微代码等)中。此外，本发明的实施例可采取计算机可用或计算机可读非暂态存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有用于由或连同指令执行系统来使用的介质中实施的计算机可用的或计算机可读的程序代码。
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多具体示例(非详尽列表)将包含以下装置：具有一个或多个线缆的电连接、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)、光纤和便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)。
本文参考术语“组织”来描述根据本发明的实施例。将理解的是：术语组织可包含生物材料，诸如血液、器官、血管和在身体中找到的其他生物物体。将进一步理解的是：根据本发明的实施例对人和其他物种都可能是可应用的。根据本发明的实施例也可被利用以成像组织以外的物体。
将理解的是：本发明的范围包含例如二维(2D)超声成像和3D(或体积的)超声成像。此外，本文所描述的超声成像的组件可被包装为单个单元或被分离地包装并相互连接以提供本文所描述的功能。
如图1中所示出的，超声系统10包含控制器20、信号分析器30和超声换能器阵列40。超声换能器阵列40可包含在位置P1到PN处的多个阵列元件42。阵列元件42配置成传送和接收超声信号50，并且可与诸如组织介质60的目标介质接触。如所示出的，组织介质60包含目标区域62。超声阵列40可包含定义传送/接收位置(用于沿方向D1传送和接收超声信号)的超声阵列元件42。在某些实施例中，阵列40可配置成传送充分的超声能量(例如通过应用脉冲激励声辐射力到介质60)以生成在与D1正交的方向D2中传播的剪切波。阵列40也可配置成询问组织介质60(例如使用ARFI或B模式成像技术)以在剪切波激励力已被应用之前和/或之后通过时间来监测组织。ARFI成像在美国专利第6371912号、第6951544号和第6764448号中被讨论，其公开内容以其整体通过引用被合并于此。剪切波在美国专利第8118744号和第6764448号中被讨论，其公开内容以其整体通过引用被合并于此。超声换能器阵列40可以是一维阵列(配置成生成二维图像)或超声换能器阵列40可以是二维阵列(配置成生成三维图像)。
控制器20可包含超声生成器22，用于发送和接收来自换能器阵列40的超声信号，以及信号分析器30可包含相干信号分析器32。超声生成器22和相干信号分析器32可配置成控制阵列40和/或分析通过阵列40被接收的回波信号，如本文所描述。超声生成器22和相干信号分析器32可包含硬件(诸如控制和/或分析电路)和/或被存储在非暂态计算机可读介质上的软件(用于执行本文所描述的操作)。
如图2中所显示，具有目标区域的样本的属性被确定(使用来自超声扫描仪或换能器阵列40的超声数据)以基于目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线(框100)。空间相干曲线包含作为样本中深度的函数的相干值。响应于作为深度的函数的空间相干曲线，样本的属性可被确定(框102)。
在某些实施例中，样本包括体内肝组织，并且属性包括肝健康或脂肪组织的估计。肝健康或脂肪组织的估计可以是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。肝健康或脂肪组织的估计可指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康(基于作为体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值)。例如，如图3中所显示，响应于作为深度的函数的空间相干曲线来确定样本的属性进一步可包含将曲线拟合到肝组织的空间相干曲线(框104)，并且所述属性基于实际临床数据的实验模型的已知曲线拟合值与曲线拟合值之间的相关性被确定(框106)。
任何合适的空间相干值可被使用。在某些实施例中，回波信号可通过带通滤波器被处理以获得带有最高空间相干的频率，并且滤波的频率可被用于包含作为样本中深度的函数的滤波的相干值的特别相干曲线。
在某些实施例中，肝健康或脂肪组织的估计可包含早期阶段脂肪变性。相应地，可相比通过传统超声技术在更早期阶段检测到脂肪变性。
