DE102021105965A1

DE102021105965A1 - Schätzung der Aktivität einer Leberkrankheit mit mit medizinischer Ultraschall-Bildgebung

Info

Publication number: DE102021105965A1
Application number: DE102021105965.8A
Authority: DE
Inventors: Yassing Labyed
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2021-09-16
Also published as: KR20210116268A; KR102617857B1; CN113440166A

Abstract

Es ist eine ultraschallbasierte Schätzung (40) einer Krankheitsaktivität beispielsweise für NAS oder einen anderen Aktivitätsindex für NAFLD für eine Leberkrankheit vorgesehen. Ultraschall misst (30, 32) akustische Streu- und Scherwellen-Ausbreitungsparameter in der Art des akustischen Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses. Ein Wert für die Krankheitsaktivität wird anhand dieser Streu- und Scherwellen-Ausbreitungsparameter bestimmt (40). Der Arzt kann durch Ultraschall unterstützt werden, der im Vergleich mit einer auf Biopsie oder MRI beruhenden Bewertung bei der Bewertung der Aktivität einer Krankheit in der Art von NAFLD verhältnismäßig kostengünstig und schnell ist. Die Ultraschallbildgebung (42) ist leichter verfügbar und weniger kostspielig und MRI. Ultraschall ist nichtinvasiv.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Das vorliegende Patentdokument ist eine Continuation-in-Part-Anmeldung der am 26. September 2017 eingereichten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 15/716 444 , welche den Vorteil des Einreichungsdatums nach 35 U.S.C. §119(e) der am 6. April 2017 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 62/482 606 beansprucht. Beide Anmeldungen werden hiermit durch Verweis aufgenommen.
HINTERGRUND
Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen die Ultraschallbildgebung. Eine krankheitsbezogene Aktivität in Gewebe in der Art von Lebergewebe wird unter Verwendung von Ultraschall gemessen.
Die nicht alkoholische Fettleberkrankheit (NAFLD) ist die häufigste Leberkrankheit in amerikanischen Erwachsenen und Kindern. NAFLD ist durch eine übermäßige Leberfettansammlung sowie Leberfibrose gekennzeichnet. Der Fettanteil kann als NAFLD-Indikator gemessen werden. Der Fettanteil in der Leber oder anderen Geweben in der Art von Brustgewebe und/oder andere Gewebeeigenschaften (beispielsweise Fibrosegrad) stellt diagnostisch nützliche Informationen bereit.
Über 25 % der Patienten mit NAFLD entwickeln eine nicht alkoholische Steatohepatitis (NASH). NASH kann sich zu Zirrhose und einem Leberzellenkarzinom weiterentwickeln. Ein NAFLD-Aktivitätswert (NAS) wird für die Diagnose und Überwachung von Änderungen oder des Niveaus von NASH verwendet. Der NAS wird anhand einer histologischen Beurteilung von Leberbiopsien bereitgestellt und als ungewichtete Summe der Werte der beobachteten Steatose, lobulären Entzündung und des Ballonierens berechnet.
Die Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) kann den Protonendichte-Fettanteil (PDFF) als Biomarker des Leberfettgehalts messen. MRI kann zur weiteren Schätzung von NAS verwendet werden. MRI ist jedoch nicht weit verbreitet verfügbar und kostspielig.
KURZFASSUNG
Einleitend sei bemerkt, dass die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Befehle und Systeme zur ultraschallbasierten Schätzung einer Krankheitsaktivität beispielsweise für NAS oder einen anderen Aktivitätsindex für NAFLD aufweisen. Ultraschall misst akustische Streu- und Scherwellen-Ausbreitungsparameter in der Art des akustischen Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses. Ein Wert für die Krankheitsaktivität wird anhand dieser Streu- und Scherwellen-Ausbreitungsparameter bestimmt. Der Arzt kann durch Ultraschall unterstützt werden, der im Vergleich mit einer auf Biopsie oder MRI beruhenden Bewertung bei der Bewertung der Aktivität einer Krankheit in der Art von NAFLD verhältnismäßig kostengünstig und schnell ist. Ultraschall ist nichtinvasiv und leichter verfügbar und kostengünstiger als MRI.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Schätzung der Aktivität einer nicht alkoholischen Leberkrankheit mit einem Ultraschallscanner vorgesehen. Ein erstes Maß der Streuung in Gewebe wird anhand eines Scans eines Patienten durch den Ultraschallscanner erzeugt. Das erste Maß der Streuung ist ein Rückstreukoeffizient. Das zweite und das dritte Maß der Scherwellenausbreitung im Gewebe werden anhand des Scans des Patienten durch den Ultraschallscanner erzeugt. Das zweite Maß ist die Scherwellengeschwindigkeit, und das dritte Maß ist das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis. Ein erster Wert für einen durch Ultraschall abgeleiteten Leberkrankheits-Aktivitätsindex wird anhand des Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses geschätzt. Es wird ein Ultraschallbild ausgegeben, das eine Angabe des geschätzten ersten Werts des durch Ultraschall abgeleiteten Leberkrankheits-Aktivitätsindex aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist ein System zur Schätzung einer Krankheitsaktivität vorgesehen. Ein Strahlformer ist dafür ausgelegt, Pulssequenzen in einem Patienten mit dem Wandler auszusenden und zu empfangen. Die Pulssequenz ist für einen Streuparameter und für einen ersten und einen zweiten Scherwellenparameter vorgesehen. Ein Bildprozessor ist dafür ausgelegt, einen Wert für einen Index der Krankheitsaktivität anhand einer Kombination des Streuparameters, des ersten Scherwellenparameters und des zweiten Scherwellenparameters zu erzeugen. Eine Anzeige ist dafür ausgelegt, den Wert für den Index der Krankheitsaktivität anzuzeigen.
Gemäß einem dritten Aspekt ist ein Verfahren zur Leberkrankheits-Aktivitätsschätzung mit einem Ultraschallsystem vorgesehen. Das Ultraschallsystem bestimmt mehrere Streuparameter von Lebergewebe eines Patienten. Das Ultraschallsystem bestimmt mehrere Scherwellenparameter des Lebergewebes des Patienten. Der Fettanteil wird anhand wenigstens eines der Streuparameter geschätzt. Das Niveau der Leberkrankheitsaktivität wird anhand des Fettanteils und wenigstens eines der Scherwellenparameter geschätzt. Das Niveau der Leberkrankheit wird angezeigt.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt sollte als diese Ansprüche einschränkend angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert und können später unabhängig oder in Kombination beansprucht werden.
Figurenliste
Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und der Nachdruck wird vielmehr auf die Erläuterung der Grundgedanken der Erfindung gelegt. Überdies bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen überall in den verschiedenen Ansichten entsprechende Teile. Es zeigen:

1 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Schätzen einer Gewebeeigenschaft mit Ultraschall,
2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zum Schätzen einer Gewebeeigenschaft mit Ultraschall,
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Schätzen einer Krankheitsaktivität in der Art von NAS mit Ultraschall und
4 eine beispielhafte Auftragung, welche die Genauigkeit bei der Vorhersage von NAS anhand Ultraschallmessungen verglichen mit einem histologischen NAS zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aktivität von Krankheiten wird geschätzt, um die Diagnose, das Screening, die Überwachung und/oder die Vorhersage von Gesundheitsbedingungen zu unterstützen. Beispielsweise wird der NAS oder die Aktivität anderer Leberkrankheiten geschätzt. Ein Indexwert wird unter Verwendung von Ultraschall geschätzt, wodurch eine schnelle, kostengünstige und nichtinvasive Schätzung der Krankheitsaktivität ermöglicht wird. Ein durch Ultraschall abgeleiteter NAFLD-Aktivitätswert wird geschätzt, und es wird dabei eine Biopsie oder MRI vermieden.
Die Krankheitsaktivität kann anhand Messungen, die bei der Schätzung von Gewebeeigenschaften in der Art des Leberfettanteils verwendet werden, und/oder Schätzungen des Leberfettanteils geschätzt werden. Die Messungen und die Schätzung des Fettanteils oder anderer Gewebeeigenschaften werden nachstehend mit Bezug auf 1 erörtert. Die Verwendung dieser Messungen und/oder Gewebeeigenschaften bei der Schätzung der Krankheitsaktivität wird dann mit Bezug auf 3 erörtert.
In Bezug auf die Schätzung von Gewebeeigenschaften wird quantitativer Ultraschall (QUS) für das Screening, die Diagnose, die Überwachung und/oder die Vorhersage von Gesundheitsbedingungen verwendet. Die Komplexität menschlichen Gewebes kann unter Verwendung mehrerer QUS-Parameter zur genauen Charakterisierung dieses Gewebes gemessen werden. Beispielsweise wird der Leberfettanteil unter Verwendung eines mehrparametrigen Ansatzes geschätzt, bei dem quantitative Parameter kombiniert werden, die aus den empfangenen Signalen verschiedener Wellenphänomene extrahiert werden, wie Streuung und Abschwächung longitudinaler Wellen, Ausbreitung und Abschwächung von Scherwellen und/oder Ausbreitung und Abschwächung von sich auf der Achse ausbreitenden Wellen vom akustischen Strahlungskraftimpuls (ARFI).
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Gewebeeigenschaft (beispielsweise Leberfettanteil) geschätzt, indem eine Pulssequenz zur Schätzung von Streuparametern ausgesendet und empfangen wird und indem eine Pulssequenz zum Erhalten von Scherwellenparametern ausgesendet und empfangen wird. Bei der Schätzung kann auch eine Pulssequenz ausgesendet und empfangen werden, um Parameter anhand axialer Verschiebungen, die durch akustische Strahlungskraftimpulse (ARFI) hervorgerufen werden, zu schätzen. Die QUS-Parameter werden geschätzt und kombiniert, um die Gewebeeigenschaft zu schätzen. Andere Informationen können in die Schätzung der Gewebeeigenschaft aufgenommen werden, wie Nicht-Ultraschalldaten (beispielsweise Blutbiomarker).
1 zeigt ein Verfahren zur Gewebeeigenschaftsschätzung mit einem Ultraschallscanner oder -system. Es werden Gewebereaktionen auf verschiedene Wellentypen oder Wellenphänomene gemessen. Die Kombination der Messungen dieser verschiedenen Reaktionen wird zur Schätzung der Gewebeeigenschaft verwendet.
Das Verfahren wird durch das System aus 2 oder ein anderes System implementiert. Ein Ultraschallscanner für die medizinische Diagnose führt die Messungen durch akustische Erzeugung der Wellen und Messen der Reaktionen aus. Ein Bildprozessor des Scanners, ein Computer, ein Server oder eine andere Vorrichtung führt anhand der Messungen Schätzungen aus. Eine Anzeigevorrichtung, ein Netz oder ein Speicher wird zur Ausgabe der geschätzten Gewebeeigenschaft verwendet.
Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Beispielsweise werden die Schritte 33 und/oder 38 nicht bereitgestellt. Bei einem anderen Beispiel werden die Schritte 36 und 37 alternativ verwendet oder können gemeinsam verwendet werden, wobei beispielsweise die Ergebnisse von beiden gemittelt werden. Bei einem anderen Beispiel werden Schritte zur Konfiguration des Ultraschallscanners und/oder für das Scannen bereitgestellt.
Die Schritte werden in der beschriebenen oder dargestellten Reihenfolge (beispielsweise von oben nach unten oder numerisch) ausgeführt, sie können jedoch auch in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden. Beispielsweise werden die Schritte 30, 32 und 33 gleichzeitig ausgeführt, beispielsweise unter Verwendung der gleichen Sende- und Empfangspulse, oder sie werden in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt.
In Schritt 30 erzeugt ein Ultraschallscanner eine Messung der Streuung im Gewebe anhand eines Scans eines Patienten. Bei der Messung der Streuung wird eine Gewebereaktion auf eine von einem Ultraschallscanner ausgesendete longitudinale Welle gemessen. Es werden die Streuung oder das Echo der auf das Gewebe treffenden longitudinalen Welle gemessen.
Es kann eine beliebige Messung der Streuung verwendet werden. Beispielhafte Streuparameter umfassen die Schallgeschwindigkeit, die Schalldispersion, einen Winkelstreukoeffizienten (beispielsweise Rückstreukoeffizienten), einen frequenzabhängigen Abschwächungskoeffizienten, die Steigung des Abschwächungskoeffizienten, die spektrale Steigung des normierten Log-Spektrums, den spektralen Schnittpunkt des normierten Log-Spektrums, das spektrale Mittelband des normierten Log-Spektrums, den effektiven Streukörperdurchmesser, die akustische Konzentration, die Anzahldichte der Streukörper, den mittleren Abstand der Streukörper, den Nichtlinearitätsparameter (B/A) und/oder das Verhältnis zwischen kohärenter und inkohärenter Streuung.
Es kann mehr als eine Messung ausgeführt werden. Beispielsweise bestimmt das Ultraschallsystem Werte für zwei oder mehr Streuparameter des Patientengewebes. Gemäß einer Ausführungsform werden der akustische Abschwächungskoeffizient, der Rückstreukoeffizient und/oder die spektrale Steigung eines Logarithmus des frequenzabhängigen Rückstreukoeffizienten gemessen.
Zur Messung der Streuung scannt der Ultraschallscanner das Gewebe mit Ultraschall. Es wird eine Sequenz von Sende- und Empfangsereignissen ausgeführt, um die Signale zur Schätzung der quantitativen Ultraschall-Streuparameter zu erfassen. Gemäß einer Ausführungsform wird ein ein-, zwei- oder dreidimensionales Gebiet durch eine B-Moden-Sequenz gescannt (beispielsweise durch Aussenden eines Breitband(beispielsweise 1 - 2 Zyklen aufweisenden)-Sendestrahls und Bilden eines oder mehrerer dadurch erzeugter Empfangsstrahlen). Es kann ein beliebiges Scanformat verwendet werden, wie linear, Sektor oder Vektor. Die Sende- und Empfangsoperationen können für jede Scanlinie wiederholt werden. Schmalbandige Pulse (beispielsweise 3 oder mehr Zyklen) können an bestimmten Mittenfrequenzen mit oder ohne überlappende Spektren ausgesendet und empfangen werden. Schmalbandige Sendepulse können bei einem einzigen oder bei mehreren Sende- und Empfangsereignissen verwendet werden. Die Sendepulse und die entsprechenden Empfangsstrahlen können unter verschiedenen Lenkwinkeln gebildet werden, beispielsweise bei der Abtastung derselben Gewebestelle aus verschiedenen Richtungen. Unterschiedliche Lenkvorgänge können lediglich für das Aussenden oder lediglich für den Empfang ausgeführt werden. Verschiedene Sendestrahlen können verschiedene Sendeleistungen und/oder F-Zahlen aufweisen. Die einzelnen oder mehreren Sendevorgänge können fokussiert sein, unfokussiert sein oder eine ebene Welle verwenden. Es kann eine beliebige Scansequenz verwendet werden.
Eine Wiederholung mit unterschiedlichen Sende- und/oder Empfangseinstellungen oder ohne diese kann verwendet werden, um die Streuung einmal zu messen oder sie verschiedentlich zu messen. Wenn mehrere Messungen für denselben Streuparameter für dieselbe Stelle bereitgestellt werden, können die Messungen gemittelt oder kombiniert werden. Messungen von verschiedenen Stellen in der Art benachbarter Stellen oder Stellen innerhalb eines gegebenen Bereichs können gemittelt werden. Beispielsweise ist die Streumessung eine über mehrere Aussendungen zur selben Stelle gemittelte frequenzabhängige Messung. Es können Änderungen der Leistungsspektren als Funktion der Tiefe, des Winkels und/oder der Frequenz gemessen werden. Bei einem anderen Beispiel werden Schätzungen des Abschwächungskoeffizienten aus verschiedenen Sende- und/oder Empfangswinkeln gemittelt, um die Varianz zu verringern, oder zur Quantifizierung der Winkelabhängigkeit der Abschwächung verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Scannen für die Messung adaptiv. Die Sende- und/oder Empfangsvorgänge können adaptiv sein. Beispielsweise werden Ergebnisse einer Messung zur Festlegung der Amplitude, des Winkels, der Frequenz und/oder von F# für anschließende Aussendungen verwendet.
Bei einem Beispiel wird der Abschwächungskoeffizient gemessen. Es wird das Referenzphantomverfahren verwendet, es können jedoch auch andere Messungen des Abschwächungskoeffizienten verwendet werden. Die akustische Energie hat einen exponenziellen Abfall als Funktion der Tiefe. Es wird eine Messung der akustischen Intensität als Funktion der Tiefe vor einer Tiefenverstärkungskorrektur oder ohne diese ausgeführt. Um Systemeffekte zu beseitigen, wird die Messung auf der Grundlage von Messungen der akustischen Intensität als Funktion der Tiefe in einem Phantom kalibriert. Die Messung kann weniger Rauschen unterliegen, indem über ein ein-, zwei- oder dreidimensionales Gebiet gemittelt wird. Die strahlgeformten Abtastungen oder die akustische Intensität können in den Frequenzbereich gewandelt werden, und die Berechnung kann im Frequenzbereich ausgeführt werden.
Bei einem anderen Beispiel wird der Rückstreukoeffizient gemessen. Es wird die akustische Abschwächung bestimmt. Diese akustische Abschwächung wird zur Bestimmung einer Referenzkalibrierung verwendet. Durch Kalibrieren für die akustische Abschwächung wird die gestreute Energie als Rückstreukoeffizient bereitgestellt. Die Berechnung kann im Frequenzbereich ausgeführt werden, wodurch Messungen als Funktion der Frequenz bereitgestellt werden.
Die spektrale Steigung des Logarithmus der frequenzabhängigen Rückstreuung wird anhand des Rückstreukoeffizienten gemessen. Der Logarithmus des Rückstreukoeffizienten wird als Funktion der Frequenz bestimmt. Eine Linie wird als Funktion der Frequenz (beispielsweise durch die Methode der kleinsten Quadrate) an den Logarithmus der Rückstreuung angepasst, um die spektrale Steigung zu bestimmen.
In Schritt 32 erzeugt der Ultraschallscanner eine Messung der Scherwellenausbreitung im Gewebe anhand des Scans des Patienten. Für die Scherwellen-Bildgebung wird ein akustischer Strahlungskraftimpuls (ARFI oder Pushing-Puls) zum Gewebe ausgesendet. Der Impuls bewirkt eine Auslenkung des Gewebes an einer Stelle, was zur Erzeugung einer Scherwelle führt. Die Scherwelle läuft im Allgemeinen transversal zum Sendestrahl des Pushing-Pulses. Durch Verfolgen der Gewebeauslenkung an einer oder mehreren lateral beabstandeten Stellen kann die diese Stellen passierende Scherwelle erfasst werden. Die Zeit, welche die Scherwelle benötigt, um vom Ursprung zur späteren Stelle zu laufen, und der Abstand zwischen den Stellen stellen die Scherwellengeschwindigkeit bereit.
Es kann ein beliebiger Scherwellenparameter bestimmt werden. Beispielsweise wird die Scherwellengeschwindigkeit im Gewebe gemessen. Andere Scherwellenparameter umfassen die winkel- und/oder frequenzabhängige Scherwellengeschwindigkeit, die winkel- und frequenzabhängige Scherwellenabschwächung, das winkel- und/oder frequenzabhängige Speichermodul, das winkel- und/oder frequenzabhängige Verlustmodul, die Viskosität und/oder den winkel- und/oder frequenzabhängigen akustischen Absorptionskoeffizienten.
Der akustische Absorptionskoeffizient ergibt sich aus der Absorption des akustischen Pulses und nicht aus der Absorption der Scherwelle. Die akustische Absorption ist durch F ∝ αl/c bestimmt, wobei F die Strahlungskraft ist, I die Intensität des ARFI-Push-Pulses ist, c die akustische Schallgeschwindigkeit ist und α der akustische Absorptionskoeffizient ist.
Zur Messung der Scherwelle wird ein Pushing-Puls oder ARFI zu einer Fokusstelle im Gewebe ausgesendet. Ein Referenzscan für eine Gewebeposition im Ruhezustand wird vor dem Pushing-Puls oder nachdem das Gewebe in einen Ruhezustand zurückgekehrt ist, ausgeführt. Die Positionsänderung oder Auslenkung von Gewebe an einer oder mehreren Stellen gegenüber der Fokusstelle wird über die Zeit gemessen. Verfolgungsscans werden wiederholt ausgeführt. Unter Verwendung einer Korrelation oder eines anderen Ähnlichkeitsmaßes wird die axiale, 2D- oder 3D-Verschiebung von Gewebe gegenüber einer Referenzzeit verglichen mit der aktuellen Verfolgungszeit bestimmt. Die Zeit der maximalen Auslenkung gibt die Zeit der Scherwelle an. Andere Zeitrahmen können verwendet werden, beispielsweise der Anfang oder das Ende einer Verschiebung. Die Zeit, zu der die Scherwelle die Verfolgungsstelle erreicht, und der Abstand zwischen der Verfolgungsstelle und der Fokusstelle des Pushing-Pulses stellen die Scherwellengeschwindigkeit bereit. Es können auch andere Ansätze verwendet werden, wie das Auflösen nach der Scherwellengeschwindigkeit an mehreren Stellen durch Bestimmen einer Verschiebung eines Auslenkungsprofils (Auslenkung als Funktion der Zeit) für verschiedene Verfolgungsstellen oder das Auflösen nach Auslenkungen als Funktion des Orts.
