FR2969308A1

FR2969308A1 - Procedes et systemes pour ameliorer la correlation d'ondes de deplacement a cisaillement

Info

Publication number: FR2969308A1
Application number: FR1159149A
Authority: FR
Inventors: Christopher Robert Hazard; Kenneth Wayne Rigby
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2012-06-22
Also published as: JP2012125549A; DE102011054467A1; US20120158323A1; US8494791B2; JP5829882B2

Abstract

Procédés et systèmes (100) pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement. Le procédé comprend l'application d'une ou plusieurs impulsions de référence à une pluralité de zones cibles (102) afin de détecter des positions initiales correspondantes. Par ailleurs, une pluralité de segments d'impulsion de poussée sont appliqués à un ou plusieurs emplacements de poussée, un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée étant adaptés pour générer une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue. De plus, une ou plusieurs impulsions de suivi peuvent être appliquées à la pluralité de zones cibles (102) pour détecter des déplacements d'au moins un sous-ensemble des zones cibles (102) en fonction du temps. En particulier, les déplacements sont déterminés en tant qu'échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement. Ensuite, un décalage de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes (102) du sous-ensemble de la pluralité de zones cibles (102) est détecté.

Description

B11-3782FR, 1 Procédés et systèmes pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement Des formes de réalisation de l'invention portent sur l'imagerie échographique et, plus particulièrement, l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement avec une amélioration de l'estimation de la vitesse des ondes de cisaillement. L'échographie diagnostique médicale est un mode d'imagerie qui emploie des ultrasons pour examiner les propriétés acoustiques de tissus biologiques et produire une image correspondante. En particulier, des systèmes d'échographie diagnostique sont employés pour visualiser des muscles, des tendons et de nombreux organes internes afin d'appréhender leurs dimensions, leur structure et d'éventuelles lésions pathologiques au moyen d'images tomographiques en temps réel. Par ailleurs, l'échographie diagnostique trouve également des applications dans des procédures thérapeutiques où on se sert d'une sonde échographique pour guider des procédures d'interventions telles que des biopsies.

La production d'impulsions d'ultrasons et la détection de l'énergie réfléchie s'effectuent d'ordinaire grâce à une pluralité de transducteurs situés dans la sonde échographique à proximité ou au contact d'un patient. Ces transducteurs comprennent ordinairement des éléments électromécaniques aptes à convertir de l'énergie électrique en énergie mécanique pour l'émission et à reconvertir l'énergie mécanique en signaux électriques lors de la réception. Ces signaux électriques sont en outre traités et transformés en image numérique de la zone cible, par exemple des tissus biologiques.

Des techniques d'imagerie échographique récentes emploient des ondes de cisaillement d'origine acoustique afin de déterminer les propriétés mécaniques de tissus biologiques. En particulier, certaines de ces techniques dépistent des déplacements induits par des ondes de cisaillement dans une zone concernée afin de déterminer des propriétés mécaniques des tissus telles que la vitesse de cisaillement et le module d'élasticité de cisaillement. Des ondes de cisaillement sont générées dans un fantôme ou dans des tissus cibles en appliquant une ou plusieurs impulsions de poussée à une zone cible. Les impulsions de poussée ont ordinairement une plus grande amplitude et une plus grande longueur que les impulsions acoustiques employées en imagerie échographique en mode B ou Doppler couleur. De la sorte, les impulsions de poussée génèrent des ondes de cisaillement qui se propagent depuis le point d'origine à travers les tissus en provoquant dans les tissus, en de multiples emplacements, des déplacements qui varient dans le temps. Par ailleurs, les déplacements provoqués par l'onde de cisaillement peuvent être détectés à l'aide d'impulsions de suivi d'un Doppler classique. Le suivi des déplacements provoqués par l'onde de cisaillement, en fonction du temps, en de multiples emplacements permet une estimation de la vitesse de cisaillement, laquelle est elle-même liée à une ou plusieurs propriétés mécaniques des tissus. La caractérisation des propriétés mécaniques des tissus, telles que la rigidité à cisaillement, au moyen d'une estimation de la vitesse de cisaillement, a d'importantes applications médicales, car ces propriétés sont étroitement liées à l'état des tissus d'un point de vue pathologique. Normalement, au moins une partie d'un tissu peut devenir plus rigide que les tissus environnants, ce qui signale l'apparition ou la présence d'une maladie telle qu'un cancer, une tumeur, une fibrose, une stéatose ou autres états de ce type.