可使用各种类型的实验数据以量化相干数据的斜率曲线，包含用于将斜率曲线相关到脂肪组织百分比或疾病状态的脂肪组织的已知阶段的斜率。数据可以是基于建模技术被计算的或来自活体(live)对象中的实际临床数据。在某些实施例中，实际临床数据的实验模型被使用并且包含高于阈值脂肪变性值的晚期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第一集合，和低于阈值脂肪变性值的早期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第二集合。给定样本是高于还是低于阈值脂肪变性值可基于超声弹性成像被确定。例如，如果超声弹性成像指示高于或低于阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的估计可被确定。
在某些实施例中，基于带有疾病的已知阶段或已知脂肪组织含量的实验模型或组织样本的空间相干曲线，空间相干曲线可被用于估计样本中脂肪组织百分比或估计疾病的阶段(一般地，阶段1-4)。
使用任何合适的空间相干指标，包含但不限于滞后一相干(LOC)、短滞后空间相干(SLSC)、广义相干因子GCF、波束形成器增益、相位相干因子、互易性(reciprocity)方法和角相干方法、空间解相关(decorrelation)可被确定为轴向深度的函数。
例如，范西特-泽尼克定理(VCZ)是来自统计光学的定理，其描述了非相干光源的空间相干。参见J.W.Goodman，Statistical optics.John Wiley&Sons，2015。Mallart和Fink已经将该理论扩展到脉冲回波超声，显示从分散的散射介质(诸如肝组织)回应的反向散射回波的空间相干是焦点处传送强度(intensity)分布的傅立叶变换。参见R.Mallart和M.Fink的“The van Cittert-Zernike theorem in pulse echo measurements”(TheJournal of the Acoustical Society of America，vol.90，no.5，pp.2718{2727，1991)。例如，矩形源在焦深处产生sinc传送强度分布，由此预测三角空间相干底层(prole)。在脉冲回波超声中，该空间相干可被计算，通过测量由变化数量的通道(称为滞后)分离的通道对之间的平均正常化交叉相关性。来自通道i和i+m的高斯零均值复回波信号S之间的正常化空间相干R，带有元素分离(element separation)m，可被表达为
其中，<+>代表期望值，并且*代表复共轭。
交叉相关性的期望值可被修改以计及加性(additive)噪声的存在，如
其中，Ni和Ni+m代表通道i和i+m的加性噪声。
让ψN和ψs和分别代表噪声和通道信号的功率，并且信号对噪声比(SNR)是被定义为ψs/ψN。假设不相关的噪声N，组合的信号和噪声的空间相干的表达式可以按照信号对噪声比和无噪声空间相干Rx[m]被重写，其中
等式3显示，空间非相干杂波的影响是在滞后0和1之间来引入阶跃不连续性，其对总相干函数的相对贡献是通过通道SNR的非线性缩放(scaling)被确定的。因此，滞后1处的空间相干(此处称为滞后一相干或LOC)是信号中的非相干噪声功率的间接(indirect)指标。超声信号中非相干噪声的主要来源是来自层结构的回响(reverberation)和来自声速不均匀性的波前失真(像差)。在不希望要被通过任何特定理论界定(bound)的情况下，当前相信的是，由于肝组织和脂肪之间的声速和声阻抗中的差异，脂肪肝可从回响和像差二者中生成增加的非相干噪声。