Die Messung der Scherwellenparameter kann eine Funktion der Frequenz und/oder des Winkels sein. Durch Aussenden von Pushing-Pulsen in Strahlen aus verschiedenen Winkeln und/oder bei verschiedenen Frequenzen wird die Messung wiederholt. Räumlich-zeitliche Auslenkungsprofile werden im Zeit- oder Frequenzbereich verwendet, um die Messung zu bestimmen. Die Ergebnisse aus den verschiedenen Winkeln können zur Bestimmung einer winkelabhängigen Messung verwendet werden.
Der Scherwellenparameter kann an verschiedenen Stellen gemessen werden. Die Messung kann auf einer Gewebeauslenkung bei einem oder einem einzigen Pushing-Puls beruhen. Die Messung kann stattdessen auf einer Gewebeauslenkung bei mehreren Pushing-Pulsen beruhen. Die Messung wird für verschiedene Gebiete unter Verwendung verschiedener Pushing-Pulse wiederholt.
Zur Messung des Scherwellenparameters treten sowohl Pushing-Puls- als auch verfolgende Aussendungen auf. Die Auslenkungen werden durch Empfangen der akustischen Reaktion auf die verfolgenden Aussendungen und nicht auf die Pushing-Puls-Aussendungen gemessen. Der gleiche Scan, der für das Messen des Streuparameters verwendet wird, kann für das Messen des Scherwellenparameters verwendet werden. Beispielsweise wird der Referenzscan vor dem Aussenden des Pushing-Pulses, der für das Verfolgen verwendet wird, für das Messen der Streuung verwendet. Gemäß anderen Ausführungsformen verwendet der Scan für den Scherwellenparameter andere Aussendungen und/oder Empfänge als für den Streuparameter. Der Scan für Messungen wird für die verschiedenen Messungen in getrennte Sequenzen von Sende- und Empfangsereignissen unterteilt.
Der Pushing-Puls hat verglichen mit den Verfolgungspulsen eine verhältnismäßig lange Dauer in der Art von einigen zehn, einigen hundert oder einigen tausend Zyklen für den Pushing-Puls gegenüber einem bis drei Zyklen für die verfolgenden Aussendungen. Wo eine Wiederholung vorgesehen ist, können verschiedene Brennpunktstellen, Frequenzen, Winkel, Leistungen und/oder F-Zahlen für die Pushing-Pulse verwendet werden.
Die gleiche Messung kann für die gleiche und/oder für verschiedene Stellen wiederholt werden. Verschiedene Frequenzen, F-Zahlen, Winkel, Leistungen, Brennpunktstellen und/oder andere Unterschiede können für jede Wiederholung verwendet werden. Die sich ergebenden Maße können zusammen verwendet werden, um ein anderes Maß zu bestimmen, oder kombiniert werden, beispielsweise gemittelt werden, um Rauschen zu verringern.
Der Ultraschallscanner kann das Scannen für die Messung des Scherwellenparameters anpassen. Beispielsweise wird für eine Schätzung des Abschwächungskoeffizienten der Scherwelle der Push-Puls angepasst. Die Mittenfrequenz, die Dauer, die F-Zahl oder eine andere Eigenschaft des Push-Pulses wird für eine spätere Aussendung geändert. Der Brennpunkt ist enger oder schwächer. Die Auslenkung zur Erzeugung der Scherwelle ist größer oder kleiner. Bei einem anderen Beispiel wird für eine Schätzung des Absorptionskoeffizienten mit einem ARFI-Push-Puls ein anderer Push-Puls mit einem engeren Brennpunkt oder einer längeren Dauer ausgesendet. Die Änderung kann das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verbessern und/oder die Variabilität in den Messungen verringern.
Die Anpassung beruht auf irgendwelchen Informationen. Beispielsweise wird das Auslenkungsprofil mit einem Referenz- oder Kalibrierprofil verglichen. Bei einem anderen Beispiel wird der Auslenkungsbetrag einer maximalen, mittleren oder medianen Auslenkung bestimmt. Die Informationen können einen Bedarf an einem stärkeren oder höherintensiven Pushing-Puls angeben oder angeben, dass Pushing-Pulse geringerer Intensität benötigt werden, was eine kürzere Abkühlzeit ermöglicht.
In Schritt 33 erzeugt der Ultraschallscanner eine ARFI-Messung der axialen Auslenkung des Gewebes. Eine ARFI-Aussendung bewirkt eine Auslenkung von Gewebe entlang einer Achse oder Scanlinie des Sendestrahls. Statt eine Scherwelle zu verfolgen, wird die Gewebeauslenkung entlang der Achse, die durch den ARFI oder ansprechend auf eine durch den ARFI erzeugte longitudinale Welle hervorgerufen wird, über die Zeit verfolgt.
Es kann eine ARFI-Messung verwendet werden. Beispielsweise kann die Abschwächung der longitudinalen Welle des ARFI-Pulses anhand Auslenkungen geschätzt werden, die an vom Brennpunkt des ARFI beabstandeten Stellen verfolgt werden. Die Messungen können am Brennpunkt oder an anderen Stellen entlang der axialen Scanlinie vorgenommen werden.
Für die Messung wird der ARFI entlang einer Scanlinie ausgesendet. Verfolgungsscans werden nach der Aussendung des ARFI ausgeführt. Die akustischen Echos von den verfolgenden Aussendungen entlang der Scanlinie werden empfangen. Die empfangenen Daten werden mit einer Referenz von einer Zeit vor oder nach durch ARFI hervorgerufenen Auslenkungen korreliert. Es wird der Betrag der Auslenkung als Funktion der Zeit, des Orts, des Sendewinkels und/oder der Sendefrequenz bestimmt. Der Betrag der maximalen Auslenkung, die Auslenkung als Funktion der Tiefe und/oder die Auslenkung als Funktion der Zeit wird zur Berechnung der ARFI-Messung verwendet.
Die gleiche Messung kann zu anderen Zeiten und/oder an anderen Stellen ausgeführt werden. Die Ergebnisse von der Wiederholung können zur Ableitung einer weiteren Messung verwendet oder gemittelt werden.
Die Aussendungen können angepasst werden, beispielsweise an die F-Zahl, die Frequenz, die Dauer, die Leistung und/oder den Winkel. Die Anpassung kann ansprechend auf eine beliebige Messung geschehen, beispielsweise den Betrag der maximalen Auslenkung.
Es können andere Messungen verwendet werden. Es wird die Reaktion von Gewebe auf verschiedene Typen von Wellen und/oder Scanvorgängen gemessen. Es werden eine oder mehrere Messungen desselben Typs verwendet. Für eine gegebene Messung wird eine Einzelinstanz, ein Durchschnitt oder eine Verteilung (beispielsweise Standardabweichung über die Zeit, die Dauer, die Frequenz, den Winkel und/oder den Raum) gebildet. Es kann eine beliebige Anzahl desselben oder verschiedener Typen von Messungen ausgeführt werden.
In Schritt 34 schätzt der Ultraschallscanner oder ein anderer Bildprozessor die Gewebeeigenschaft des Patientengewebes anhand verschiedener Messungen. Es werden die Messungen von zwei oder mehr verschiedenen Wellenphänomenen verwendet. Es werden die Werte von zwei oder mehr Messungen zur Schätzung der Gewebeeigenschaft verwendet. Beispielsweise werden sowohl eine Messung der Streuung als auch eine Messung der Scherwellenausbreitung für die Schätzung der Gewebeeigenschaft verwendet. Bei einem anderen Beispiel wird eine Messung der Auslenkung auf der Achse (beispielsweise ARFI-Messung) mit der Messung der akustischen Streuung und/oder der Messung der Scherwellenausbreitung verwendet.
Es können andere Informationen für die Schätzung der Gewebeeigenschaft verwendet werden. Beispielsweise werden klinische Informationen für den Patienten verwendet. Die klinischen Informationen können die medizinische Vorgeschichte, das Alter, der Körpermassenindex, das Geschlecht, ob fastend oder nicht, der Blutdruck, ob diabetisch oder nicht, und/oder eine Blutbiomarkermessung sein. Beispielhafte Blutbiomarker umfassen das Alaninaminotransferase(ALT)-Niveau, das Aspartataminotransferase(AST)-Niveau und/oder das Alkaliphosphatase(ALP)-Niveau. Es können jegliche Informationen über den Patienten aufgenommen werden.
Es kann eine beliebige Gewebeeigenschaft geschätzt werden. Beispielsweise wird der Fettanteil von Gewebe geschätzt. Der Fettanteil der Leber, der Brust oder anderen Gewebes ist diagnostisch nützlich. Der Fettanteil in der Leber des Patienten unterstützt die Diagnose von NAFLD. Andere diagnostisch nützliche Gewebeeigenschaften umfassen Entzündung, Dichte, Fibrose und/oder Nephroneigenschaften (Anzahl und/oder Durchmesser). Die Gewebeeigenschaft ist binär, wie existierend oder nicht, oder sie ist eine Schätzung entlang eines Maßstabs (d. h. Niveau oder Betrag der Gewebeeigenschaft). Gemäß einer Ausführungsform wird nur eine Gewebeeigenschaft geschätzt. Gemäß anderen Ausführungsformen werden zwei oder mehr verschiedene Gewebeeigenschaften anhand derselben oder verschiedener Messungen geschätzt.
Die Schritte 36 und 37 repräsentieren zwei verschiedene Ausführungsformen für die Schätzung in Schritt 34. Die verschiedenen Ausführungsormen sind Alternativen. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet werden. Es können sowohl zwei als auch mehr Ausführungsformen verwendet werden, wobei beispielsweise ein Wert für eine Gewebeeigenschaft auf zwei Arten bestimmt werden kann und die Ergebnisse dann gemittelt werden oder das Ergebnis, das sehr wahrscheinlich genau ist, ausgewählt wird.
Es wird der Wert der Gewebeeigenschaft geschätzt. Gemäß der Ausführungsform aus Schritt 36 schätzt ein maschinengelernter Klassifizierer die Gewebeeigenschaft. Der maschinentrainierte Klassifizierer stellt ein nichtlineares Modell bereit. Es können ein jegliches Maschinenlernen und der sich ergebende maschinengelernte Klassifizierer verwendet werden. Beispielsweise wird eine Support-Vector-Maschine, ein probabilistischer Boosting-Tree, ein Bayessches Netz, ein neuronales Netz oder ein anderes Maschinenlernen verwendet.