Cependant, les techniques classiques d'estimation de la vitesse de cisaillement souffrent de la faiblesse inhérente du rapport signal/bruit (RSB), qui a pour conséquence un suivi inefficace de l'onde de cisaillement, susceptible d'aboutir en outre à des erreurs dans les calculs de vitesse et de rigidité. Les valeurs de rigidité erronées risquent à leur tour d'avoir une incidence sur la précision d'un diagnostic médical. Les tentatives d'amélioration du RSB par un accroissement de l'amplitude et/ou de la durée des impulsions servant à créer les ondes de cisaillement risquent d'aboutir à une augmentation de la dose de rayonnement acoustique à des fins cliniques et, par conséquent, risquent de ne pas aboutir. Ainsi, il est souhaitable de mettre au point des procédés et des systèmes pour améliorer l'efficacité de l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement. En particulier, on a besoin de procédés et de systèmes qui, par exemple, améliorent l'estimation de la vitesse des ondes de cisaillement, les fréquences de trames et la résolution spatiale tout en réalisant des doses optimales d'ultrasons. Selon des aspects de la présente technique, il est proposé un procédé pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement. Le procédé comprend l'application d'une ou plusieurs impulsions de référence à une pluralité de zones cibles afin de détecter les positions initiales de la pluralité de zones cibles. En outre, une pluralité de segments d'impulsion de poussée sont appliqués à un ou plusieurs emplacements de poussée. En particulier, un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée sont conçus pour générer au moins une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue. En outre, une ou plusieurs impulsions de suivi sont appliquées à la pluralité de zones cibles pour détecter des déplacements d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles en fonction du temps. En particulier, les déplacements sont déterminés en tant qu'échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement. Ensuite est déterminé un décalage entre l'onde de déplacement à cisaillement détectée d'au moins deux zones cibles différentes du sous-ensemble de la pluralité de zones cibles. Selon une caractéristique, le procédé comprend en outre l'estimation d'un module d'élasticité à cisaillement, d'une viscosité ou d'une combinaison de ceux-ci, correspondant à la pluralité des zones cibles d'après le décalage déterminé de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins les deux zones cibles différentes. Selon des aspects du présent système, il est proposé un système d'imagerie échographique. Le système comprend une matrice de transducteurs qui applique une pluralité d'impulsions à une pluralité de zones cibles. A cette fin, la pluralité d'impulsions comprend une ou plusieurs impulsions de référence, une ou plusieurs impulsions de suivi appliquées à la pluralité de zones cibles et au moins une impulsion de poussée appliquée sous la forme d'une pluralité de segments d'impulsion de poussée à un ou plusieurs emplacements de poussée. Le système comprend en outre une unité de conformation d'impulsions communiquant avec la matrice de transducteurs. L'unité de conformation d'impulsions génère au moins une onde de déplacement à cisaillement dotée d'une forme d'onde voulue, à l'aide d'un ou de plusieurs paramètres adéquats correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée. De plus, le système comprend également une unité centrale coopérant avec l'unité de conformation d'impulsions et/ou la matrice de transducteurs. L'unité centrale adapte le/les paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée pour permettre à l'unité de conformation d'impulsions de générer l'onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue. En outre, l'unité centrale traite des données reçues d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles en réponse à la pluralité de segments d'impulsion de poussée afin de déterminer des déplacements de la pluralité de zones cibles, les déplacements étant des échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement. Ensuite, l'unité centrale détermine un décalage entre l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes dans le sous-ensemble de la pluralité de zones cibles. Selon un autre aspect de la présente technique, un support de stockage non transitoire exploitable par ordinateur, avec un programme exécutable dans celui-ci pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacements à cisaillement est décrit. En particulier, le programme exécutable demande à une unité centrale d'appliquer une ou plusieurs impulsions de référence à une pluralité de zones cibles afin de détecter des positions initiales correspondantes. Par ailleurs, une pluralité de segments d'impulsion de poussée sont appliqués à un ou plusieurs emplacements de poussée suite à une instruction du programme. A cette fin, un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée sont conçus pour générer au moins une onde de déplacement à cisaillement ayant une forme d'onde voulue. De plus, une ou plusieurs impulsions de suivi sont appliquées à la/aux zones cibles pour détecter des déplacements d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles en fonction du temps. En particulier, les déplacements sont déterminés en tant qu'échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement. Ensuite, le programme demande à une unité centrale de déterminer un décalage d'une onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes dans le sous-ensemble de la pluralité de zones cibles. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non 5 limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de système d'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement selon des aspects du présent système ; - la figure 2 est un organigramme illustrant un exemple de 10 procédé d'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement pour améliorer l'estimation de la vitesse d'ondes de cisaillement, selon des aspects de la présente technique ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple de suite d'impulsions servant à générer une onde de 15 cisaillement, qui induit des niveaux de déplacements variables dans une zone cible, à l'aide du procédé selon la figure 2 ; et - la figure 4 est une représentation graphique d'un exemple de configuration de déplacements relatifs d'une pluralité d'emplacements d'un fantôme, provoqués par l'onde de cisaillement 20 générée à l'aide de la suite d'impulsions de la figure 3. La description ci-après présente des systèmes et des procédés pour améliorer l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement (IEOC). En particulier, certaines formes de réalisation illustrées ici décrivent les systèmes et les procédés qui améliorent 25 fortement la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement, et donc l'estimation de caractéristiques mécaniques telles que la rigidité à cisaillement tout en réalisant une image d'un objet cible tel que des tissus biologiques. Bien que la description ci-après ne comprenne que peu de formes de réalisation, les systèmes et 30 procédés d'IEOC peuvent être mis en oeuvre dans divers autres systèmes et applications d'imagerie afin de réaliser une imagerie améliorée avec une commande optimisée du traitement et des doses. Par exemple, les systèmes et procédés d'IEOC peuvent également servir pour contrôler l'administration de médicaments et de gènes cibles et pour des essais non destructifs de matières élastiques telles que des matières plastiques et des composites pour l'industrie aérospatiale, et peuvent se prêter à l'imagerie échographique. Les systèmes et procédés décrits dans la présente invention trouvent également une utilisation dans la détection de lésions cancéreuses du sein, de la thyroïde, du foie ou d'autres organes. De plus, les présents systèmes et procédés peuvent également servir à contribuer au diagnostic et à la détermination du stade d'une fibrose du foie, et à contribuer à contrôler des thérapies dont les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU), l'ablation par radiofréquence (RFA) et la brachythérapie. Un exemple d'environnement qui convient pour mettre