DE102012101312A1

DE102012101312A1 - Viskoelastizitätsmessung unter Verwendung einer amplitudenphasenmodulierten Ultraschallwelle

Info

Publication number: DE102012101312A1
Application number: DE102012101312A
Authority: DE
Inventors: Caroline Maleke; Liexiang Fan; Kevin Michael Sekins; Roee Lazebnik; John Benson
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2032-02-18
Also published as: CN102641137B; FR2971695B1; KR101398948B1; KR20120102510A; US8469891B2; JP2012170823A; DE102012101312B4; CN102641137A; US20120215101A1; FR2971695A1; JP5984417B2

Abstract

Eine viskoelastische Gewebeeigenschaft wird in vivo gemessen (32). Zur Gewinnung von weiteren Informationen und/oder zum Schätzen der Viskosität, des Schubmoduls, und/oder anderer Schubmerkmale wird eine amplituden- und phasenmodulierte Wellenform zu dem Gewebe gesendet (30). Die durch die Wellenform im Zeitverlauf verursachte Verschiebung umfasst Verschiebungen in Zusammenhang mit der Antwort auf verschiedene Frequenzen. Durch Untersuchung der Verschiebung in dem Frequenzbereich können eine oder mehr viskoelastische Eigenschaften für verschiedene Frequenzen berechnet werden (40). Der Frequenzgang kann die Gesundheit des Gewebes anzeigen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich auf Viskoelastizitätsmessungen. Insbesondere wird eine viskoelastische Gewebeeigenschaft in vivo gemessen.
Die Schubmodulmerkmale einer Gewebeprobe können mit einem Rheometer gemessen werden. Ein Rheometer ist eine mechanische Vorrichtung, die in der Lage ist, eine Probe entweder einer dynamischen (z. B. sinusförmigen) oder einer statischen (z. B. linearen) Verformung auszusetzen. Das Rheometer kann den Speicherschubmodul und den Verlustschubmodul für einen Frequenzbereich messen. Der Bereich ist bedingt durch die Materialsteifigkeit begrenzt, wie etwa 1 bis 10 Hz für weiches Gewebe. Für die medizinische Anwendung wird das Gewebe einem Patienten entnommen und in das Rheometer eingelegt. Das Rheometer wird nicht für In-vivo-Messungen verwendet. Die Messungen richten sich nach der Größe und Gestalt der entnommenen Gewebeprobe sowie nach den Randbedingungen, die durch die Entnahme bedingt sind.
Schubmerkmale können in vivo unter Verwendung von Ultraschall gemessen werden. Zum Beispiel wird die Erkennung der Schubgeschwindigkeit in verschiedenen diagnostischen Anwendungen eingesetzt, wie etwa bei der Untersuchung von Lebererkrankungen. Zur Erkennung der Schubwelle wird ein Ultraschallschiebeimpuls (z. B. ein Einzyklus-Impuls) entlang einer Abtastlinie gesendet. Der Schiebeimpuls erzeugt eine Schubwelle, was zur Verschiebung des Gewebes führt. Die Verschiebung wird gemessen. Zur Erkennung der Schubwellengeschwindigkeit werden mehrere Schiebeimpulse entlang der gleichen Abtastlinie und entsprechende Abtastungen zur Verschiebungserkennung verwendet. Diese Schubmessungen können begrenzte Informationen bieten oder vom Kompressionsgrad abhängen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Als eine Einleitung umfassen die unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme zur In-vivo-Messung einer viskoelastischen Eigenschaft von Weichteilen. Zur Erhebung von weiteren Informationen und/oder zur Abschätzung der Viskosität, des Schubmoduls und/oder anderer Schubmerkmale wird eine amplituden- und phasenmodulierte Wellenform zu dem Gewebe gesendet. Die durch die Wellenform im Zeitverlauf verursachte Verschiebung umfasst Verschiebungen, die in Zusammenhang mit der Antwort auf verschiedenen Frequenzen stehen. Durch die Untersuchung der Verschiebung in dem Frequenzbereich können eine oder mehrere viskoelastische Eigenschaften für verschiedene Frequenzen berechnet werden. Der Frequenzgang kann die Gesundheit des Gewebes anzeigen.
In einem ersten Aspekt sind in einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, die Anweisungen darstellen, die von einem programmierten Prozessor zur In-vivo-Messung einer viskoelastischen Gewebeeigenschaft ausführbar sind. Das Speichermedium umfasst Anweisungen zum Senden einer amplitudenmodulierten und phasenmodulierten Wellenform, einschließlich Zyklen in verschiedenen Frequenzen zu verschiedenen Zeitpunkten, wobei die verschiedenen Frequenzen in einem Bereich von Frequenzen liegen und die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform zu dem Gewebe in einem Patienten gesendet wird, zum Berechnen der Gewebeverschiebung als Funktion der Zeit als Antwort auf die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform, wobei die Verschiebung aus Abtastungen des Gewebes berechnet wird, zum Anwenden einer Fourier-Transformation auf die Verschiebung im Zeitverlauf und zum Ermitteln der viskoelastischen Eigenschaft aus einer Fourier-Transformation einer Schubwellengleichung und der Fourier-Transformation der Verschiebung im Zeitverlauf.
In einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur viskoelastischen Messung unter Verwendung von Ultraschall bereitgestellt. Eine amplituden- und phasenmodulierte Ultraschallwellenform wird in vivo in einen Patienten gesendet. Aus dem Schub, der durch die amplituden- und phasenmodulierte Ultraschallwellenform verursacht wird, wird eine viskoelastische Eigenschaft gemessen. Die viskoelastische Eigenschaft wird über einen Bereich von Frequenzen gemessen, der in Zusammenhang mit der amplituden- und phasenmodulierten Ultraschallwellenform steht und unabhängig von einem Grad an Kompression ist, die während des Sendens von außen auf den Patienten angewendet wird.
In einem dritten Aspekt wird ein System zur Berechnung einer Schubwelle unter Verwendung von Ultraschall bereitgestellt. Ein Sendestrahlformer ist betrieblich einsetzbar, um eine amplituden- und phasenmodulierte Wellenform zu erzeugen. Ein Ultraschall-Schallkopf ist so mit dem Sendestrahlformer verbunden, dass der Ultraschall-Schallkopf als Antwort auf die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform akustische Energie zu dem Gewebe in einem Patienten aussendet. Ein Empfangsstrahlformer ist betrieblich einsetzbar, um Daten auszugeben, die räumliche Orte als Funktion der empfangenen akustischen Signale darstellen. Ein Prozessor ist dazu konfiguriert, die Verschiebung des Gewebes im Zeitverlauf als Funktion der ausgegebenen Daten abzuschätzen und Schubinformationen als Funktion der Verschiebung des Gewebes im Zeitverlauf zu berechnen.
Eine Anzeige ist betrieblich einsetzbar, um ein Bild anzuzeigen, das eine Funktion der Schubinformationen ist.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt darf als Einschränkung dieser Ansprüche aufgefasst werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und können später unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander beansprucht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Komponenten und Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen wurde das Gewicht auf die Erklärung der Grundgedanken der Erfindung gelegt. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Referenznummern übereinstimmende Teile in den verschiedenen Ansichten.