Das Maschinenlernen lernt anhand Trainingsdaten. Die Trainingsdaten weisen verschiedene Beispiele in der Art einiger zehn, einiger hundert oder einiger tausend Proben und die Ground Truth auf. Die Beispiele weisen die zu verwendenden Eingangsdaten in der Art von Werten für die Parameter der Streuung und der Scherwellenausbreitung auf. Die Ground Truth ist der Wert für die Gewebeeigenschaft jedes Beispiels. Gemäß einer Ausführungsform dient das Maschinenlernen dazu, den Fettanteil auf der Grundlage der Parameter der Streuung und der Scherwellenausbreitung zu klassifizieren. Die Ground Truth für den Fettanteil wird mit einem Magnetresonanz(MR)-Scan bereitgestellt, der den Protonendichte-Fettanteil (PDFF) bereitstellt. Der MR-PDFF stellt den Fettanteil für eine Stelle oder ein Gebiet bereit. Der Fettprozentsatz wird als Ground Truth verwendet, damit das Maschinenlernen lernt, den Fettprozentsatz anhand Eingangswerten für die Ultraschallparameter zu klassifizieren. Andere Quellen der Ground Truth können für eine gegebene Gewebeeigenschaft verwendet werden, beispielsweise anhand von Biopsien, einer Modellierung oder anderer Messungen.
Gemäß einer Ausführungsform trainiert das Maschinenlernen ein neuronales Netz. Das neuronale Netz weist eine oder mehrere Faltungsschichten auf, die einem Filter-Kernel lehren, zwischen den Werten einer Gewebeeigenschaft zu unterscheiden. Durch das Maschinentraining wird erlernt, welche gewichtete Kombination (beispielsweise Faltung unter Verwendung eines erlernten Kernels) von Eingangswerten die Ausgabe angibt. Der sich ergebende maschinengelernte Klassifizierer verwendet die Eingangswerte zur Extraktion der unterscheidenden Informationen und klassifiziert die Gewebeeigenschaft dann auf der Grundlage der extrahierten Informationen.
Das Training stellt eine oder mehrere Matrizen bereit. Die Matrix oder die Matrizen stellen eine Beziehung zwischen den Eingangsinformationen und der Ausgangsklasse her. Es können ein hierarchisches Training und ein resultierender Klassifizierer verwendet werden. Es können verschiedene Klassifizierer für verschiedene Gewebeeigenschaften verwendet werden. Es können mehrere Klassifizierer für dieselbe Gewebeeigenschaft verwendet werden, und die Ergebnisse können gemittelt oder kombiniert werden.
Gemäß der Ausführungsform aus Schritt 37 wird an Stelle eines maschinengelernten Modells oder zusätzlich zu diesem ein lineares Modell verwendet. Eine vorgegebene oder programmierte Funktion stellt eine Beziehung zwischen den Eingangswerten und den Ausgangswerten her. Die Funktion und/oder die Gewichte, die bei der Funktion verwendet werden, können experimentell bestimmt werden. Beispielsweise werden die Gewichte durch eine Kleinste-Quadrate-Minimierung unter Verwendung von MR-PDFF-Werten erhalten.
Es kann eine beliebige lineare Funktion verwendet werden. Beispielsweise wird der Wert der Gewebeeigenschaft anhand eines oder mehrerer Streuparameter und eines oder mehrerer Scherwellen-Ausbreitungsparameter geschätzt. Es kann jegliche Kombination von Addition, Subtraktion, Multiplikation oder Division verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden zwei oder mehr Funktionen (beispielsweise gewichtete Kombinationen von Messungen) bereitgestellt. Eine der Funktionen wird auf der Grundlage des Werts eines der Parameter ausgewählt. Beispielsweise weist die Schätzung des durch Ultraschall abgeleiteten Fettanteils (UDFF) zwei als gewichtete Kombinationen repräsentierte Funktionen auf: $U D F F = a P_{1} + b P_{2} + c P_{3} + \dots d f \ddot{u} r P_{i:min} < P_{i} < P_{i : m a x}$
$U D F F = α P_{1} + β P_{2} + c γ + \dots δ f \ddot{u} r P_{k:min} < P_{k} < P_{k : m a x}$
wobei d und δ Konstanten sind, a, b, c, α und β Gewichte sind und P eine Messung eines Parameters ist. Ein Parameter Pi,k wird verwendet, um festzustellen, welche Funktion auszuwählen ist. Die möglichen Funktionen weisen zwei oder drei andere Parameter und Gewichte auf. Es können zusätzliche, andere oder weniger Anzahlen von Funktionen, Parametern in einer Funktion, Gewichten und/oder Konstanten verwendet werden. Es können auch andere Auswahlkriterien verwendet werden. Der Auswahlparameter kann von einem Typ sein, und die gewichteten Parameter jeder Funktion können von einem anderen Typ sein. Alternativ werden verschiedene Typen (beispielsweise Streuung und Scherwellenausbreitung) unabhängig vom Typ oder von den Typen für die Auswahl verwendeter Parameter als gewichtete Parameter aufgenommen.
Bei einem Beispiel ist AC der akustische Abschwächungskoeffizient (beispielsweise ein Streuparameter), BSC der Rückstreukoeffizient (beispielsweise ein Streuparameter) und SS die spektrale Steigung des Logarithmus des frequenzabhängigen Rückstreukoeffizienten (beispielsweise auch ein Streuparameter). SWS ist die Scherwellengeschwindigkeit (beispielsweise ein Scherwellen-Ausbreitungsparameter). Es werden zwei Funktionen auf der Grundlage von Streuparametern verwendet, wobei die Funktion für eine gegebene Schätzung auf der Grundlage des Scherwellen-Ausbreitungsparameters ausgewählt wird, wie folgendermaßen repräsentiert: $U D F F = 55 A C + 114 B S C - 42 f \ddot{u} r S W S < \frac{1.3 m}{s}$
$U D F F = - 3.8 S S + 425 B S C - 9.4 f \ddot{u} r S W S > 1.3 m / s$
Die Gewichte und Konstanten beruhen auf dem Minimieren einer Differenz anhand des durch MR-PDFF bereitgestellten Fettanteils. Es können durch einen Experten ausgewählte oder andere Gewichte und/oder Konstanten verwendet werden.
In Schritt 38 zeigt der Ultraschallscanner oder eine Anzeigevorrichtung den geschätzten Gewebeparameter. Beispielsweise wird ein Bild des Fettanteils erzeugt. Ein den geschätzten Fettanteil repräsentierender Wert wird auf einem Bildschirm angezeigt. Alternativ oder zusätzlich wird eine Grafik (beispielsweise eine Kurve oder ein Bildzeichen), die den geschätzten Fettanteil repräsentiert, angezeigt. Es kann ein Bezug auf einen Maßstab oder ein anderer Bezug angezeigt werden. Gemäß anderen Ausführungsformen wird der Fettanteil als Funktion des Orts durch Farbe, Helligkeit, Farbton, Luminanz oder eine andere Modulation von Anzeigewerten in einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen Repräsentation angezeigt. Die Gewebeeigenschaft kann linear oder nichtlinear auf die Pixelfarbe abgebildet werden.
Die Gewebeeigenschaft wird allein oder mit anderen Informationen angegeben. Beispielsweise wird eine Scherwellen-Bildgebung ausgeführt. Die Scherwellengeschwindigkeit, ein Modul oder andere anhand einer Gewebereaktion auf eine Scherwelle bestimmte Informationen werden angezeigt. Es kann eine beliebige Scherbildgebung verwendet werden. Das angezeigte Bild repräsentiert Scherwelleninformationen für das interessierende Gebiet oder das gesamte Bildgebungsgebiet. Beispielsweise repräsentieren die Pixel der Anzeige, wenn Schergeschwindigkeitswerte für alle Gitterpunkte in einem interessierenden Gebiet oder Blickfeld bestimmt werden, die Scherwellengeschwindigkeiten für dieses Gebiet. Das Anzeigegitter kann vom Scangitter und/oder vom Gitter, für das Auslenkungen berechnet werden, verschieden sein.
Die Scherwelleninformationen werden für eine Farbüberlagerung oder eine andere Modulation von Anzeigewerten verwendet. Farbe, Helligkeit, Luminanz, Farbton oder andere Anzeigeeigenschaften werden als Funktion der Scherwelleneigenschaft in der Art der Scherwellengeschwindigkeit moduliert. Das Bild repräsentiert ein zweidimensionales oder dreidimensionales Gebiet von Orten. Die Scherdaten liegen in einem Anzeigeformat vor oder können durch Scanwandlung in ein Anzeigeformat überführt werden. Die Scherdaten sind Farb- oder Graustufendaten, können jedoch Daten vor einer Abbildung mit einer Graustufe oder Farbstufe sein. Die Informationen können linear oder nichtlinear auf die Anzeigewerte abgebildet werden.
Das Bild kann andere Daten aufweisen. Beispielsweise werden Scherwelleninformationen über oder mit B-Moden-Informationen angezeigt. B-Moden- oder andere Daten, die Gewebe, Körperflüssigkeiten oder Kontrastmittel im selben Gebiet repräsentieren, können aufgenommen werden, wie eine Anzeige von B-Moden-Daten für jegliche Orte mit einer Scherwellengeschwindigkeit unterhalb einer Schwelle oder mit einer schlechten Qualität. Die anderen Daten unterstützen den Benutzer bei der Bestimmung des Orts der Scherinformationen. Gemäß anderen Ausführungsformen wird die Scherwelleneigenschaft ohne andere Daten als ein Bild angezeigt. Gemäß wieder anderen Ausführungsformen werden die B-Moden- oder andere Bildinformationen ohne Scherwelleninformationen bereitgestellt.
Der zusätzliche geschätzte Wert der Gewebeeigenschaft wird im Wesentlichen gleichzeitig mit der Scherwellen-, B-Moden-, Farb- oder Strömungsmoden-, M-Moden-, Kontrastmittelmoden- und/oder anderen Abbildung angezeigt. Im Wesentlichen berücksichtigt die visuelle Wahrnehmung der Ansicht. Das sequenzielle Anzeigen zweier Bilder mit einer ausreichenden Frequenz kann es dem Benutzer ermöglichen, die Bilder als gleichzeitig angezeigt wahrzunehmen. Die für die Schätzung der Gewebeeigenschaft verwendeten Komponentenmessungen können auch angezeigt werden, beispielsweise in einer Tabelle.