en oeuvre diverses formes de réalisation du présent système est décrit, dans les chapitres qui suivent, en référence à la figure 1. La figure 1 représente un système échographique 100 pour générer des images d'une zone cible 102 à l'aide d'impulsions ultrasonores. Par exemple, la zone cible 102 peut comprendre un ou plusieurs tissus biologiques tels que des tissus cardiaques, des tissus hépatiques, des tissus mammaires, des tissus prostatiques, des tissus thyroïdiens, des ganglions lymphatiques, des structures vasculaires et/ou autres objets se prêtant à l'imagerie échographique. En outre, les signaux échographiques peuvent comprendre, par exemple, une ou plusieurs impulsions de référence, une ou plusieurs impulsions de poussée et/ou une ou plusieurs impulsions de suivi. Au sens de la présente description, l'expression "impulsion de référence" désigne un faisceau d'ultrasons déclenché à un moment où un mouvement ou une ampleur connue de mouvement est peu prévisible. L'impulsion de référence est ordinairement déclenchée avant une impulsion de poussée, ou longtemps après une poussée à un instant où on considère que les tissus sont revenus en position de repos ou d'équilibre. En particulier, l'impulsion de référence est déclenchée afin de détecter une position initiale ou de référence de la zone cible 102. L'expression "impulsion de poussée" désigne un faisceau d'ultrasons de haute énergie servant à déplacer des tissus cibles. Ordinairement, l'impulsion de poussée a une énergie d'émission plus forte que l'impulsion de référence. En outre, l'expression "impulsion de suivi" décrit un faisceau d'ultrasons semblable à une impulsion de référence servant à détecter la position de la zone cible 102 à un instant particulier. Par exemple, l'impulsion de suivi peut être appliquée peu après l'application d'une impulsion de poussée afin de déterminer une position déplacée de la zone cible 102. De la sorte, dans une forme de réalisation, le système 100 comprend des circuits d'émission 104 qui génèrent une onde pulsée pour exciter une matrice 106 d'éléments transducteurs 108, par exemple des cristaux piézoélectriques dans une sonde 110 à transducteurs, afin d'émettre des signaux ultrasonores pulsés vers un corps ou un volume. Au moins une partie des signaux ultrasonores pulsés sont rétrodiffusés depuis la zone cible 102 afin de produire des échos qui reviennent à la matrice 106 de transducteurs. Les éléments transducteurs 108 convertissent ces signaux d'échos en signaux électriques et peuvent communiquer les signaux électriques à des circuits de réception 112 pour la suite de leur traitement. Dans une forme de réalisation, le système 100 comprend en outre une unité centrale 114 qui commande le fonctionnement des circuits d'émission 104 et des circuits de réception. A cette fin, l'unité centrale 114 comprend un ou plusieurs processeurs généraux ou à applications spécifiques, des processeurs de signaux numériques, des micro-ordinateurs, des microcontrôleurs, des circuits intégrés à applications spécifiques (ASIC), des réseaux prédiffusés programmables par l'utilisateur (FPGA) ou autres dispositifs appropriés communiquant avec d'autres composants du système 100. Dans certaines formes de réalisation, l'unité centrale 114 fonctionne en réponse à des instructions reçues d'un opérateur humain par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs dispositifs de saisie 116 tels qu'un clavier, un écran tactile, une souris, des touches et/ou des commutateurs. L'unité centrale 114 produit des signaux de commande et de synchronisation pour commander l'ordre d'application des différentes impulsions, la fréquence d'application des impulsions de suivi et des impulsions de poussée, un délai entre deux impulsions différentes, l'intensité du faisceau et/ou d'autres paramètres du système d'imagerie. En particulier, selon des aspects de la présente technique, l'unité centrale 114 fournit des signaux de synchronisation et de commande appropriés aux circuits d'émission 104 pour délivrer à travers la zone cible 102 une force de poussée qui induit une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue. A cette fin, l'unité centrale 114 divise une impulsion de poussée, ayant la force de poussée voulue, en segments plus courts afin de créer une pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts. De plus, l'unité centrale 114 adapte un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts de manière à générer une onde de cisaillement qui induit des déplacements voulus en une pluralité de points le long de la zone cible 102. Par exemple, le/les paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts comprennent l'amplitude, la fréquence, la longueur d'impulsion, la forme d'onde et/ou le rapport cyclique. En particulier, l'unité centrale 114 détermine des valeurs appropriées du/des paramètres pour chaque segment de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts afin de générer l'onde à cisaillement à forme sinusoïdale, triangulaire, Sinc ou codée voulue. Dans une forme de réalisation, le choix des formes d'ondes voulues peut reposer sur l'algorithme particulier servant à détecter le décalage dans les ondes de déplacement à cisaillement et/ou une forme statistique particulière de bruit rencontrée pendant le processus d'imagerie. En outre, dans certaines formes de réalisation, l'unité centrale 114 peut stocker les valeurs déterminées du/des paramètres dans un dispositif de mémoire 118 en vue de la suite du traitement. A cet effet, le dispositif de mémoire 118 peut comprendre des dispositifs de stockage tels qu'une mémoire vive, une mémoire morte, un lecteur de disque, un dispositif de mémoire à semiconducteurs et/ou une mémoire flash. Selon une autre possibilité, l'unité centrale 114 communique les valeurs déterminées à un circuit de conformation 120 d'impulsions, faisant partie des circuits d'émission 104, qui génère la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts. En outre, ces segments d'impulsion de poussée plus courts génèrent une onde de déplacement à cisaillement ayant un code numérique en convolution avec une fonction delta, un code multiniveau en convolution avec une fonction delta, une onde sinusoïdale, une onde carrée, une onde Sinc ou des combinaisons de ceux-ci. De la sorte, le circuit de conformation 120 d'impulsions peut comprendre, par exemple, un ou plusieurs amplificateurs, convertisseurs analogiques-numériques, convertisseurs numériques-analogiques, filtres, une mémoire et/ou une interface pour bus PCI (non représentés). Bien que la figure 1 représente le circuit de conformation 120 d'impulsions comme faisant partie des circuits d'émission 104, certaines formes de réalisation peuvent employer un système indépendant pour la conformation d'impulsions. Selon une autre possibilité, le circuit de conformation 120 d'impulsions peut faire partie d'un autre composant du système, par exemple l'unité centrale 114, pour générer la suite d'impulsions composée de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts ayant le/les paramètres adéquats pour générer l'onde à conformation. L'inclusion d'éléments à conformation dans la suite d'impulsions d'excitation composée de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts en modifiant le/les paramètres donne une onde de cisaillement qui induit des niveaux correspondants de déplacements en différents points le long de la zone visée 102. En particulier, les déplacements ainsi obtenus ont approximativement la forme et l'emplacement des éléments inclus dans la suite d'impulsions d'excitation et en convolution avec la réponse du reste du système. Par exemple, on sait que la longueur des impulsions est proportionnelle au déplacement induit. De la sorte, dans une suite de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts, si les longueurs d'impulsions correspondantes sont adaptées de manière à être très proches d'une onde sinusoïdale, les déplacements induits par l'onde de cisaillement qui en résulte sont également très proches de l'onde sinusoïdale. Les déplacements obtenus, déterminés en fonction du temps, présentent donc l'élément conformé, en différents endroits lorsque l'onde de cisaillement se propage le long de la zone cible 102.