1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur In-vivo-Messung einer viskoelastischen Gewebeeigenschaft;
2 ist eine graphische Darstellung einer schubauslösenden Ultraschallsendung;
3 veranschaulicht eine beispielhafte amplituden- und phasenmodulierte Wellenform;
4 zeigt eine Ausführungsform von Abtastungen für die Erkennung der Verschiebung bezüglich der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform von 3;
5 veranschaulicht die relativen Orte eines Schallkopfs zum Auslösen einer Schubwellenfortpflanzung innerhalb des Zielgewebes und Hochfrequenzspulen zur Messung der Verschiebung in einer beispielhaften Magnetresonanz-Ausführungsform; und
6 ist eine Ausführungsform eines Systems zur Schubwellenberechnung unter Verwendung von Ultraschall.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND GEGENWÄRTIG BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mechanische Eigenschaften von Gewebe werden in vivo gemessen. Die Eigenschaften eines Gebildes oder Materials in einem Patienten, wie etwa Weichteile, können gemessen werden. Eine amplitudenmodulierte (AM) und phasenmodulierte (PM) Ultraschallwellenform verursacht eine Verschiebung des Gewebes. Die eine AM-PM-Wellenform produziert eine Schwingung in aufeinanderfolgenden Frequenzen im Innern des Patienten an einem gewünschten Gewebe. Der Schubmodul und die Viskosität des Gewebes werden mit dieser einen Anregung bei verschiedenen Frequenzen gemessen, was eine Messung in weniger als zwei Sekunden erlaubt. Phasenmodulation bei niedrigeren Frequenzen (z. B. 1 bis 100 Hz) kann ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis bieten. Die AM-PM-Wellenform erlaubt das Erfassen von Informationen während oder nach dem Induzieren des Schubs.
Ein rasches und zuverlässiges Verfahren kann die Materialsteifigkeit für verschiedene Frequenzen in einer einzigen Messung beurteilen. Durch die Erhebung von Messwerten für verschiedenen Frequenzen können die daraus hervorgehenden Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften eines Materials (z. B. Gewebe) diagnostische Verfahren ergänzen. Die Erkenntnisse können quantitative Parameter umfassen, wie etwa mechanische Beanspruchung, Viskosität, und/oder Schubmodul. Die quantitativen Parameter sind unabhängig von dem Grad der auf das Gewebe angewandten Kompression, da die Parameter von der Verschiebung abgeleitet sind. Der Frequenzgang kann unabhängig von der Kompression sein. Die Erkenntnisse können qualitative Parameter umfassen, wie etwa Verschiebung. Die Verschiebung kann von einem Grad des auf das Gewebe angewendeten Drucks abhängig sein. Die Erkenntnisse können abgeleitete Informationen umfassen. Die Steigung von Schubmodul gegenüber Frequenz und/oder die Steigung von Viskosität gegenüber Frequenz kann Informationen über die mechanische Gewebeeigenschaft liefern, die in Zusammenhang mit der Gewebepathologie stehen. Die Steigungen sind unabhängig von den Vorkompressionsgraden. Die Messungen können wiederholt werden, um die Genauigkeit zu steigern. Da die Messungen nicht auf eine Kontaktherstellung angewiesen sind, sind die Messungen unabhängig von Randbedingung, Materialgröße und Gestalt.
1 zeigt ein Verfahren für eine viskoelastische Messung unter Verwendung von Ultraschall. Eine Ultraschallstrahlung wird verwendet, um eine Gewebeverschiebung als Antwort auf verschiedene Frequenzen zu erzeugen. Auf diese Weise wird Ultraschall verwendet, um eine viskoelastische Eigenschaft zu berechnen. Das Verfahren wird durch das in 6 gezeigte System oder ein anderes System implementiert. Es können zusätzliche, verschiedene oder weniger Vorgänge bereitgestellt werden. Zum Beispiel wird das Verfahren ohne Vorgänge 38, 42 und/oder 44 durchgeführt. Als weiteres Beispiel wird Vorgang 32 ohne einen oder mehr der Vorgänge 34 bis 40 durchgeführt. Die Vorgänge werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge durchgeführt, können aber in anderen Reihenfolgen durchgeführt werden.
In Vorgang 30 wird eine amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform gesendet. Ein Ultraschall-Schallkopf sendet eine akustische Wellenform aus, die von einer elektrischen Wellenform umgewandelt wurde. Die akustische Energie wird mit der amplitudenmodulierten und phasenmodulierten Wellenform zu dem Gewebe in einem Patienten gesendet. Die Sendung erfolgt in vivo.
Die akustische Wellenform wird gesendet, um eine Schubwelle zu erzeugen. Die Anregung ist ein Ultraschall-Schiebeimpuls. Die akustische Energie wird gebündelt, wodurch sich ein oder mehr Strahlen für jede Sendung ergeben. Die Anregung wird unter Verwendung einer phasengesteuerten Anordnung und/oder eines mechanischen Brennpunkts gebündelt. Die Anregung wird an einem Ort gebündelt, um die Erkennung der sich ergebenden Schubwelle zu ermöglichen, wie zum Beispiel an einem Gewebeort gebündelt, die einen möglichen Tumor umgibt und/oder einen möglichen Tumor umfasst.
Wie in 2 dargestellt, wird die Schubwelle 52 in der Brennregion 50 von dem Schallkopf 54 erzeugt und pflanzt sich von der Brennregion 50 ausgehend in lateraler Richtung weiter fort. Die Pfeile sind in einer Richtung gezeigt (z. B. horizontal), aber die Schubwelle bewegt sich in mehrere verschiedene Richtungen. Die Amplitude der Schubwelle vermindert sich, während die Welle sich durch das Gewebe bewegt.
Zum Erzeugen der Schubwelle sind Anregungen mit hoher Amplitude oder von hoher Kraft erwünscht. Zum Beispiel hat die Anregung einen mechanischen Index von annähernd 1,9, der aber 1,9 nicht überschreitet. Als zurückhaltender Ansatz und um der Sondenvariation Rechnung zu tragen, kann ein mechanischer Index von 1,7 oder ein anderer Wert als Obergrenze verwendet werden. Es kann mehr Kraft (z. B. ein MI von über 1,9) oder weniger Kraft verwendet werden. Das Senden entlang der gleichen oder benachbarten Abtastlinien kann dazu führen, dass die Temperatur des Gewebes im Zeitverlauf ansteigt. Biologische Wirkungen können u. a. sein: Hyperthermie bei einer Gewebetemperatur von etwa 41 bis 45°C, Proteindenaturierung bei Temperaturen über 43 bis 45°C und Gewebenekrose bei Temperaturen über 50°C. Die Gewebesteifigkeit kann sogar bei Temperaturen unter 43 bis 45°C beeinflusst werden. Bei Temperaturen über 43 bis 45°C kann die Viskosität und/oder die Steifigkeit erhöht sein. Bei Temperaturen über 50°C kann das Gewebe eine höhere Steifigkeit und/oder eine hohe Dämpfung aufweisen. Biologische Wirkungen werden begrenzt, indem ein Temperaturanstieg von mehr als 2 Grad Celsius verhindert wird. Ansonsten können die Sendungen biologische Wirkungen auslösen.
Die elektrischen und entsprechenden akustischen Wellenformen umfassen Zyklen in verschiedenen Frequenzen zu verschiedenen Zeitpunkten. Die verschiedenen Frequenzen liegen in einem Bereich von Frequenzen. Der Frequenzbereich kann auf der Grundlage des untersuchten Gewebetyps optimiert werden. So weist zum Beispiel Brustgewebe unter Umständen eine maximale Verschiebungsantwort von 50 Hz auf, und daher umfasst der Bereich 50 Hz. Als weiteres Beispiel sind Tumoren unter Umständen härter als Weichteile, und somit haben sie eine größere Frequenz, bei der die maximale Verschiebungsantwort auftritt. Bei der Tumormessung kann der Frequenzbereich größer sein. In einer Ausführungsform liegt der Frequenzbereich für die Phasenmodulation zwischen 15 und 75 Hz.