仿真工具Fullwave(由Pinton等人开发)被用于生成由通过脂肪介质的声学传播产生的反向散射回波的RF数据。该软件工具可以容纳声学参数(包含声速、密度、非线性度和密度)的任意映射。对于肝和脂肪组织二者，这些声学参数已经被实验性测量。这些声学映射的值可以被调谐以模拟带有不同大小、浓度和分布的脂肪滴的均匀的肝。这允许对于肝脂肪变性的不同程度和表现的仿真。然后，孔径域(aperture domain)中的空间解相关可以通过各种空间相干指标被评估，包含但不限于滞后一相干(LOC)、短滞后空间相干(SLSC)、广义相干因子GCF、波束形成器增益、相位相干因子、互易性方法(参见NickBottenus，Kutay FIEEE Trans Ultrason FerroelectrFreq Con 2015May；62(5)：852-61)和角相干方法(参见J Acoust Soc Am2017Mar；141(3)：1582)。此外，相位像差和回响杂波的相对贡献可从空间相干曲线被解析，使用由Walker和Trahey引入的对于由非相干噪声和像差引入的失真的理论。参见W.F.Walker和G.E.Trahey“Speckle Coherenceand Implications for Adaptive Imaging”(Journal of the Acoustical Society ofAmerica，vol.101，no.4，pp.1847{1858，1997，issn：0001-4966.doi:https://doi.org/ 10.1121/1.418235)。
在某些实施例中，基于组织(“目标区域”)中超声反向散射数据的一个或多个空间相干曲线(其包含作为深度的函数的相干值)可被用来估计肝健康。然而，应当理解的是：本文所描述的空间相干曲线可组合于其他数据，包含额外的超声的弹性成像方法，其可以改进纤维化评估并增加在检测后期(advanced)纤维化中的特异度(specificity)和敏感度(sensitivity)。常规超声一般利用图像亮度来检测脂肪变性，但这是一种主观的测量，并且对早期疾病阶段可能是不敏感的。通过增加脂肪变性的量化测量到超声的成像研究，诸如本文所描述的空间相干曲线，更好地区别(discriminate)NASH与SS以及更好地检测NAFLD的早期阶段可以是可能的。在某些实施例中，100％敏感度和91％特异度可被取得。
肝空间相干
超声扫描被用来生成空间相干曲线(基于带有推测的健康肝的对象的超声反向散射数据)以测量肝空间相干。数据也从带有已知脂肪肝疾病的两位对象被获取。在图4A-4L中显示了每个对象的作为轴向深度的函数的轴向LOC曲线。在推测的健康肝中，由于来自腹壁(abdominal wall)的噪声和聚焦误差，存在抑制的(suppressed)相干的初始区域，随后恢复到高且相对稳定的渐近(asymptotic)LOC值，例如，对于大于约4cm至6cm的轴向深度。然而，在带有已知脂肪肝疾病的两位患者中，LOC曲线的深度依赖性与推测的健康肝是可测量地(measurably)不同。在带有已知脂肪肝疾病的患者中，LOC曲线在深度的较低值处达到最大，并且随后随着深度而减少。在疑似正常患者中，空间相干在轴向范围内保持相对稳定。在两位脂肪肝患者中，作为深度的函数的减少的相干的LOC曲线模式在多次独立获取各处是一致的，并且在任何推测的健康对象中被询问的所有声学窗口(包含肋下和肋间定位二者)上，是没有被观察到。带有已知脂肪肝疾病的两位患者的LOC曲线是图4C和4L，其示出作为深度的函数的减少的相干的模式。
脂肪变性量化的指标是作为深度的函数的LOC的最佳拟合的线的斜率，在LOC超过最大值的95％处的轴向深度处开始并扩展额外的2.5cm被计算。图5A示出对于推测的健康的志愿者对象拟合的曲线的示例。拟合的曲线如所示出的具有0.0037的斜率。尽管图5A的拟合曲线是在2.5cm的区域上示出的，应当理解的是：其他区域也可以被选择。例如，可通过横向平均均匀肝组织的手动选择的区域来创建拟合曲线。脂肪肝的对应的拟合曲线被显示在图5B中。
脂肪肝和推测的健康对象的斜率之间的分离被论证(通过仅12个对象)。相比较于具有中心围绕零的斜率的推测的健康对象，脂肪肝对象显示大的负斜率。在数据的许多采集各处，结果是一致的，并且尽管数量有限，患者组代表了大范围的患者年龄和身体体质(habitus)类型。图5C中显示脂肪肝对象和推测的健康对象的斜率之间的分离。平均斜率在推测的健康对象中是-0.0015±0.0164。平均斜率在脂肪肝对象中是更大得多的负斜率-0.0992±0.0448。
仿真
有限差异声学仿真工具FullwaveTM被用来复制(replicate)对于不同脂肪浓度在体内所看到的轴向LOC值的模式。特别是，相比较于均匀的状况，脂肪肝状况显示较低的峰LOC值和在峰之后较锋利的向下斜率。额外地，在脂肪的不同浓度之间的曲线斜率中，存在可辨的(discernible)差异，其指示脂肪变性的不同阶段可被估计。在某些实施例中，量化或估计脂肪的浓度(基于轴向LOC曲线)可被取得。