Es kann ein beliebiges Format für eine im Wesentlichen gleichzeitige Anzeige verwendet werden. Bei einem Beispiel ist das Scherwellen- oder Anatomiebild ein zweidimensionales Bild. Der Wert der Gewebeeigenschaft ist Text, eine Grafik, ein zweidimensionales Bild oder ein anderer Indikator der Werte der Schätzung. Ein Cursor oder eine andere Ortsauswahl kann in Bezug auf das Scher- oder Anatomiebild positioniert werden. Der Cursor gibt die Auswahl eines Orts an. Beispielsweise wählt der Benutzer ein Pixel in Zusammenhang mit einem inneren Gebiet einer Läsion, einer Zyste, einer Inklusion oder einer anderen Struktur aus. Die Gewebeeigenschaft für den ausgewählten Ort wird dann als Wert, als Zeiger entlang eines Maßstabs oder durch eine andere Angabe angezeigt. Bei einem anderen Beispiel wird die Gewebeeigenschaft in einem interessierenden Gebiet (Unterteil des Gesichtsfelds) oder über das gesamte Gesichtsfeld angegeben.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden Scherwellen- oder B-Moden- und Fettanteilbilder im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt. Beispielsweise wird eine Anzeige mit zwei Bildschirmdarstellungen verwendet. Das Scherwellenbild (beispielsweise Scherwellengeschwindigkeit) und/oder das B-Moden-Bild werden in einem Bereich des Bildschirms angezeigt. Der Fettanteil als Funktion des Orts wird in einem anderen Bereich des Bildschirms angezeigt. Der Benutzer kann die verschiedenen Bilder zur Diagnose auf dem Bildschirm betrachten. Die zusätzliche Information oder die zusätzliche Angabe der Gewebeeigenschaft hilft dem Benutzer bei der Diagnose des Gebiets.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Gewebeschätzung als Echtzeitzahl oder quantitatives Bild bereitgestellt. Weil die Gewebeparameter schnell geschätzt werden können, wird der Wert des Gewebeparameters innerhalb von 1 bis 3 Sekunden nach Beginn des Scannens geschätzt und ausgegeben. Die Gewebeeigenschaft kann zu verschiedenen Zeiten, beispielsweise vor, während und/oder nach einer Behandlung geschätzt werden. Die Schätzungen von den verschiedenen Zeiten werden zur Überwachung des Fortschreitens der Krankheit und/oder der Reaktion auf eine Therapie verwendet. Beispielsweise wird eine prozentuale Änderung des Werts der Gewebeeigenschaft über die Zeit berechnet und ausgegeben.
Die Gewebeeigenschaft und/oder Messungen, die für die Ableitung von Gewebeeigenschaften verwendet werden, können bei der Schätzung der Krankheitsaktivität verwendet werden. 3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Krankheitsaktivitätsschätzung mit einem Ultraschallsystem. Beispielsweise dient das Verfahren der durch Ultraschall abgeleiteten Aktivitätsschätzung einer nicht alkoholischen Leberkrankheit. Ein Ultraschallscanner misst die Streuung und/oder Scherwellenausbreitung in Gewebe eines Patienten zur direkten oder indirekten Schätzung der Krankheitsaktivität.
Beispielsweise wird der Aktivitätswert einer nicht alkoholischen Fettleberkrankheit (NAS) unter Verwendung von quantitativem Ultraschall vorhergesagt. Der NAS wird auf der Grundlage von Ultraschallschätzungen mechanischer und akustischer Eigenschaften von Gewebe vorhergesagt. Ein Modell sagt den NAS auf der Grundlage unter Verwendung medizinischen Ultraschalls geschätzter mechanischer und akustischer Gewebeeigenschaften vorher. Gemäß einer Ausführungsform erhält ein Ultraschallsystem nichtinvasiv einen durch Ultraschall abgeleiteten NAFLD-Aktivitäts(UDNA)-Index als Prädiktor von NAS. Das Ultraschallsystem wird dafür ausgelegt, eine Pulssequenz zur Erzeugung von Messungen der Streuung und Scherwellenausbreitung auszuführen. Die UDNA wird unter Verwendung eines Modells von wenigstens drei Eigenschaften der Leber, einschließlich des akustischen Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses, bestimmt.
Der histologische NAS ist die Summe der Werte der Steatose, lobulären Entzündung und ballonierender Histologie, erfordert jedoch eine Biopsie. Gemäß einer Ausführungsform paart das vorgeschlagene durch Ultraschall abgeleitete Modell geeignete mechanische und akustische Eigenschaften mit NAS-Merkmalen. Der durch Ultraschall abgeleitete Fettanteil wird auf der Grundlage von Rückstreuung, Abschwächung und/oder Schallgeschwindigkeit als Maß des Steatosegrads verwendet. Das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis wird als Entzündungsmaß verwendet, und die Scherwellengeschwindigkeit wird als Ballonierungsmaß verwendet. Es können auch andere Ultraschallmessungen verwendet werden.
Das Verfahren aus 3 wird durch das System aus 2 oder ein anderes System implementiert. Ein Ultraschallscanner für die medizinische Diagnose führt die Messungen durch akustische Erzeugung der Wellen und Messen der Reaktionen aus. Ein Bildprozessor des Scanners, ein Computer, ein Server oder eine andere Vorrichtung führt anhand der Messungen Schätzungen aus. Eine Anzeigevorrichtung, ein Netz oder ein Speicher wird zur Ausgabe des geschätzten Krankheitsaktivitätswerts verwendet.
Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Beispielsweise ist Schritt 33 aus 1 aufgenommen, wobei beispielsweise die ARFI-Messung bei der Schätzung des Fettanteils oder einer anderen Gewebeeigenschaft verwendet wird. Bei einem anderen Beispiel ist Schritt 34 nicht aufgenommen, beispielsweise wenn der Krankheitsaktivitäts-Indexwert ohne eine getrennte Schätzung der Gewebeeigenschaft (beispielsweise des Fettanteils) anhand der Messungen geschätzt wird. Bei wieder einem anderen Beispiel ist Schritt 38 nicht bereitgestellt. Bei einem anderen Beispiel werden Schritte zur Konfiguration des Ultraschallscanners und/oder für das Scannen bereitgestellt.
Die Schritte werden in der beschriebenen oder dargestellten Reihenfolge (beispielsweise von oben nach unten oder numerisch) ausgeführt, sie können jedoch auch in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden. Beispielsweise werden die Schritte 30 und 32 gleichzeitig ausgeführt, beispielsweise unter Verwendung der gleichen Sende- und Empfangspulse, oder sie werden in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt.
In Schritt 30 erzeugt der Ultraschallscanner eine oder mehrere Messungen der Streuung in Gewebe anhand eines Ultraschallscans eines Patienten. Es können beliebige akustische Streuparameter verwendet werden, beispielsweise Messungen der akustischen Wechselwirkung mit Lebergewebe. Beispielsweise misst der Ultraschallscanner oder das Ultraschallsystem den Rückstreukoeffizienten, den frequenzabhängigen Rückstreukoeffizienten, die Abschwächung, die Schallgeschwindigkeit und/oder irgendwelche andere der vorstehend anhand 1 erörterten Streumessungen. Das Maß kann frequenzabhängig sein, beispielsweise anhand mehrerer Aussendungen gemittelt werden. Es kann ein adaptives Scannen verwendet werden.
Die Streumessungen können für die Schätzung des Fettanteils, beispielsweise unter Verwendung der akustischen Rückstreuung (beispielsweise der frequenzabhängigen akustischen Rückstreuung) und der akustischen Abschwächung, verwendet werden. Die Messungen der Streuung werden alternativ oder zusätzlich bei der Schätzung der Krankheitsaktivität verwendet, beispielsweise unter Verwendung der akustischen Rückstreuung oder der frequenzabhängigen akustischen Rückstreuung.
In Schritt 32 erzeugt der Ultraschallscanner eine oder mehrere Messungen der Scherwellenausbreitung im Gewebe anhand des Ultraschallscans des Patienten. Es können beliebige Scherwellen-Ausbreitungsparameter verwendet werden. Beispielsweise werden die Scherwellengeschwindigkeit und das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis verwendet. Es können jegliche der vorstehend für 1 erörterten Scherwellen-Ausbreitungsmessungen verwendet werden. Die Messungen werden für eine ARFI-induzierte Scherwelle im interessierenden Gewebe in der Art des Lebergewebes des Patienten ausgeführt. Es kann ein adaptives Scannen verwendet werden.
Wie vorstehend anhand 1 erörtert wurde, werden beim für das Messen der Streuung und der Scherwellenausbreitung verwendeten Ultraschallscannen die gleichen oder verschiedene Sende- und Empfangsereignisse verwendet. Beispielsweise werden andere Aussendungen und Empfänge für das Messen der Streuung verwendet als für die Erzeugung der Scherwelle und der Messung der Gewebereaktion auf die Scherwelle.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Scherwellen-Dämpfungsverhältnis erzeugt. Das Ultraschallscannen wird ausgeführt, um die Gewebereaktion auf die Scherwelle zu messen, um dadurch die Scherwellenviskosität als komplexe Zahl zu bestimmen, wie das Verhältnis zwischen dem Speichermodul und dem Verlustmodul. Diese komplexe Repräsentation verwendet den Realteil der Viskosität als Speichermodul und den Imaginärteil der Viskosität als Verlustmodul.
Bei einem Ansatz werden Messungen der räumlich-zeitlichen Auslenkung während der Scherwellenausbreitung erfasst. Diese Messungen werden in den Frequenzbereich fouriertransformiert, beispielsweise unter Verwendung einer schnellen Fouriertransformation, und für die Bestimmung der komplexen Wellenzahl verwendet. Der Logarithmus eines Spektrums der Auslenkung als Funktion der Zeit kann für jeden von verschiedenen einer Scher- oder anderen Welle ausgesetzten Orten bestimmt werden. Die Lösung unter Verwendung des Logarithmus als Funktion des Orts stellt die komplexe Wellenzahl bereit. Verschiedene viskoelastische Parameter in der Art des Verlustmoduls und des Speichermoduls werden anhand der komplexen Wellenzahl bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform werden die Messungen zur Bestimmung der komplexen Wellenzahl, der Viskosität oder eine andere Dämpfungsverhältnismessung, wie in der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2016/0302769 offenbart, verwendet.
Bei einem anderen Ansatz werden die Scherwellenabschwächung und die Scherwellendispersion gemessen. Die Dispersion ist eine Änderung der Scherwellengeschwindigkeit als Funktion der Frequenz. Die Scherwellenabschwächung kann auch als Funktion der Frequenz gemessen werden. Für eine gegebene Frequenz oder für eine Kombination (beispielsweise einen Durchschnitt) mehrerer Frequenzen wird ein Phasor auf der Grundlage der Abschwächungs- und Dispersionswerte erzeugt. Dieser Phasor wird in eine komplexe Zahl umgewandelt, deren Real- und Imaginärteil als Dämpfungsverhältnis verwendet werden. Es können andere Maße des Dämpfungsverhältnisses anhand der Reaktion von Gewebe auf eine Scherwelle verwendet werden.
Der Bildprozessor schätzt einen Wert für einen durch Ultraschall abgeleiteten Aktivitätsindex einer Leberkrankheit anhand des Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses. Es können auch andere Messungen verwendet werden. Es können zusätzlich Nicht-Ultraschallinformationen verwendet werden, beispielsweise aus dem medizinischen Datensatz des Patienten.