Für die Phasenmodulation kann eine beliebige Frequenzvariationsfunktion verwendet werden. Zum Beispiel wird eine Chirp-Frequenzmodulation innerhalb des Bereichs verwendet. 3 zeigt eine Wellenform mit einer amplituden- und phasenmodulierten Hüllkurve. Die Phasenmodulation beginnt bei der niedrigsten Frequenz und wird moduliert oder allmählich verändert bis hin zur höchsten Frequenz in dem Bereich. Es kann auch eine andere Frequenzvariation verwendet werden, wie etwa nicht-linear, zufällig, oder andere Schritte zwischen den verschiedenen Frequenzen in beliebiger Reihenfolge.
Die Amplitudenmodulation ist eine beliebige Funktion. Die Amplitudenmodulation trennt einzelne Frequenzen oder Gruppen von Frequenzen voneinander.
In einer Ausführungsform wird die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform erzeugt, indem ein sinusförmiger Träger (im MHz-Bereich) mit einer sinusförmigen Amplitudenmodulation mit einem phasenvariierenden Term (im Hz-Bereich) multipliziert wird. Die Amplitudenmodulation mit dem phasenvariierenden Term definiert eine Hüllkurve mit Amplituden- und Phasenmodulation. Die Wellenform kann dargestellt werden als: x(t) = Asin(ω_ct) × sin((ω_m + Δω_mt)t) wobei x(t) die Wellenform als Funktion der Zeit ist, A ein Amplitudengewicht ist, ω_c eine Mittenfrequenz oder Trägerfrequenz ist und Δω_m eine Modulationsfrequenz ist, die sich im Zeitverlauf ändert. In einer Ausführungsform variiert ω_m + Δω_m zwischen 15 und 75 Hz, aber es können auch andere Bereiche verwendet werden. 3 zeigt eine Wellenform mit einem Bereich zwischen 15 und 75 Hz.
Die Wellenform weist eine beliebige Zahl von Hüllkurven- und Trägerzyklen auf. In einer Ausführungsform weist die Wellenform genügend Zyklen auf, um 1333 Millisekunden lang zu sein, aber es kann auch eine längere oder kürzere Zeit verwendet werden. Die Zahl der Trägerzyklen beträgt Zehner, Hunderte, Tausende oder mehr. Die Zahl der Hüllkurvenzyklen oder Modulationszyklen beträgt zwei oder mehr.
Die Gewebeantwort ist von der Wellenform, x(t), und von den Gewebemerkmalen abhängig. Die Verschiebung, y(t), des Gewebes im Zeitverlauf kann als eine Faltung der Wellenform, x(t), und der Gewebemerkmale oder Gewebeantwort, h(t), ausgedrückt werden: y(t) = x(t)·h(t). Die Gewebeantwort spiegelt die viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes wider.
In Vorgang 32 werden eine oder mehrere viskoelastische Eigenschaften aus dem durch die amplituden- und phasenmodulierte Ultraschallwellenform verursachten Schub gemessen. Um die viskoelastischen Eigenschaften in Vorgang 32 zu messen, werden die Verschiebung, y(t), des Gewebes im Zeitverlauf als Antwort auf die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform in Vorgang 34 gemessen. Vorgang 32 ist so gezeigt, dass er Vorgänge 34, 36, 38 und 40 einschließt. Es können verschiedene, zusätzliche oder weniger Vorgänge bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen werden andere Prozesse verwendet, um die viskoelastische Eigenschaft zu messen.
In Vorgang 34 wird die Verschiebung als Funktion der Zeit berechnet. Das Gewebe wird mehrere Male abgetastet, um die Verschiebung zu ermitteln, wie etwa ein mindestens dreimaliges Abtasten einer Region zu zwei verschiedenen Zeitpunkten, um die Verschiebung zu ermitteln.
Die Verschiebung des Gewebes erfolgt als Antwort auf die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform. Die durch die Schubwelle verursachte Verschiebung des Gewebes wird im Zeitverlauf ermittelt. Wenn die Schubwelle eine bestimmte Stelle durchläuft, wird das Gewebe um einen Grad oder eine Entfernung verschoben, die sich zu einem Höchstgrad steigert und dann wieder abnimmt, wenn das Gewebe wieder in die Ruheposition zurückkehrt. Da die AM-PM-Wellenform viele Zyklen umfasst, kann das Gewebe fortlaufend verschoben werden. Die Amplitudenmodulation verursacht eine Varianz in der im Zeitverlauf eintretenden Verschiebung, während das Gewebe beginnt, wieder zu einem Normalzustand zurückzukehren, wenn sich die Amplitude verringert. Die Phasenmodulation führt zur Variation des Grads der im Zeitverlauf eintretenden Verschiebung.
Das Gewebe wird unter Verwendung einer beliebigen Bildgebungsmodalität abgetastet, die in der Lage ist, während der Reaktion des Gewebes auf die schiebende Wellenform eine Abtastung auf Verschiebung durchzuführen, wie etwa während oder nach der Anwendung der AM-PM-Wellenform. Die Abtastung findet statt, bevor das Gewebe wieder zu einem entspannten oder normalen Zustand oder zu einer entspannten oder normalen Position zurückkehrt, kann aber Abtastungen des Gewebes zu Zeitpunkten umfassen, zu denen das Gewebe wieder in der Ruheposition ist. Ultraschall und Magnetresonanztomographie sind zwei mögliche Modalitäten zum Berechnen der Verschiebung aus Abtastungen des Gewebes.
Für die Ultraschallabtastung wird die Schubwelle 52 an Orten erkannt, die an die Brennregion für die AM-PM-Wellenform angrenzen und/oder in einem Abstand von dieser angeordnet sind. Zum Erkennen der Verschiebung wird Ultraschallenergie zu dem Gewebe gesendet, in dem eine Verschiebung stattfindet, und dann werden die Echos der Energie empfangen. Zum Erkennen der Gewebeantwort auf Schubwellen in einem Untersuchungsbereich erfolgen Sendungen an andere Brennregionen, und die Erkennung wird um die anderen Brennregionen herum durchgeführt. Diese anderen Sendungen dienen zum Erkennen der Schubwellen, nicht zum Auslösen der Schubwelle. Die Sendungen zur Erkennung können weniger Kraft und/oder kürzere Impulse aufweisen (z. B. 1 bis 5 Trägerzyklen) und die gleiche oder andere Abtastlinie verwenden wie die AM-PM-Wellenform. Die Sendungen zum Erkennen können ein breiteres Strahlenprofil entlang mindestens einer Dimension, wie etwa lateral, aufweisen, um gleichzeitig Empfangsabtastpunkte entlang einer Vielzahl von Abtastlinien bilden zu können. Die Schubwelle kann in einer, zwei oder mehr Richtungen überwacht werden.
Ein Untersuchungsbereich wird überwacht, um die Schubwelle zu erkennen. Der Untersuchungsbereich hat eine beliebige Größe, wie etwa 6 mm in lateraler und 10 mm in axialer Richtung um den Brennpunkt der AM-PM-Wellenform. Diese Erkennungsregion wird mittels Ultraschall überwacht. Zum Beispiel werden B-Mode-Abtastungen durchgeführt, um die durch die Schubwelle verursachte Gewebeverschiebung zu erkennen. Zur Schubwellenüberwachung kann Doppler-, farbkodierter Strömungs- oder ein anderer Ultraschallmodus verwendet werden.