Dans certaines formes de réalisation, le système 100 comprend un dispositif d'affichage 122, tel qu'un écran, pour afficher une image correspondant aux déplacements détectés en de multiples endroits. Dans une forme de réalisation, le dispositif d'affichage 122 peut comprendre en outre une interface utilisateur graphique (IUG) pour donner à un utilisateur des options configurables pour créer des images de la zone cible. Par exemple, les options configurables peuvent comprendre une forme d'onde voulue, des valeurs du/des paramètres correspondant aux segments d'impulsion de poussée plus courts, une zone intéressante sélectionnable (ROI), un profil de délai, une suite d'impulsions voulues et/ou autres réglages appropriés du système d'imagerie. Les options de configuration peuvent être conçues pour améliorer l'estimation de la vitesse des ondes de cisaillement à l'aide d'impulsions conformées en vue d'une amélioration de la détection de corrélation entre les ondes de déplacement à cisaillement. De la sorte, l'unité centrale 114 estime une corrélation entre les signaux correspondant aux ondes de déplacement à cisaillement détectées aux différents endroits en fonction du temps, à l'aide de circuits de synchronisation (non représentés). En particulier, l'unité centrale 114 utilise des informations correspondant à l'emplacement de l'élément conformé dans la suite d'impulsions émises pour une estimation rapide de la corrélation. L'unité centrale 114 utilise l'élément corrélé pour déterminer un décalage de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans deux zones cibles différentes. Le décalage déterminé peut en outre servir à estimer la vitesse de l'onde de cisaillement d'après la corrélation améliorée. Un exemple de procédé pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement et estimer la vitesse des ondes de cisaillement sera décrit plus en détail en référence aux figures 2 à 4.