Die Krankheitsaktivität wird direkt oder indirekt anhand der Messungen geschätzt. Für direkte Messungen werden die Messungen in ein Modell eingegeben, das die Schätzung des Werts der Krankheitsaktivität in Schritt 40 ausgibt. Der Wert wird direkt anhand der Messungen geschätzt. Für indirekte Messungen werden ein oder mehrere Typen von Messungen zur Bestimmung eines anderen Werts oder einer Schätzung (beispielsweise des Fettanteils) in Schritt 34 verwendet, wobei diese Schätzung dann für sich, mit anderen Typen von Schätzungen, mit anderen Messungen oder mit anderen Typen von Schätzungen und anderen Messungen zum Schätzen der Krankheitsaktivität in Schritt 40 verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform werden der Rückstreukoeffizient, die akustische Abschwächung und/oder die Scherwellengeschwindigkeit (beispielsweise unter Verwendung des Rückstreukoeffizienten (der akustischen Streuung) und der akustischen Abschwächung ohne die Scherwellengeschwindigkeit) für die Schätzung des Fettanteils in Schritt 34 verwendet. Ein oder mehrere Streu- und/oder ein oder mehrere Scherwellen-Ausbreitungsparameter werden für die Schätzung des Fettanteils verwendet. Es können jegliche der vorstehend anhand 1 erörterten Ausführungsformen für die Schätzung des Fettanteils verwendet werden. Beispielsweise werden der akustische Abschwächungskoeffizient (beispielsweise ein Streuparameter), der Rückstreukoeffizient (beispielsweise ein Streuparameter) und die spektrale Steigung des Logarithmus des frequenzabhängigen Rückstreukoeffizienten (beispielsweise auch ein Streuparameter) für die Schätzung des Fettanteils verwendet. Es kann die Scherwellengeschwindigkeit (beispielsweise ein Scherwellen-Ausbreitungsparameter) verwendet werden, beispielsweise zur Auswahl der Funktion zur Schätzung des Fettanteils anhand der Streuparameter.
In Schritt 40 schätzt der Bildprozessor ein Niveau der Leberkrankheitsaktivität (beispielsweise NAS oder UDNA). Für eine indirekte Schätzung wird das Niveau der Krankheitsaktivität anhand des Fettanteils und wenigstens eines der Scherwellenparameter geschätzt. Beispielsweise werden drei Eingaben bei der Schätzung der Krankheitsaktivität verwendet. Mechanische und akustische Ultraschalleigenschaften ersetzen histologische NAS-Merkmale. Der durch Ultraschall abgeleitete Fettanteil, beispielsweise auf der Grundlage der Rückstreuung, Abschwächung und/oder Schallgeschwindigkeit, wird als Maß des Steatosegrads verwendet. Das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis wird als Entzündungsmaß verwendet, und die Scherwellengeschwindigkeit wird als Ballonierungsmaß verwendet. Der Wert der Leberkrankheitsaktivität für einen Index zur Unterstützung eines Arztes wird direkt oder indirekt anhand verschiedener Messungen und/oder Schätzungen in der Art des Fettanteils, des Dämpfungsverhältnisses und der Scherwellengeschwindigkeit geschätzt.
Es können andere Messungen und/oder Schätzungen als Ersatz verwendet werden. Es können mehrere Schätzungen und/oder Messungen an Stelle einer histologischen NAS-Variable verwendet werden. Die Aktivität kann anhand Schätzungen und/oder Messungen geschätzt werden, die von den histologischen Variablen verschieden sind, wodurch ein anderer Ansatz für die Bestimmung der Krankheitsaktivität bereitgestellt wird.
Der Bildprozessor schätzt die Bewertung oder den Wert des Leberkrankheits-Aktivitätsindex unter Verwendung eines Modells. Die Bewertung oder der Wert ist Teil eines Index, beispielsweise über einen Bereich natürlicher Zahlen. Es kann ein beliebiger Bereich, beispielsweise drei Niveaus (beispielsweise Steatohepatitis, Zirrhose oder Leberzellkarzinom), zwei Niveaus (beispielsweise Steatose oder Fibrose) oder vier oder mehr Niveaus, verwendet werden. Die Bewertung kann sich auf bestimmte Krankheitsstufen beziehen oder Krankheitsniveaus ohne Bezug auf bestimmte Stufen angeben (beispielsweise 0 - 7, wodurch 8 Niveaus mit verschiedenen Aktivitätsbeträgen für jedes Niveau bereitgestellt werden). Der geschätzte Wert oder die geschätzte Bewertung bezieht sich auf eine Stufe und/oder eine numerische Repräsentation.
Das Modell kann eine Funktion sein, wobei beispielsweise die Schätzungen und/oder Messungen in Variablen verwendet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen ist das Modell ein maschinengelernter Klassifizierer. Maschinenlernen, beispielsweise unter Verwendung eines vollständig verbundenen neuronalen Netzes, eines faltenden neuronalen Netzes oder einer Support-Vector-Machine, trainiert das Modell, um den Wert der Krankheitsaktivität bei gegebenen Eingangsschätzungen und/oder -messungen zu klassifizieren bzw. auszugeben. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein logistisches Regressionsmodell verwendet. Der Wert der Krankheitsaktivität wird anhand der Messungen und/oder Schätzungen mit logistischer Regression geschätzt. Beispielsweise wird die Krankheitsaktivität mit einer logistischen Regression des Fettanteils, der Scherwellengeschwindigkeit und des Dämpfungsverhältnisses geschätzt. Bei einem anderen Beispiel wird die Krankheitsaktivität durch logistische Regression des Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses geschätzt.
Der Bildprozessor kann andere Eingangsinformationen für die Schätzung der Krankheitsaktivität verwenden. Beispielsweise können Messungen der Reaktion von Gewebe auf eine longitudinale Welle vom ARFI verwendet werden. Bei einem anderen Beispiel können klinische Informationen für den Patienten verwendet werden.
In Schritt 42 erzeugt der Bildprozessor die Schätzung der Krankheitsaktivität, und eine Anzeige (beispielsweise ein Anzeigebildschirm) zeigt diese an. Das Niveau der Leberkrankheitsaktivität (beispielsweise UDNA) wird dem Benutzer gezeigt, um bei der Krankheitsdiagnose oder -überwachung zu unterstützen. Weil Ultraschall verwendet wird, wird die Unterstützung ohne eine invasive Biopsie und/oder die Zeit und die Kosten für MRI bereitgestellt.
Das Niveau (beispielsweise der Wert) des UNDA-Index oder ein anderer Maßstab der Krankheitsaktivität wird als alphanumerischer Text, als Graph oder als Farbcodierung oder Markierung in einem Gewebe des Patienten repräsentierenden Bild ausgegeben. Beispielsweise wird ein Ultraschallbild des Lebergewebes angezeigt. Das Bild weist eine Angabe des Werts des geschätzten Index der durch Ultraschall abgeleiteten Leberkrankheitsaktivität auf. Es können auch der Fettanteil, eine andere Schätzung von Gewebeeigenschaften und/oder Messungen ausgegeben werden. Jegliche der vorstehend für Schritt 38 erörterten Ausgaben können an Stelle des Fettanteils oder zusätzlich zu diesem mit der Krankheitsaktivität verwendet werden.
4 zeigt eine Grafik des vorhergesagten NAS verglichen mit dem histologischen NAS. Der vorhergesagte NAS ist eine Schätzung der UDNA anhand einer logistischen Regression des Fettanteils, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses auf der Grundlage der Scherwellenausbreitung. Der Index verwendet acht Niveaus für die Bewertung (0 - 7). Auf der Grundlage von 82 Patienten ergibt sich, dass der quadratisch gemittelte Fehler zwischen dem vorhergesagten NAS und dem histologischen NAS 1,14 beträgt. Der vorhergesagte Wert korreliert gut mit dem histologischen NAS, insbesondere für die mittleren Bereichswerte von 2 - 5. Es wird eine gute diagnostische Wirkung bereitgestellt.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur Gewebeeigenschafts- und/oder Krankheitsaktivitätsschätzung anhand Messungen ansprechend auf verschiedene Wellentypen. Das System 10 implementiert das Verfahren aus 1, das Verfahren aus 3 oder andere Verfahren. Das System 10 weist einen Sendestrahlformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeige 20 und einen Speicher 22 auf. Zusätzlich können andere oder weniger Komponenten bereitgestellt werden. Beispielsweise wird eine Benutzereingabe für die Interaktion des Benutzers mit dem System bereitgestellt.
Das System 10 ist ein Ultraschall-Bildgebungssystem für die medizinische Diagnose. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Personalcomputer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung am selben Ort oder über ein Netz verteilt zur Echtzeit- oder Nacherfassungs- Bildgebung.
Der Sende- und der Empfangsstrahlformer 12, 16 bilden einen Strahlformer, der für das Senden und Empfangen unter Verwendung des Wandlers 14 verwendet wird. Es werden Sequenzen von Pulsen ausgesendet und Reaktionen auf der Grundlage des Betriebs oder der Konfiguration des Strahlformers empfangen. Der Strahlformer scannt für das Messen von Streu-, Scherwellen- und/oder ARFI-Parametern. Die Strahlformer 12, 16 sind dafür ausgelegt, Pulssequenzen in einem Patienten mit dem Wandler 14 auszusenden und zu empfangen. Die Pulssequenz ist für einen oder mehrere Streuparameter und für einen oder mehrere Scherwellenparameter vorgesehen.
Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, ein Speicher, ein Pulser, eine Analogschaltung, eine Digitalschaltung oder Kombinationen davon. Der Sendestrahlformer 12 ist in der Lage, Wellenformen für mehrere Kanäle mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasierungen zu erzeugen. Nach dem Aussenden von akustischen Wellen vom Wandler 14 werden ansprechend auf die erzeugten elektrischen Wellenformen ein oder mehrere Strahlen gebildet. Es wird eine Sequenz von Sendestrahlen erzeugt, um ein zwei- oder dreidimensionales Gebiet zu scannen. Es können Sektor-, Vector^®-, Linear- oder andere Scanformate verwendet werden. Das gleiche Gebiet kann mehrere Male unter Verwendung verschiedener Scanlinienwinkel, F-Zahlen und/oder Wellenform-Mittenfrequenzen gescannt werden. Für die Fluss- oder Dopplerbildgebung und für die Scherbildgebung wird eine Scansequenz entlang derselben Linie oder derselben Linien verwendet. Bei der Dopplerbildgebung kann die Sequenz mehrere Strahlen entlang derselben Scanlinie aufweisen, bevor eine benachbarte Scanlinie gescannt wird. Für die Scherbildgebung kann eine Scan- oder Frame-Verschachtelung verwendet werden (d. h. ein Scannen des gesamten Gebiets, bevor erneut gescannt wird). Es kann eine Linien- oder Liniengruppenverschachtelung verwendet werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 12 eine ebene oder divergierende Welle für ein schnelleres Scannen.
Der gleiche Sendestrahlformer 12 erzeugt Impulsanregungen oder elektrische Wellenformen für die Erzeugung akustischer Energie, um eine Auslenkung zu bewirken. Es werden elektrische Wellenformen für akustische Strahlungskraftimpulse erzeugt. Gemäß alternativen Ausführungsformen wird ein anderer Sendestrahlformer für die Erzeugung der Impulsanregung bereitgestellt. Der Sendestrahlformer 12 veranlasst den Wandler 14, Pushing-Pulse oder akustische Strahlungskraftpulse zu erzeugen.