Die Überwachung erfolgt für eine beliebige Zahl von Abtastlinien. Zum Beispiel werden vier Empfangsstrahlen als Antwort auf jede Sendung geformt. Nach dem Senden der Anregung zum Erzeugen der Schubwelle werden wiederholte B-Mode-Sendungen entlang einer oder mehrerer der Sende-Abtastlinien sowie Empfangsvorgänge entlang der entsprechenden Empfangs-Abtastlinien durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird nur ein einzelner Empfangsstrahl geformt oder eine andere Anzahl von Empfangsstrahlen werden als Antwort auf jede Sendung geformt. Manche der Ultraschalldaten, wie etwa am Beginn oder am Ende der Wiederholungen, reagieren unter Umständen nicht auf die Schubwelle.
Das Senden und Empfangen zur Erkennung erfolgt mehrere Male, um eine Veränderung zu ermitteln, die sich aufgrund der Verschiebung im Zeitverlauf ergibt. Es kann eine beliebige Sende- und Empfangssequenz verwendet werden. Die Erkennung der Verschiebung kann mit anderen Abtastungen verschachtelt sein, wie etwa separaten Abtastungen unterschiedlicher Regionen auf Verschiebung.
Das Senden und Empfangen zur Erkennung sind mit der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform verschachtelt. Zum Beispiel werden die Sendung(en) und der Empfang (die Empfangsvorgänge) zum einmaligen Abtasten einer Region jedes Mal durchgeführt, wenn die Amplitudenmodulation Null oder nahezu Null erreicht. Als ein anderes Beispiel ist das Abtasten des Gewebes mit dem regelmäßigen Senden von Vorgang 30 verschachtelt, wie etwa alle 1,67 Millisekunden. Die Verschachtelung vermeidet das Auftreten von Interferenzen, wie etwa ein Anhalten der Amplituden- und Phasenmodulations-Wellenform während der Abtastung, sodass Echos von der Wellenform auf ein Mindestmaß verringert werden. 4 zeigt ein Beispiel für die Verschachtelung von Abtastungen der Ebenen 56 mit der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform. Der Verschachtelungszeitraum kann mehr oder weniger häufig sein. Wenn die Amplituden- und Phasenmodulation nach dem Anhalten für die Verschiebungsabtastung wieder fortgesetzt wird, beginnt die Wellenform von einem Punkt in der Wellenform, an dem das Senden beendet wurde. In alternativen Ausführungsformen erfolgt die Abtastung auf einer anderen Frequenz oder mit einer anderen Kodierung als die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform. Sowohl das Schieben der Wellenform als auch die Abtastung können gleichzeitig erfolgen, und die Frequenz oder die Kodierung wird verwendet, um die Echos voneinander zu unterscheiden.
Die obige Beschreibung betrifft die Tiefe oder den Ort. Die viskoelastische Eigenschaft wird für einen Ort gemessen. Um eine größere Region zu messen, werden die Vorgänge 30 bis 40 für andere Orte wiederholt. Für jeden Empfangsstrahlort wird ein Zeitprofil der Bewegungsinformationen bereitgestellt, das durch die Ultraschalldaten dargestellt wird. Ein separates Zeitprofil wird für jede axiale Tiefe sowie für jeden lateralen Ort bereitgestellt.
Die Verschiebung wird aus den Ultraschall-Abtastdaten berechnet. Das Gewebe bewegt sich zwischen zwei Abtastungen. Die Daten einer Abtastung werden bezüglich der Daten in der anderen Abtastung in eine, zwei oder drei Dimensionen übersetzt. Für jede mögliche relative Position wird ein Grad der Ähnlichkeit berechnet. Der Ähnlichkeitsgrad wird mit Korrelation ermittelt, wie etwa einer Kreuzkorrelation. Eine Mindestsumme absoluter Differenzen oder eine andere Funktion kann verwendet werden. Die räumliche Versetzung mit der höchsten oder ausreichenden Korrelation weist auf Grad und Richtung der Verschiebung hin.
Das Ermitteln der Verschiebungen erfolgt für einen bestimmten Ort zu verschiedenen Zeitpunkten und somit in Verbindung mit sequenziellen Abtastungen. Die Verschiebung wird in Bezug auf einen anfänglichen oder Bezugs-Frame von Abtastdaten ermittelt (d. h. kumulative Verschiebung). Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Verschiebung aus dem unmittelbar vorhergegangenen Frame von Abtastdaten ermittelt wird, sodass der vorhergegangene Frame jeweils auf laufender Grundlage zum Bezugspunkt wird (d. h. inkrementelle Verschiebung). Das Zeitprofil für einen bestimmten Ort zeigt die durch die Schubwelle im Zeitverlauf und als Antwort auf verschiedene Anteile der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform verursachten Verschiebung an.
Für die Abtastung mittels Magnetresonanz wird ein ähnlicher Prozess verwendet. 5 zeigt den Schallkopf 54 beim Senden an eine Brennregion, die zumindest teilweise von einem Magnetresonanztunnel umgeben ist. Der Tunnel umfasst Hochfrequenzspulen. Es wird ein gleichförmiges Magnetfeld erzeugt. Unter Verwendung eines Puls-Hochfrequenz-Gradientenverstärkers werden die Drehungen der Moleküle in den Patienten geändert. Die Spulen dienen zur Erkennung der Änderung, wobei k-Raum-Daten erfasst werden.
Statt der Korrelation zwischen Frames in einer Sequenz wird ein Satz von Verschiebungsdaten im Zeitverlauf erfasst. K-Raum-Magnetresonanzdaten, die das Gewebe des Patienten darstellen, werden zu verschiedenen Zeitpunkten oder in einer Sequenz erfasst. Ein Satz (Bezugssatz) wird erfasst, ohne dass das Gewebe der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform ausgesetzt ist. Ein weiterer Satz wird erfasst, während die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform angewendet wird. Da es keine Interferenz zwischen dem Ultraschall der Wellenform und den k-Raum-Daten gibt, können die Abtastdaten ohne Verschachtelung erfasst werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass eine Verschachtelung verwendet wird. Die Abtastsequenz ist periodisch (z. B. alle 1,67 ms), je nach den Niederamplitudenanteilen der amplitudenmodulierten Wellenform, oder einer anderen Funktion.
Die k-Raum-Daten werden synchronisiert mit einem oder mehreren physiologischen Zyklen erfasst, wie etwa Herz- oder Atmungszyklus. Die Abtastungen der Bezugssequenz werden zu den selben Zeitpunkten im Zyklus erfasst wie der Verschiebungssatz. Während die k-Raum-Daten verwendet werden können, ohne zu einem Bild verarbeitet zu werden, werden in alternativen Ausführungsformen Bilddaten verwendet.
Die Magnetresonanz-Bezugsdaten, die das Gewebe darstellen, während es frei von Antworten auf das Senden ist, wird von den Magnetresonanzdaten subtrahiert, die die Gewebeantwort auf das Senden darstellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Daten, die die Gewebeantwort darstellen, von den Bezugsdaten subtrahiert werden. Die Abtastungen von bezüglich des physiologischen Zyklus ähnlichen Zeitpunkten werden subtrahiert. Die Subtraktion isoliert Differenzen. Da die Schubwelle eine Differenz verursacht, bleibt das versetzte oder verschobene Gewebe übrig, und die anderen Signale heben sich in der Subtraktion auf.