仿真被执行在谐波成像模式中，使用4.7MHz频率带有80％带宽，这是匹配于那些被用以收集体内数据的传送状况。随着脂肪百分比从5％增加到40％，曲线到达较低的峰并且具有较陡的向下斜率。相比较于20％和50％的状况，70％脂肪状况显示峰LOC中带有较浅斜率的增加。额外的研究可确定为什么更多负斜率和较低的LOC值的趋势没有发生(对于模拟中70％脂肪状况)。然而，对于高的脂肪含量，肝可能是更均匀的(由于脂肪的非常高的百分比)。
图6是不同脂肪浓度的轴向LOC的图。LOC值通过5λ内核被计算，并且0.5cm平滑滤波器被应用到由此生成的线。这些趋势复制体内所看到的，带有较低的LOC值，这些值具有作为到组织中的深度或轴向距离的函数的更陡的向下斜率，指示增加的脂肪肝状况。
相应地，对于带有脂肪的非常高百分比的肝，可使用对肝脂肪百分比的估计的调整，诸如组合LOC值的斜率与其他数据(诸如被用于筛查疑似NAFLD的常规超声成像)包含使用超声弹性成像(包含应变弹性成像和剪切波弹性成像)来评价肝硬度，其使用声辐射力引起的组织移位。除了弹性成像方法之外，估计脂肪含量的其他常规超声方法包含声速、被控制的衰减参数和反向散射亮度的估计。例如，如果筛查疑似NAFLD的常规超声成像指示NAFLD的高的可能性，相干值的斜率之间的不同关系可被使用。可能与相干曲线组合的其他数据包含基波或谐波成像或超声成像技术的组合。此外，非超声数据(诸如体重指数、MRI扫描和肝血测试或检测组合)也可被组合到本文所描述的相干曲线。
在某些实施例中，带有较小脂肪百分比的早期阶段脂肪变性可被检测(基于LOC曲线的斜率)。肝健康或脂肪组织的估计可以是基于包含肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。例如，低至5％和30％之间(或阶段1NAFLD)的肝脂肪分数(fractions)可被检测。然而，脂肪分数的更高百分比(大于30％、或大于50％)也可被检测(基于与诸如常规超声成像数据的其他NAFLD评价数据组合的或单独的LOC曲线的斜率)。
在某些实施例中，患者可以被筛查(使用常规NAFLD检测方法，其在检测晚期阶段脂肪变性中是通常有用的)。如果脂肪变性的晚期阶段没有被检测到，然后LOC曲线的斜率可被用于检测或评价患者具有早期阶段脂肪变性(诸如脂肪百分比低于30％、低于40％或低于50％)的概率。
在某些实施例中，LOC数据可被相关于肝脂肪含量、肝肝硬度、和/或肝衰减(通过使用活检衍生的(biopsy-derived)炎症、纤维化和脂肪含量的测量)。活检数据可被确定(例如，使用METAVIR评分，其可被用于在正常肝(阶段0)和肝硬化之间进行区分。其他超声衍生的(ultrasound-derived)参数(诸如剪切速度、衰减、反向散射强度和轴向空间相干轮廓(profile))也可被使用。超声指标的患者体内的(intra-patient)多变性也可被计算。患者的BMI、腹部厚度(来自超声)、年龄和性别也可被使用。
尽管当前发明的实施例是相对于线性拟合曲线被描述的，可以使用其它类型的曲线拟合，诸如高阶多项式的、指数的和对数的拟合。任何合适的曲线拟合可被用于相关于或估计肝健康或肝指标(诸如脂肪变性的阶段或脂肪百分比)。各种指标(诸如峰LOC和斜率)可被使用和被相关于已知的参数，诸如脂肪含量和METAVIR评分或常规超声相关的指标。
在某些实施例中，肝脂肪含量的估计或肝健康的其他估计(使用常规技术)和相干数据的相关性可被用来开发数据库或其他参数以估计肝脂肪含量、脂肪变性或肝健康的其他指标(通过与诸如非侵入性确定数据的其他数据相组合地或单独地使用LOC数据)。
在某些实施例中，血管和肝包膜附近的相干伪影或其他状况可被使用以避免特定数据集或以向用户或健康护理专业人员发信号通知：不同的数据集(诸如来自肝的不同区域)应被获取。
空间相干数据数据可被组合于常规超声测量组合以确定肝脂肪的测量，包含样本的(一个或多个)机械参数(诸如剪切弹性模量、杨氏模量、储能模量动态剪切粘度、剪切波速度与机械阻抗)，其可被相关于健康/患病的组织状态的测量，诸如通过使用实际临床数据和已知的健康/患病的组织状态。临床数据可以是基于其他因子(诸如人口统计信息，例如年龄、性别和种族(race))以相关(一个或多个)机械参数的测量与特定人口统计的组中的健康/患病的组织状态的测量。