Der Wandler 14 ist ein Array zur Erzeugung akustischer Energie anhand elektrischer Wellenformen. Für ein Array fokussieren relative Verzögerungen die akustische Energie. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht dem Aussenden akustischer Energie durch verschiedene Elemente zu im Wesentlichen der gleichen Zeit bei den gegebenen Verzögerungen. Das Sendeereignis kann einen Ultraschallenergiepuls zur Auslenkung des Gewebes bereitstellen. Der Puls kann eine Impulsanregung, ein Verfolgungspuls, ein B-Moden-Puls oder ein Puls für andere Messungen sein. Die Impulsanregung weist Wellenformen mit vielen Zyklen (beispielsweise 500 Zyklen) auf, die jedoch in einer verhältnismäßig kurzen Zeit auftreten, um eine Gewebeauslenkung über eine längere Zeit zu bewirken. Ein Verfolgungspuls kann eine B-Moden-Aussendung, beispielsweise unter Verwendung von 1 - 5 Zyklen, sein. Die Verfolgungspulse werden zum Scannen eines Gebiets eines Patienten verwendet.
Der Wandler 14 ist ein 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionales Array piezoelektrischer oder kapazitiver Membranelemente. Der Wandler 14 weist mehrere Elemente für die Wandlung zwischen akustischen und elektrischen Energien auf. Empfangssignale werden ansprechend darauf erzeugt, dass Ultraschallenergie (Echos) auf die Elemente des Wandlers 14 trifft. Die Elemente verbinden mit Kanälen des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16. Alternativ wird ein einziges Element mit einer mechanischen Fokussierung verwendet.
Der Empfangsstrahlformer 16 weist mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasendrehern und einem oder mehreren Summierern auf. Jeder Kanal verbindet mit einem oder mehreren Wandlerelementen. Der Empfangsstrahlformer 16 wird durch Hardware oder Software dafür ausgelegt, relative Verzögerungen, Phasen und/oder eine Apodisierung zur Bildung eines oder mehrerer Empfangsstrahlen ansprechend auf jede Bildgebungs- oder Verfolgungsaussendung anzuwenden. Der Empfangsvorgang kann nicht für Echos von der für die Auslenkung von Gewebe verwendeten Impulsanregung auftreten. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt räumliche Orte repräsentierende Daten unter Verwendung der Empfangssignale aus. Relative Verzögerungenen und/oder die Phasierung und Summation von Signalen von verschiedenen Elementen stellen die Strahlformung bereit. Gemäß alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zur Erzeugung von Proben unter Verwendung von Fourier- oder anderen Transformationen.
Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter in der Art eines Filters zur Isolation von Informationen bei einer zweiten Harmonischen oder einem anderen Frequenzband in Bezug auf das Sendefrequenzband aufweisen. Diese Informationen können wahrscheinlicher Informationen über gewünschtes Gewebe, Kontrastmittel und/oder eine Strömung aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und ein Filter oder einen Addierer auf. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen bei einem gewünschten Frequenzband in der Art einer zweiten Harmonischen, eines kubischen Grundbands oder eines anderen Bands zu isolieren.
Der Empfangsstrahlformer 16 erzeugt in Koordination mit dem Sendestrahlformer 12 das Gebiet repräsentierende Daten. Für die Verfolgung einer Scherwelle oder einer axialen longitudinalen Welle werden das Gebiet repräsentierende Daten zu verschiedenen Zeiten erzeugt. Nach der Anregung des akustischen Impulses erzeugt der Empfangsstrahlformer 16 Strahlen, die Stellen entlang einer oder mehrerer Linien zu verschiedenen Zeiten repräsentieren. Durch Scannen des interessierenden Gebiets mit Ultraschall werden Daten (beispielsweise strahlgeformte Proben) erzeugt. Durch Wiederholen des Scannens werden das Gebiet zu verschiedenen Zeiten nach der Impulsanregung repräsentierende Ultraschalldaten erfasst.
Der Empfangsstrahlformer 16 gibt räumliche Orte repräsentierende strahlsummierte Daten aus. Es werden Daten für einen einzigen Ort, Orte entlang einer Linie, Orte für einen Bereich oder Orte für ein Volumen ausgegeben. Es kann eine dynamische Fokussierung bereitgestellt werden. Die Daten können verschiedenen Zwecken dienen. Beispielsweise werden andere Teile eines Scans für B-Moden- oder Gewebedaten als für eine Auslenkung ausgeführt. Alternativ werden die B-Moden-Daten auch zur Bestimmung der Auslenkung verwendet. Bei einem anderen Beispiel werden Daten für verschiedene Typen von Messungen mit einer Reihe geteilter Scans erfasst und wird ein B-Moden- oder Doppler-Scannen getrennt oder unter Verwendung einiger derselben Daten ausgeführt.
Der Bildprozessor 18 ist ein B-Moden-Detektor, ein Dopplerdetektor, ein Gepulste-Wellen-Dopplerdetektor, ein Korrelationsprozessor, ein Fouriertransformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, ein feldprogrammierbares Gate-Array, ein Digitalsignalprozessor, eine Analogschaltung, eine Digitalschaltung, Kombinationen davon oder eine andere nun bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von Informationen für die Anzeige anhand strahlgeformter Ultraschallproben. Gemäß einer Ausführungsform weist der Bildprozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen getrennten Bildprozessor auf. Der getrennte Bildprozessor ist ein Steuerprozessor, ein allgemeiner Prozessor, ein Digitalsignalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, ein Netz, ein Server, eine Prozessorgruppe, ein Datenpfad, Kombinationen davon oder eine andere nun bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Berechnen von Werten verschiedener Parametertypen anhand strahlgeformter und/oder erfasster Ultraschalldaten und/oder zur Schätzung anhand der Werte von den verschiedenen Messungstypen. Beispielsweise wird der getrennte Bildprozessor durch Hardware, Firmware und/oder Software dafür ausgelegt, die in 1 dargestellten Schritte 34 - 38 und/oder die in 3 dargestellten Schritte 34 - 42 auszuführen.
Der Bildprozessor 18 wird dafür ausgelegt, einen Wert für die Gewebeeigenschaft und/oder Krankheitsaktivität anhand einer Kombination verschiedener Parametertypen zu schätzen. Beispielsweise werden ein gemessener Streuparameter und ein, zwei oder mehr gemessene Scherwellenparameter verwendet. Die verschiedenen Parametertypen werden auf der Grundlage der Sende- und Empfangssequenzen gemessen und anhand der Ergebnisse berechnet. Die Werte einer oder mehrerer Messungen jeweiliger von wenigstens zwei der Parametertypen (beispielsweise Streuung, Scherwellenausbreitung oder axialer ARFI) werden für die Schätzung des Fettanteils bestimmt. Die Werte eines oder mehrerer Streu- und eines oder mehrerer (beispielsweise zwei) Scherwellen-Ausbreitungsparameter werden für die Schätzung der Leberkrankheitsaktivität bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform schätzt der Bildprozessor 18 die Gewebeeigenschaft auf der Grundlage der verschiedenen Parametertypen oder Messungen der Gewebereaktion auf verschiedene Typen von Wellenfronten. Bei der Schätzung wird ein maschinengelernter Klassifizierer angewendet. Die Eingangswerte der Messungen mit oder ohne andere Informationen werden von einer erlernten Matrix verwendet, um einen Wert der Gewebeeigenschaft auszugeben. Gemäß anderen Ausführungsformen verwendet der Bildprozessor 18 eine gewichtete Kombination der Werte der Parameter. Beispielsweise werden zwei oder mehr Funktionen bereitgestellt. Unter Verwendung des Werts eines oder mehrerer Parameter (beispielsweise der Scherwellengeschwindigkeit) wird eine der Funktionen ausgewählt. Die ausgewählte Funktion verwendet die Werte derselben und/oder anderer Parameter zur Bestimmung des Werts der Gewebeeigenschaft. Eine lineare oder nichtlineare Abbildung stellt eine Beziehung zwischen Werten eines oder mehrerer Parameter und dem Wert der Gewebeeigenschaft her. Beispielsweise werden zwei oder mehr Streuparameter verwendet, um den Wert der Gewebeeigenschaft mit einer ausgewählten Scherwellenausbreitungsfunktion zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Bildprozessor 18 dafür ausgelegt, einen Wert für einen Index der Krankheitsaktivität anhand einer Kombination eines oder mehrerer Streuparameter und eines oder mehrerer (beispielsweise zwei) Scherwellenparameter zu erzeugen. Beispielsweise schätzt der Bildprozessor 18 den Fettanteil der Leber des Patienten anhand eines oder mehrerer Streuparameter. Der Bildprozessor 18 erzeugt den Wert als eine durch Ultraschall abgeleitete nicht alkoholische Leberkrankheitsaktivität anhand des Fettanteils und von zwei oder mehr Scherwellenparametern. Der Wert wird mit einem maschinengelernten Klassifizierer oder einem logistischen Regressionsmodell erzeugt. Beispielsweise stellt das logistische Regressionsmodell eine Beziehung zwischen dem Streuparameter (beispielsweise dem akustischen Rückstreukoeffizienten) und zwei oder mehr Scherwellenparametern (beispielsweise Scherwellengeschwindigkeit und Scherwellen-Dämpfungsverhältnis) und dem Niveau der Krankheitsaktivität her.
Der Prozessor 18 wird dafür ausgelegt, ein oder mehrere Bilder zu erzeugen. Beispielsweise wird ein Bild der Scherwellengeschwindigkeit, der B-Mode, eines Kontrastmittels, der M-Mode, einer Strömungs- oder Farbmode, des ARFI und/oder eines anderen Typs erzeugt. Das Bild der Scherwellengeschwindigkeit, der Strömung oder des ARFI kann allein oder als eine Überlagerung oder interessierendes Gebiet innerhalb eines B-Moden-Bilds präsentiert werden. Die Scherwellengeschwindigkeits-, Strömungs- oder ARFI-Daten modulieren die Farbe an Stellen im interessierenden Gebiet. Wo die Scherwellengeschwindigkeits-, Strömungs- oder ARFI-Daten unterhalb einer Schwelle liegen, können B-Moden-Informationen ohne Modulation durch die Scherwellengeschwindigkeit angezeigt werden.