Nach einer Tiefpassfilterung oder einer anderen Verarbeitung werden der Grad, die Richtung oder der Grad und die Richtung der Verschiebung zwischen den sequenziellen Frames ermittelt. Ein Ort, an dem ein Punkt oder eine Region mit maximaler Intensität liegt, wird in den Daten für jeden Subtraktionsdaten-Frame festgestellt. Die Differenz von Orten zwischen den sequenziellen Frames oder zwischen einem anderen Frame und einem Bezugs-Frame wird als die Verschiebung berechnet. Die Verschiebung variiert im Zeitverlauf aufgrund der Differenzen in der amplituden- und phasenmodulierte Wellenform, die zu den verschiedenen Zeitpunkten angewendet wird.
In Vorgang 36 wird die Verschiebung im Zeitverlauf in den Frequenzbereich umgewandelt. Eine Fourier-Transformation wird auf die Verschiebung im Zeitverlauf angewendet. Es kann eine beliebige Transformation verwendet werden. Da die Verschiebung im Zeitverlauf auf die verschiedenen Frequenzen der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform reagiert, stellt die Transformation in den Frequenzbereich verschiedene Antwortstufen als Funktion der Frequenz bereit. Die Fourier-Transformation der Verschiebung, y(t), kann als Y(Ω) dargestellt werden, wobei Ω die Frequenz ist, d. h. die Darstellung der Verschiebung im Frequenzbereich.
Die Transformation der Verschiebung oder Gewebeantwort wird dargestellt als:
In Vorgang 38 wird die Verschiebung im Frequenzbereich gefiltert. Es kann eine beliebige Filterung verwendet werden, wie etwa Bandpassfilterung. Der Frequenzbereich des Bandpassfilters wird je nach dem Frequenzbereich der gesendeten amplituden- und phasenmodulierten Wellenform festgelegt. Die akustische Stärke ist abhängig von der Quadratzahl des Drucks. Infolgedessen beträgt die Verschiebung oder Vibration, die durch die Wellenform induziert wird, das Zweifache der Frequenz der Wellenform. Zum Beispiel umfasst die Wellenform eine Frequenzvariation der Hüllkurve zwischen 15 und 75 Hz, sodass die reagierenden Verschiebungsinformationen zwischen 30 und 150 Hz eintreten. Die Breite des Frequenzbereichs ist das Zweifache des Bereichs der Wellenform, und die niedrigen und hohen Frequenzen im Bereich betragen das Zweifache der niedrigen und hohen Frequenzen des Bereichs der Wellenform. Die Filterung isoliert die Informationen in diesem Bereich oder einem Teilbereich. Frequenzdaten außerhalb des Bereichs werden nicht verwendet, und Daten innerhalb des Bereichs werden verwendet, was zu einer Bandpassfilterung führt. Es können auch eine andere Bandpassfilterung, andere Filterung, andere Verarbeitung oder keine Datenmodifikationsprozesse verwendet werden.
In Vorgang 40 wird die viskoelastische Eigenschaft aus der Fourier-Transformation der Verschiebung im Zeitverlauf ermittelt. Die Schubwelle kann dargestellt werden als:
Es können auch anderen Darstellungen der Schubwelle verwendet werden.
In dem Frequenzbereich wird die Schubwellengleichung dargestellt als:
Diese Gleichung stellt die Fourier-Transformation der Schubwellengleichung dar. Je nach der verwendeten Schubwellendarstellung und Fourier-Transformation können auch andere Darstellungen verwendet werden. Die Terme auf der linken Seite der Gleichung sind bekannt oder gemessen, wie etwa die sich ergebende Bewegung (Verschiebung) im Frequenzbereich, Y(Ω), die in einer Frequenz (ω) gleich dem Zweifachen der AM-PM-Frequenz, z. B. 2 × (15 bis 75 Hz) = 30 Hz bis 150 Hz, schwingt. Die rechte Seite stellt die imaginären und reellen Teile der transformierten Schubwellengleichung dar.
Die viskoelastische Eigenschaft wird aus der Schubwellengleichung in dem Frequenzbereich ermittelt. Ein beliebiger Modul-, Viskositäts- oder Schubwert kann geschätzt werden. Gewebemodulwerte stellen die Härte oder Steifigkeit des Gewebes dar. Zum Beispiel wird der Schubmodul des Gewebes geschätzt. In alternativen Ausführungsformen wird der Elastizitätsmodul geschätzt. In anderen Ausführungsformen werden andere Schubwerte geschätzt, und zwar entweder quantitative oder qualitative Werte.
In einer Ausführungsform wird die Viskosität ermittelt. Die Viskosität wird als Funktion der Ergebnisse der Anwendung der Fourier-Transformation berechnet. Der imaginäre Teil der Fourier-Transformation der Schubwellengleichung kann verwendet werden, um die Viskosität zu ermitteln. Der imaginäre Teil wird durch die Frequenz, ω, dividiert, um die Viskosität zu erhalten. Dies wird dargestellt als:
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform wird der Schubmodul ermittelt. Der Schubmodul wird als Funktion der Ergebnisse der Anwendung der Fourier-Transformation berechnet. Der reelle Teil der Fourier-Transformation der Schubwellengleichung kann verwendet werden, um den Schubmodul zu ermitteln. Der reelle Teil selbst stellt den Schubmodul dar. Dies wird dargestellt als:
Die viskoelastische Eigenschaft, wie etwa die Viskosität oder der Schubmodul, kann über einen Bereich von Frequenzen (w) ermittelt werden. Zum Beispiel liegen die Verschiebungsdaten im Bereich zwischen 30 und 150 Hz. Die Viskosität wird über den gleichen Bereich ermittelt. Die Viskosität für Gruppen von Frequenzen oder für Teilbänder kann gemittelt werden, wie etwa durch Bereitstellen von Werten für jede 5 Hz. Die Eigenschaft wird nur als Antwort auf die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform und Abtastungen des Gewebes während der Anwendung der Wellenform ermittelt. Die sequenzielle Durchführung der Vorgänge 30 bis 40 wird nicht bereitgestellt, kann aber bereitgestellt werden. Durch die Verwendung einer Wellenform mit einem Bereich von Frequenzen kann die frequenzbezogene Antwort des Gewebes während eines kurzen Zeitraums gemessen werden, wie etwa ausreichend zum Verschachteln der Abtastungen und der Sendung der Wellenform.
Die Viskosität und der Schubmodul sind quantitative Eigenschaften. Die Werte sind von einem Grad der angewendeten Kompression unabhängig. Der während des Sendens auf den Patienten ausgeübte Druck von der akustischen Wellenform oder von einer externen Quelle wird nicht benötigt, um quantitative Eigenschaften zu ermitteln. In alternativen Ausführungsformen wird eine qualitative Eigenschaft verwendet, wie etwa die Verschiebung.
In Vorgang 42 wird die Steigung der viskoelastischen Eigenschaft als Funktion der Frequenz festgestellt. Die Eigenschaft als Funktion der Frequenz kann in einem Diagramm dargestellt werden, mindestens über einen Teil oder den gesamten Bereich der Frequenzen (z. B. 30 bis 150 Hz). Eine Linie wird an das Diagramm oder die Daten angepasst, wodurch sich eine Steigung ergibt. Zum Beispiel werden die Steigungen des Schubmoduls und der Viskosität als Funktion der Frequenz ermittelt.