在某些实施例中，组织的健康的估计可以被监测为时间的函数(通过在一段时间内在对象上重复地执行本文所描述的分析技术)。健康/患病的组织状态确定可以是基于作为时间的函数的空间相干值中的变化。例如，空间相干值可以在几分钟、几小时、几天、几周、几月或甚至几年的时间段内被监测以确定疾病的进展和/或治疗的功效。
空间相干数据可如本文所描述的通过内部插入的超声探针阵列或外部应用的超声阵列被生成。在某些实施例中，目标区域可以是体内人体组织样本；然而，体外生物材料(诸如工程组织或水凝胶)也可被使用。
尽管根据本发明的实施例是相对于滞后一相干(LOC)数据被描述的，应当理解的是：可使用任何合适的相干数据，包含短滞后空间相干(SLSC)、广义相干因子GCF、波束形成器增益、相位相干因子、互易性方法和角相干方法。为了扩展轴向范围(在该范围内空间相干可在没有来自传送聚焦误差的恶化的情况下被计算)，扫频传送焦点或合成传送孔径方法可被使用。
此外，尽管实施例是相对于肝组织被描述的，其他组织样本可被使用。体内和离体样本可被分析。也考虑了非医学应用，诸如在屠宰之前或之后测量牛肉或其他肉的脂肪含量(即大理石花纹的程度)。空间相干曲线可被用于监测或评价其他食物产品，诸如以监测随时间的奶酪的成熟。例如，空间相干曲线可在奶酪制作过程中被测量以确定与奶酪的成熟阶段相关的曲线。前述内容是对本发明的说明并且不应被解释为对其的限制。尽管本发明的一些示例实施例已被描述，本领域那些技术人员将容易领会，在没有实质性偏离本发明的新颖教导和优点的情况下，示例实施例中许多修改是可能的。相应地，所有的此类修改旨在要被包含在如权利要求书中被定义的本发明的范围内。因此，应当理解的是：前述内容是对本发明的说明，并且不应被解释为受限于被公开的具体实施例，以及对被公开的实施例的修改以及其他的实施例旨在要被包含在所附权利要求的范围内。本发明通过随附权利要求与其中要被包含的权利要求的等同物被定义。

Claims (20)

1.一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的方法，所述方法包括：
基于所述目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线，所述空间相干曲线包括作为所述样本中深度的函数的相干值；以及
响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述样本包括体内肝组织，以及所述属性包括肝健康或脂肪组织的估计。
3.如权利要求2所述的方法，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。
4.如权利要求3所述的方法，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计基于作为所述体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。
5.如权利要求4所述的方法，其中，响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性进一步包括：将曲线拟合到所述肝组织的所述空间相干曲线，并且所述属性基于实际临床数据的所述实验模型的已知曲线拟合值与曲线拟合值之间的相关性被确定。
6.如权利要求5所述的方法，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计包括早期阶段脂肪变性。
7.如权利要求5所述的方法，其中，实际临床数据的所述实验模型包括高于阈值脂肪变性值的晚期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第一集合，和低于所述阈值脂肪变性值的早期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第二集合，所述方法进一步包括基于超声弹性成像来确定所述样本是高于还是低于所述阈值脂肪变性值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，如果所述超声弹性成像指示高于所述阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的所述估计基于空间相干曲线的所述第一集合被确定；并且如果所述超声弹性成像指示低于所述阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的所述估计是基于空间相干曲线的所述第二集合。