Andere Informationen werden in das Bild aufgenommen oder sequenziell oder im Wesentlichen gleichzeitig dargestellt. Beispielsweise werden ein Gewebeeigenschafts-Schätzbild und/oder ein Krankheitsaktivitätsniveau zur gleichen Zeit wie das andere Bild angezeigt. Ein Wert oder Werte der Gewebeeigenschaft und/oder eine Krankheitsaktivitätskarte können Informationen anzeigen. Wenn die Gewebeeigenschaft und/oder die Krankheitsaktivität an verschiedenen Stellen gemessen werden, können die Werte der Gewebeeigenschaft und/oder der Krankheitsaktivität als Farbüberlagerung im interessierenden Gebiet in B-Moden-Bildern erzeugt werden. Die Scherwellengeschwindigkeits-, Gewebeeigenschafts- und/oder Krankheitsaktivitätsdaten können als einzelne Überlagerung auf einem B-Moden-Bild kombiniert werden. Alternativ werden der Wert oder die Werte der Gewebeeigenschaft und/oder der Krankheitsaktivität als Text oder Zahlenwert(e) angrenzend an ein B-Moden- oder Scherwellen-Bildgebungsbild oder diesem überlagert angezeigt. Der Bildprozessor 18 kann dafür ausgelegt werden, andere Anzeigen zu erzeugen. Beispielsweise wird das Scherwellen-Geschwindigkeitsbild neben einem Graphen, Text oder grafischen Indikatoren der Gewebeeigenschaft in der Art des Fettanteils und/oder des Fibrosegrads und/oder der Krankheitsaktivität in der Art eines das UDNA-Niveau angebenden Indexwerts angezeigt. Die Gewebeeigenschaftsinformationen und/oder die Krankheitsaktivität werden für eine oder mehrere Stellen des interessierenden Gebiets präsentiert, ohne dass sie sich in einer getrennten zwei- oder dreidimensionalen Repräsentation befinden, beispielsweise wenn der Benutzer eine Stelle auswählt und der Ultraschallscanner dann die Gewebeeigenschaft und/oder Krankheitsaktivität für diese Stelle präsentiert.
Der Bildprozessor 18 arbeitet gemäß im Speicher 22 oder einem anderen Speicher gespeicherter Befehle für die Schätzung anhand Messungen einer Gewebereaktion auf verschiedene Wellentypen (beispielsweise Streuung von ausgesendetem Ultraschall, Gewebeauslenkung auf der Achse und/oder durch Gewebeauslenkung hervorgerufene Scherwelle). Der Speicher 22 ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium. Die Befehle zur Implementation der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf den computerlesbaren Speichermedien oder Speichern in der Art eines Caches, eines Puffers, eines RAMs, entfernbarer Medien, einer Festplatte oder anderer computerlesbarer Speichermedien bereitgestellt. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen flüchtiger und nichtflüchtiger Speichermedien. Die in den Figuren dargestellten oder hier beschriebenen Funktionen, Schritte oder Aufgaben werden ansprechend auf einen oder mehrere Befehlssätze, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind, ausgeführt. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind vom bestimmten Typ des Befehlssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie unabhängig und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien eine Mehrfachverarbeitung, ein Multitasking, eine Parallelverarbeitung und dergleichen einschließen. Gemäß einer Ausführungsform werden die Befehle auf einer entfernbaren Medienvorrichtung zum Lesen durch lokale oder ferne Systeme gespeichert. Gemäß anderen Ausführungsformen werden die Befehle an einer fernen Stelle zur Übertragung über ein Computernetz oder über Telefonleitungen gespeichert. Gemäß wieder anderen Ausführungsformen werden die Befehle innerhalb eines gegebenen Computers, einer gegebenen CPU, einer gegebenen GPU oder eines gegebenen Systems gespeichert.
Die Anzeige 20 ist eine Vorrichtung in der Art einer CRT-, LCD-, Projektor-, Plasma- oder anderen Anzeige zur Darstellung ein- oder zweidimensionaler Bilder oder dreidimensionaler Repräsentationen. Die zweidimensionalen Bilder repräsentieren die räumliche Verteilung in einem Bereich. Die dreidimensionalen Repräsentationen werden anhand die räumliche Verteilung in einem Volumen repräsentierender Daten gerendert. Die Anzeige 20 wird durch den Bildprozessor 18 oder eine andere Vorrichtung durch die Eingabe der als Bild anzuzeigenden Signale konfiguriert. Die Anzeige 20 zeigt ein die Gewebeeigenschaft und/oder Krankheitsaktivität für eine einzige Stelle repräsentierendes Bild (beispielsweise über benachbarte Stellen aufweisende Gewebeeigenschaftsschätzungen gemittelt), in einem interessierenden Gebiet oder in einem ganzen Bild. Beispielsweise zeigt die Anzeige 20 einen Wert für den Fettanteil und/oder eine Bewertung für einen Index der Krankheitsaktivität. Die Anzeige der Gewebeeigenschaft und/oder der Krankheitsaktivität auf der Grundlage der verschiedenen Wellentypen stellt genauere Gewebeeigenschafts- oder Krankheitsniveauinformationen für die Diagnose bereit.
Wenngleich die Erfindung vorstehend mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher vorgesehen, dass die vorhergehende detaillierte Beschreibung als erläuternd und nicht als einschränkend angesehen wird und dass verstanden wird, dass die folgenden Ansprüche einschließlich aller Entsprechungen den Grundgedanken und den Schutzumfang dieser Erfindung definieren sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15/716444 [0001]
US 62/482606 [0001]
US 2016/0302769 [0078]

Claims

Verfahren zur Schätzung der Aktivität einer nicht alkoholischen Leberkrankheit mit einem Ultraschallscanner, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Erzeugen (30) eines ersten Maßes der Streuung in Gewebe anhand eines Scans eines Patienten durch den Ultraschallscanner, wobei das erste Maß der Streuung einen Rückstreukoeffizienten aufweist, Erzeugen (32) zweiter und dritter Maße der Scherwellenausbreitung im Gewebe anhand des Scans des Patienten durch den Ultraschallscanner, wobei das zweite Maß die Scherwellengeschwindigkeit umfasst und das dritte Maß das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis umfasst, Schätzen (40) eines ersten Werts für einen durch Ultraschall abgeleiteten Aktivitätsindex einer Leberkrankheit anhand des Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses und Ausgeben (42) eines Ultraschallbilds, das eine Angabe des ersten Werts des durch Ultraschall abgeleiteten Aktivitätsindex der Leberkrankheit als Schätzung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (30, 32) des ersten, des zweiten und des dritten Maßes anhand des Scans getrennte Sende- und Empfangsereignisse für (1) das erste Maß der Streuung und (2) das zweite und das dritte Maß der Scherwellenausbreitung auftreten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (30) des ersten Maßes der Streuung ein frequenzabhängiger Rückstreukoeffizient als Rückstreukoeffizient erzeugt wird (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (32) des dritten Maßes das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis als ein Verhältnis zwischen dem Realteil und dem Imaginärteil einer komplexen Zahl anhand einer Fouriertransformation durch die Scherwellenausbreitung hervorgerufener räumlich-zeitlicher Auslenkungen erzeugt wird (32).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (32) des dritten Maßes das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis anhand einer Scherwellenabschwächung und einer Scherwellendispersion erzeugt wird (32).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schätzen (40) des ersten Werts der Fettanteil der Leber des Patienten anhand einer akustischen Abschwächung, des Rückstreukoeffizienten und der Scherwellengeschwindigkeit geschätzt wird (34) und der erste Wert des durch Ultraschall abgeleiteten Aktivitätsindex der Leberkrankheit anhand des Fettanteils, des Dämpfungsverhältnisses und der Scherwellengeschwindigkeit geschätzt wird (40).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Schätzen (40) des ersten Werts mit einer logistischen Regression des Fettanteils, der Scherwellengeschwindigkeit und des Dämpfungsverhältnisses geschätzt wird (40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schätzen (40) mit einem maschinengelernten Klassifizierer geschätzt wird (40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schätzen (40) mit einem logistischen Regressionsmodell geschätzt wird (40).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei beim Schätzen (40) mit dem logistischen Regressionsmodell als logistische Regression des Rückstreukoeffizienten, der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses geschätzt wird (40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (30) des Maßes der Streuung das Maß der Streuung als anhand mehrerer Aussendungen gemitteltes frequenzabhängiges Maß erzeugt wird (30).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erzeugen (30, 32) des ersten, des zweiten und des dritten Maßes ein adaptives Scannen ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schätzen (40) als Funktion klinischer Informationen für den Patienten geschätzt wird (40).
System zum Schätzen einer Krankheitsaktivität, wobei das System Folgendes aufweist: einen Wandler (14), einen Strahlformer (12, 16), der dafür ausgelegt ist, Pulssequenzen in einem Patienten mit dem Wandler (14) auszusenden und zu empfangen, wobei die Pulssequenzen für einen Streuparameter und für einen ersten und einen zweiten Scherwellenparameter vorgesehen sind, einen Bildprozessor (18), der dafür ausgelegt ist, einen Wert für einen Index der Krankheitsaktivität anhand einer Kombination des Streuparameters, des ersten Scherwellenparameters und des zweiten Scherwellenparameters zu erzeugen, und eine Anzeige (20), die dafür ausgelegt ist, den Wert für den Index der Krankheitsaktivität anzuzeigen.
System nach Anspruch 14, wobei der Bildprozessor (18) dafür ausgelegt ist, den Wert mit einem maschinengelernten Klassifizierer zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, wobei der Bildprozessor (18) dafür ausgelegt ist, den Wert mit einem logistischen Regressionsmodell des Streuparameters, des ersten Scherwellenparameters und des zweiten Scherwellenparameters zu erzeugen.
System nach Anspruch 14, wobei der Streuparameter den akustischen Rückstreukoeffizienten umfasst, der erste Scherwellenparameter die Scherwellengeschwindigkeit umfasst und der dritte Scherwellenparameter das Scherwellen-Dämpfungsverhältnis umfasst.
System nach Anspruch 14, wobei der Bildprozessor (18) dafür ausgelegt ist, den Fettanteil der Leber des Patienten anhand des Streuparameters zu schätzen, und der Bildprozessor (18) dafür ausgelegt ist, den Wert als durch Ultraschall abgeleitete Aktivität einer nicht alkoholischen Leberkrankheit anhand des Fettanteils, des ersten Scherwellenparameters und des zweiten Scherwellenparameters zu erzeugen.
Verfahren zur Schätzung der Aktivität einer Leberkrankheit mit einem Ultraschallsystem, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bestimmen (30) mehrerer Streuparameter von Lebergewebe eines Patienten durch das Ultraschallsystem, Bestimmen (32) mehrerer Scherwellenparameter des Lebergewebes des Patienten durch das Ultraschallsystem, Schätzen (34) des Fettanteils anhand wenigstens eines der Streuparameter, Schätzen (40) des Niveaus der Leberkrankheitsaktivität anhand des Fettanteils und wenigstens eines der Scherwellenparameter und Anzeigen (42) des Niveaus der Leberkrankheitsaktivität.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei beim Schätzen (34) des Fettanteils anhand der akustischen Abschwächung und der akustischen Streuung als Streuparameter geschätzt wird (34) und wobei beim Schätzen (40) des Niveaus der Leberkrankheitsaktivität anhand des Fettanteils und der Scherwellengeschwindigkeit und des Scherwellen-Dämpfungsverhältnisses als Scherwellenparameter geschätzt wird (40).