Die Steigung kann die Gesundheit des Gewebes anzeigen oder die Diagnose unterstützen. Zum Beispiel kann gesundes Gewebe eine waagrechtere Viskositätssteigung haben als ein Tumor. Der Frequenzgang des Gewebes kann anzeigen, ob das Gewebe gesund ist oder nicht. Es können auch andere Funktionen der Eigenschaft als Funktion der Frequenz berechnet werden, wie etwa die Varianz, der Grad der Änderung oder die Krümmung.
In Vorgang 44 wird ein Bild erzeugt. Das Bild stellt die Eigenschaft dar. Es kann eine Zahlen- oder Textangabe der Eigenschaft angezeigt werden, entweder bei einer bestimmten Frequenz oder berechnet aus Daten über verschiedene Frequenzen. In anderen Ausführungsformen werden das Diagramm und/oder die Linienanpassung und der Steigungswert ausgegeben. Die viskoelastische Eigenschaft wird dem Anwender in dem Bild mitgeteilt.
Das Bild kann ein Schaubild sein, wie etwa ein Diagramm der Werte als Funktion der Frequenz.
Das Bild kann zusätzlich eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Darstellung der Eigenschaft oder andere Schubinformationen als Funktion von Raum oder Ort umfassen. Zum Beispiel wird die Schubgeschwindigkeit innerhalb einer Region angezeigt. Die Schubgeschwindigkeit moduliert die Farbe für die Pixel (Bildpunkte) in einer Region in einem grauskala-modulierten B-Mode-Bild. Das Bild kann Verschiebungsinformationen, wie etwa Schub, oder Modulen (z. B. die Schubmodulen) für verschiedene Orte darstellen. Das Anzeigeraster kann sich von dem Abtastraster und/oder dem Raster, für das die Verschiebungen berechnet werden, unterscheiden. Farbe, Helligkeit, Luminanz, Farbton oder ein anderes Merkmal wird als Funktion der Schubinformationen moduliert.
Die Vorgänge werden für andere Abtastlinien und/oder andere Tiefen wiederholt. Zum Beispiel werden die Vorgänge 30 bis 40 erneut für jeden Ort in einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen Region durchgeführt.
6 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur Schubwellenberechnung unter Verwendung von Ultraschall. Ultraschall erzeugt eine Schubwelle, und die Abtastdaten, die auf das Gewebe reagieren, das auf den Ultraschall reagiert, werden verwendet, um eine Eigenschaft zu ermitteln. Das System 10 implementiert das Verfahren von 1 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sendestrahlformer 12, einen Schallkopf 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeige 20 und einen Speicher 22. Es können zusätzliche, verschiedene oder weniger Komponenten bereitgestellt werden. Zum Beispiel wird eine Anwendereingabe zum manuellen oder unterstützten Kennzeichnen eines Untersuchungsbereichs bereitgestellt, für welche Schubinformationen gewonnen werden sollen. Als weiteres Beispiel wird ein zusätzlicher HIFU-Schallkopf zur Behandlung des Gewebes bereitgestellt. Das System 10 ist ein medizinisches diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem.
In alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Computerarbeitsplatz (PC), eine sogenannte Workstation, eine PACS-Einrichtung (PACS bedeutet Bildarchivierungs- oder Kommunikationssystem) oder eine andere an einem gleichen Ort befindliche oder über ein Netzwerk verteilte Anordnung zur Echtzeit- oder verzögerten Erfassungs-Bildgebung.
In weiteren alternativen Ausführungsformen ist das System 10 Teil eines Magnetresonanzsystems. Zum Beispiel werden der Sendestrahlformer 12 und der Schallkopf 14 zum Senden der Wellenform bereitgestellt, um die Schubwelle zu erzeugen, aber der Empfangsstrahlformer wird nicht bereitgestellt. Stattdessen werden Magnetresonanzspulen und -magnete, wie etwa in 5 gezeigt, mit dem Prozessor 18, dem Speicher 22 und der Anzeige 20 für Abtastungen bereitgestellt.
Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, ein Speicher, ein Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder eine Kombination derselben. Der Sendestrahlformer 12 ist betrieblich einsetzbar, um Wellenformen für eine Vielzahl von Kanälen mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasenverschiebung zu erzeugen. Nach dem Senden von akustischen Wellen von dem Schallkopf 14 als Antwort auf die erzeugten Wellen werden ein oder mehr Strahlen geformt. Die Wellenformen sind jeweils eine amplituden- und phasenmodulierte Wellenform, aber mit relativen Verzögerungen und Apodisierung, um die gewünschte akustische Wellenform (z. B. siehe 3) in der Brennregion bereitzustellen.
Zum Abtasten der Gewebeverschiebung wird eine Sequenz von Sendestrahlen erzeugt, um eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Es können Sektor-, Vector^®-, lineare oder andere Abtastformate verwendet werden. Die gleiche Region wird mehrmals abgetastet, wie etwa in 4 dargestellt. Die Abtastung durch den Sendestrahlformer 12 ist verschachtelt oder synchronisiert mit dem Senden der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform durch den Sendestrahlformer 12. Die gleichen Elemente des Schallkopfs 14 werden sowohl für die Abtastung als auch für die Erzeugung von Schubwellen verwendet, aber es können verschiedene Elemente, Schallkopf und/oder Strahlformer verwendet werden.
Der Schallkopf 14 ist eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionale Anordnung von piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Alternativ wird ein einzelnes Element mit einem mechanischen Brennpunkt bereitgestellt. Der Schallkopf 14 umfasst eine Vielzahl von Elementen für das Umformen zwischen akustischen und elektrischen Energien. Zum Beispiel ist der Schallkopf 14 eine eindimensionale PZT-Anordnung mit etwa 64 bis 256 Elementen.
Der Schallkopf 14 steht in Verbindung mit dem Sendestrahlformer 12, um elektrische Wellenformen in akustische Wellenformen umzuwandeln, und steht in Verbindung mit dem Empfangsstrahlformer 16, um akustische Echos in elektrische Signale umzuwandeln. Der Schallkopf 14 sendet akustische Energie mit einer amplituden- und phasenmodulierten Wellenform aus. Die Wellenform hat ihren Brennpunkt in einem zu untersuchenden Gewebebereich oder Gewebeort im Patienten. Die akustische Wellenform wird als Antwort auf die Anwendung der elektrischen Wellenform auf die Elemente des Schallkopfs erzeugt.
Für die Abtastung mittels Ultraschall zur Erkennung einer Verschiebung sendet der Schallkopf akustische Energie und empfängt Echos. Die Empfangssignale werden als Antwort auf die Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Schallkopfs 14 auftrifft.
Der Empfangsstrahlformer 16 umfasst eine Vielzahl von Kanälen mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasendrehern und einen oder mehr Summierer. Jeder Kanal steht in Verbindung mit einem oder mehr Schallkopf-Elementen. Der Empfangsstrahlformer 16 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisierung an, um einen oder mehr Empfangsstrahlen als Antwort auf jede Sendung zur Erkennung zu formen. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt Daten aus, die unter Verwendung der empfangenen akustischen Signale räumliche Orte darstellen. Die Strahlformung wird durch relative Verzögerungen und/oder Phasenverschiebung und Summierung von Signalen aus verschiedenen Elementen bereitgestellt. In alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zum Erzeugen von Abtastpunkten unter Verwendung der Fourier- oder anderer Transformationen.