9.一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有在其中实施的计算机可读程序代码的非暂态计算机可读介质，所述计算机可读程序代码包括：
配置成基于所述目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线的计算机可读程序代码，所述空间相干曲线包括作为所述样本中深度的函数的相干值；以及
配置成响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性的计算机可读程序代码。
10.如权利要求9所述的计算机程序产品，其中，所述样本包括体内肝组织，以及所述属性包括肝健康或脂肪组织的估计。
11.如权利要求10所述的计算机程序产品，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。
12.如权利要求11所述的计算机程序产品，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计基于作为所述体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。
13.如权利要求12所述的计算机程序产品，其中，用于响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性的所述计算机程序可读程序代码进一步包括：用于将曲线拟合到所述肝组织的所述空间相干曲线的计算机可读程序代码，并且所述属性基于实际临床数据的所述实验模型的已知曲线拟合值与曲线拟合值之间的相关性被确定。
14.如权利要求13所述的计算机程序产品，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计包括早期阶段脂肪变性。
15.如权利要求13所述的计算机程序产品，其中，实际临床数据的所述实验模型包括高于阈值脂肪变性值的晚期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第一集合，和低于所述阈值脂肪变性值的早期阶段脂肪变性所对应的肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的第二集合，所述计算机可读程序代码进一步包括用于基于超声弹性成像来确定所述样本是高于还是低于所述阈值脂肪变性值的计算机可读程序代码。
16.如权利要求15所述的计算机程序产品，其中，如果所述超声弹性成像指示高于所述阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的所述估计基于空间相干曲线的所述第一集合被确定；并且如果所述超声弹性成像指示低于所述阈值脂肪变性值的脂肪变性值，则肝健康或脂肪组织的所述估计是基于空间相干曲线的所述第二集合。
17.一种用于使用来自超声扫描仪的超声数据来确定具有目标区域的样本的属性的系统，所述系统包括：
配置成基于所述目标区域中的超声反向散射数据来生成至少一个空间相干曲线的超声换能器阵列，所述空间相干曲线包括作为所述样本中深度的函数的相干值；以及
配置成响应于作为深度的函数的所述空间相干曲线来确定样本的属性的信号分析器。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述样本包括体内肝组织，以及所述属性包括肝健康或脂肪组织的估计。
19.如权利要求18所述的系统，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计是基于包括肝健康或脂肪组织的临床值的空间相干曲线的实际临床数据的实验模型。
20.如权利要求19所述的系统，其中，肝健康或脂肪组织的所述估计基于作为所述体内肝组织中更大深度的函数的减少的相干值来指示增加的脂肪组织百分比或减少的肝健康。
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