Der Empfangsstrahlformer 16 kann einen Filter umfassen, wie etwa einen Filter zum Isolieren von Informationen auf einem zweiten harmonischen oder anderen im Verhältnis zu dem Sende-Frequenzband stehenden Frequenzband. Derartige Informationen umfassen eher Informationen über das gewünschte Gewebe, Kontrastmittel und/oder die Strömung. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und einen Filter oder Addierer. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen sind kombiniert, um Informationen auf einem gewünschten Frequenzband zu isolieren, wie etwa einem zweiten harmonischen, kubischen Grundfrequenz- oder anderem Band.
Der Empfangsstrahlformer 16 gibt summierte Strahlendaten aus, die räumliche Orte darstellen. Es werden Daten für einen einzelnen Ort, Orte entlang einer Linie, Orte für ein Gebiet oder Orte für ein Volumen ausgegeben. Es kann eine dynamische Fokussierung bereitgestellt werden. Die Daten können unterschiedlichen Zwecken dienen. Zum Beispiel können für B-Mode- oder Gewebedaten andere Abtastungen durchgeführt werden als für die Schubwellenerkennung. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die B-Mode-Daten ebenfalls zum Ermitteln der durch eine Schubwelle verursachten Verschiebung verwendet werden.
Der Prozessor 18 ist ein B-Mode-Detektor, ein Doppler-Detektor, ein gepulster Doppler-Detektor, ein Korrelationsprozessor, ein Fourier-Transformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, ein Field Programmable Gate Array, ein digitaler Signalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen derselben oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zur Erkennung und Verarbeitung von Informationen aus strahlengeformten Ultraschallabtastpunkten.
In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 18 einen oder mehr Detektoren und einen separaten Prozessor. Der separate Prozessor ist ein Steuerprozessor, ein allgemeiner Prozessor, ein digitaler Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein Field Programmable Gate Array, ein Netzwerk, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren, ein Datenpfad, Kombinationen derselben oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Ermitteln von Verschiebung und Berechnen von Gewebeeigenschaften. Zum Beispiel führt der separate Prozessor eine beliebige Kombination einer oder mehrerer der in 1 gezeigten Vorgänge durch. Der Prozessor 18 ist durch Software und/oder Hardware zum Durchführen der Vorgänge konfiguriert.
In einer Ausführungsform schätzt der Prozessor 18 die Gewebeverschiebung im Zeitverlauf als Funktion der vom Empfangsstrahlformer 16 ausgegebenen Daten. Die Verschiebungen werden als ein Profil oder als Daten geschätzt, die eine Kurve der Größenordnung der Verschiebung als Funktion der Zeit darstellen. Das Verschiebungsprofil kann gewonnen werden, indem der Grad der Ähnlichkeit korreliert oder auf andere Weise ermittelt wird, der zwischen den Bezugsdaten und den während des Sendens der amplituden- und phasenmodulierten Schiebe-Wellenform gewonnenen oder damit verschachtelten Daten besteht.
Der Prozessor 18 ist zum Umwandeln der Verschiebung des Gewebes im Zeitverlauf zum Frequenzbereich konfiguriert. Eine Fourier-Transformation, wie etwa die schnelle Fourier-Transformation, wird auf die Verschiebungsdaten angewendet.
Der Prozessor 18 ist zum Berechnen der Schubinformationen als Funktion der Verschiebung des Gewebes im Zeitverlauf konfiguriert. Zum Beispiel wird eine Schubgeschwindigkeit aus der Verschiebung im Zeitverlauf berechnet. Die Geschwindigkeit wird durch den Grad der Verschiebung, dividiert durch die Zeit, bereitgestellt. In einer Ausführungsform berechnet der Prozessor 18 die Viskosität als Funktion der Frequenz oder bei einer Frequenz. Die Viskosität wird aus der Verschiebung in dem Frequenzbereich berechnet. Die transformierte Verschiebung wird verwendet, um die Viskosität in Anhängigkeit von der Frequenz zu ermitteln. Die Frequenzen liegen in einem Bereich, der in Zusammenhang mit der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform steht. Die Viskosität auf einer Frequenz, eine durchschnittliche Viskosität oder Viskositäten bei verschiedenen Frequenzen werden in dem Frequenzbereich unter Verwendung einer Schubdarstellung berechnet, können aber auch alternativ im Zeitbereich berechnet werden. Der Prozessor 18 kann andere Eigenschaften berechnen, wie etwa den Schubmodul.
Der Prozessor 18 erzeugt Bild- oder Anzeigewerte, die von der viskoelastischen Eigenschaft auf der Anzeige 20 abgebildet werden. Zum Beispiel wird die Schubviskosität, der Schubmodul oder ein anderer Wert ermittelt. Eine Text- oder Zahlenangabe der Eigenschaft wird dem Anwender angezeigt. Ein Schaubild der Viskosität oder einer anderen Eigenschaft im Zeitverlauf oder Frequenzverlauf kann angezeigt werden. In einer Ausführungsform passt der Prozessor 18 der Eigenschaft eine Gerade als Funktion der Frequenz an, und die Steigung wird als Wert oder graphisch anzeigt.
In zusätzlichen oder alternativen Ausführungsformen werden die Schubinformationen in Abhängigkeit vom Ort angezeigt. Die Größenordnung der Schubwerte moduliert die Farbe, den Farbton, die Helligkeit und/oder andere Anzeigemerkmale für die verschiedenen Pixel, die eine Geweberegion darstellen. Der Prozessor 18 ermittelt einen Pixelwert (z. B. RGB) oder einen Skalarwert, der in einen Pixelwert umgewandelt wird. Das Bild wird als Skalar- oder Pixelwerte erzeugt. Das Bild kann an einen Videoprozessor, eine Nachschlagetabelle, eine Farbkarte oder direkt an die Anzeige 20 ausgegeben werden.
Der Prozessor 18 wird entsprechend den Anweisungen betrieben, die im Speicher 22 oder einem anderen Speicher gespeichert sind. Die Anweisungen konfigurieren den Prozessor 18 zum Betrieb, indem diese geladen und/oder ausgeführt werden. Der Prozessor 18 ist zur In-vivo-Messung einer viskoelastischen Gewebeeigenschaft programmiert. Der Speicher 22 ist ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zum Implementieren der im vorliegenden Dokument besprochenen Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder den Speichern, wie etwa einem Cache, Puffer, RAM, Wechselmedium, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien, bereitgestellt. Die computerlesbaren Speichermedien umfassen verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben, die in den Figuren veranschaulicht oder im vorliegenden Dokument beschrieben sind, werden. als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ des Anweisungssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einer Wechsel-Speichermedieneinrichtung gespeichert, um von lokalen oder fernen Systemen gelesen werden zu können. In anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem fernen Ort gespeichert, um sie über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen zu übertragen. In noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen in einem bestimmten Computer, einer CPU, GPU oder einem System gespeichert.
Die Anzeige 20 ist eine Kathodenstrahlröhre, ein LCD-Bildschirm, ein Projektor, ein Plasmabildschirm oder eine andere Anzeige zum Anzeigen von zweidimensionalen Bildern oder dreidimensionalen Darstellungen. Die Anzeige 20 zeigt ein oder mehrere Bilder an, die Schubinformationen darstellen. Das Bild ist ein Schaubild, eine numerische, Text- und/oder zweidimensionale Darstellung einer Region. Zum Beispiel wird ein Viskositätswert oder ein Schaubild der Viskosität als Funktion der Frequenz als das Bild angezeigt.
Während die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die obige detaillierte Beschreibung als erläuternd und nicht als Einschränkung betrachtet wird, und dass verstanden wird, dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente sind, die bezwecken, den Erfindungsgedanken und den Umfang dieser Erfindung zu definieren.

Claims

Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Daten, die durch einen programmierten Prozessor (18) ausführbare Anweisungen für die In-vivo-Messung (32) einer viskoelastischen Gewebeeigenschaft darstellen, wobei das Speichermedium Anweisungen umfasst zum: Senden (30) einer amplitudenmodulierten und phasenmodulierten Wellenform, die Zyklen in verschiedenen Frequenzen zu verschiedenen Zeitpunkten einschließt, wobei die verschiedenen Frequenzen in einem Bereich von Frequenzen liegen, wobei die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform zu dem Gewebe in einem Patienten gesendet wird; Berechnen (34) der Gewebeverschiebung als Funktion der Zeit als Antwort auf die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform, wobei die Verschiebung aus Abtastungen des Gewebes berechnet wird; Anwenden (36) einer Fourier-Transformation auf die Verschiebung im Zeitverlauf; und Ermitteln (40) der viskoelastischen Eigenschaft aus einer Fourier-Transformation einer Schubwellengleichung und der Fourier-Transformation der Verschiebung im Zeitverlauf.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform eine Chirp-Frequenzmodulation innerhalb des Bereichs umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform einen sinusförmigen Träger umfasst, der mit einer sinusförmigen Amplitudenmodulation mit einem phasenvariierenden Term multipliziert wird.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Berechnen (34) der Verschiebung das Abtasten des Gewebes mit Ultraschall, verschachtelt mit dem Senden (30), und das Berechnen (34) der Verschiebung des Gewebes zwischen den Abtastungen als Funktion der Korrelation zwischen Daten aus den Abtastungen umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Berechnen (34) der Verschiebung umfasst: das Erfassen von k-Raum-Magnetresonanzdaten, die das Gewebe zu verschiedenen Zeitpunkten darstellen, während das Gewebe auf das Senden (30) reagiert, das Subtrahieren der k-Raum-Magnetresonanz-Bezugsdaten, die das Gewebe darstellen, während es frei von Antworten auf das Senden (30) ist, und das Berechnen (34) einer Verschiebung aus den Ergebnissen der Subtraktion.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Anwenden (36) der Fourier-Transformation das Transformieren der Verschiebung im Zeitverlauf in einen Frequenzbereich umfasst, wobei die Verschiebung zu verschiedenen Zeitpunkten auf die verschiedenen Frequenzen reagiert.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (40) der viskoelastischen Eigenschaft das Ermitteln der Viskosität umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Senden (30) und Ermitteln (40) das Ermitteln (40) der viskoelastischen Eigenschaft über den Bereich der Frequenzen lediglich als Antwort auf die amplitudenmodulierte und phasenmodulierte Wellenform und Abtastungen des Gewebes während der Anwendung der Wellenform umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (40) das Ermitteln (40) sowohl der Viskosität als Funktion eines imaginären Teils und des Schubmoduls als Funktion eines reellen Teils der Fourier-Transformation der Schubwellengleichung umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, welches weiterhin das Auffinden (42) einer Steigung der viskoelastischen Eigenschaft als Funktion der Frequenz in dem Bereich umfasst.
Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, welches weiterhin die Bandpassfilterung (38) der Ausgabe der Anwendung der Fourier-Transformation der Verschiebung im Zeitverlauf umfasst, wobei der Bandpass etwa den zweifachen Bereich an Breite und hohen und niedrigen Frequenzen aufweist.
Verfahren zur viskoelastischen Messung unter Verwendung von Ultraschall, wobei das Verfahren umfasst: Senden (30) einer amplituden- und phasenmodulierten Ultraschallwellenform zu einem Patienten in vivo; und M essen (32) einer viskoelastischen Eigenschaft aus dem durch die amplituden- und phasenmodulierte Ultraschallwellenform verursachten Schub, wobei die viskoelastische Eigenschaft über einen Bereich von Frequenzen gemessen wird, der in Zusammenhang mit der amplituden- und phasenmodulierten Ultraschallwellenform steht und unabhängig von einem Grad an Kompression ist, die während des Sendens von außen auf den Patienten angewendet wird (30).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Senden (30) das Multiplizieren eines sinusförmigen Trägers bei einer Ultraschallfrequenz mit einer Hüllkurve umfasst, die die Amplituden- und Phasenmodulation aufweist, sodass der Bereich der Frequenzen zwischen 15 Hz und 75 Hz liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Messen (32) umfasst: Abtasten des Patienten mit Ultraschall, verschachtelt mit dem Senden (30); und Berechnen (34) der durch das Senden (30) verursachten Verschiebung von Gewebe des Patienten zwischen den Abtastungen des Abtastens, wobei das Berechnen (34) als Funktion der Korrelation zwischen Daten aus den Abtastungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Messen (32) umfasst: Erfassen von k-Raum-Magnetresonanzdaten, die das Gewebe des Patienten zu verschiedenen Zeitpunkten darstellen, während das Gewebe auf das Senden (30) reagiert, das Subtrahieren der k-Raum-Magnetresonanz-Bezugsdaten, die das Gewebe darstellen, während es frei von Antworten auf das Senden (30) ist, und das Berechnen (34) einer Verschiebung aus den Ergebnissen der Subtraktion.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Messen (32) das Anwenden (36) einer Fourier-Transformation auf Daten, die die Verschiebung als Funktion der Zeit darstellen, und das Berechnen (34) der Viskosität als Funktion von Ergebnissen der Anwendung (36) der Fourier-Transformation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Berechnen (34) das Berechnen (34) als Funktion eines imaginären Teils einer Fourier-Transformation der Schubwellengleichung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, die weiterhin das Auffinden (42) einer Steigung der viskoelastischen Eigenschaft als Funktion der Frequenz in dem Bereich umfasst.
System zur Schubwellenberechnung unter Verwendung von Ultraschall, wobei das System umfasst: einen Sendestrahlformer (12), der betrieblich einsetzbar ist, um eine amplituden- und phasenmodulierte Wellenform zu erzeugen; einen Ultraschall-Schallkopf (14), der so mit dem Sendestrahlformer (12) in Verbindung steht, dass der Ultraschall-Schallkopf akustische Energie als Antwort auf die amplituden- und phasenmodulierte Wellenform in einem Patienten sendet; einen Empfangsstrahlformer (16), der betrieblich einsetzbar ist, um Daten auszugeben, die räumliche Orte als Funktion der empfangenen akustischen Signale darstellen; einen Prozessor (18), der dazu konfiguriert ist, die Verschiebung in einem Patienten im Zeitverlauf als Funktion der ausgegebenen Daten abzuschätzen und Schubinformationen als Funktion der Verschiebung in dem Patienten im Zeitverlauf zu berechnen. eine Anzeige (20), die betrieblich einsetzbar ist, um ein Bild anzuzeigen, das eine Funktion der Schubinformationen ist.
System nach Anspruch 19, wobei der Prozessor (18) konfiguriert ist, um die Verschiebung in dem Patienten im Zeitverlauf in einen Frequenzbereich zu transformieren und die Viskosität und den Schubmodul als Funktion der Frequenz aus der Verschiebung in dem Frequenzbereich zu berechnen, wobei die Frequenzen in einem Bereich liegen, der in Zusammenhang mit der amplituden- und phasenmodulierten Wellenform steht.