En outre, la vitesse des ondes de cisaillement dépend de propriétés matérielles de la zone visée 102. De la sorte, la vitesse estimée des ondes de cisaillement peut servir pour déterminer des caractéristiques mécaniques de tissus, par exemple la rigidité ou la viscosité. Les caractéristiques déterminées des tissus peuvent ensuite servir à identifier la présence d'une maladie ou d'une anomalie dans les tissus visés. Un exemple de procédé d'IEOC employant des ondes conformées pour une meilleure corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement est décrit plus en détail en référence à la figure 2. Considérant la figure 2, il y est présenté un organigramme 200 décrivant un exemple de procédé d'IEOC, selon certains aspects de la présente technique. L'exemple de procédé peut être décrit dans un contexte général d'instructions exécutables par ordinateur sur un système informatique ou un processeur. Globalement, les instructions exécutables par ordinateur peuvent comprendre des routines, des programmes, des objets, des composants, des structures de données, des procédures, des modules, des fonctions et autres qui exécutent des fonctions particulières ou mettent en oeuvre des types particuliers de données abstraites. L'exemple de procédé peut également être mis en oeuvre dans un environnement informatique réparti où des fonctions d'optimisation sont exécutées par des dispositifs de traitement distants en liaison par un réseau de communication. Dans l'environnement informatique réparti, les instructions exécutables par ordinateur peuvent se trouver dans des supports de stockage informatiques locaux et distants, notamment des dispositifs de mémorisation. Par ailleurs, sur la figure 2, l'exemple de procédé illustré se présente sous la forme d'une série de blocs d'un organigramme, lequel présente des opérations qui peuvent être exécutées dans du matériel, dans un logiciel ou des combinaisons de ceux-ci. Les diverses opérations sont présentées dans les blocs afin d'illustrer les fonctions généralement exécutées pendant différentes phases de l'exemple de procédé d'IEOC. Dans le contexte d'un logiciel, les blocs représentent des instructions informatiques qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ou plusieurs sous-systèmes de traitement, exécutent les opérations mentionnées. L'ordre dans lequel l'exemple de procédé est décrit n'est pas destiné à être interprété comme limitatif, et n'importe quel nombre des blocs décrits peuvent être combinés dans n'importe quel ordre pour mettre en oeuvre l'exemple de procédé décrit ici, ou un autre procédé équivalent possible. De plus, certains blocs peuvent être supprimés dans l'exemple de procédé ou complétés par des blocs supplémentaires à fonctionnalité complémentaire, sans sortir de l'esprit ni du cadre du sujet présenté ici. A des fins d'explication, l'exemple de procédé sera décrit en référence aux éléments de la figure 1. L'IEOC sert à établir une différence entre des tissus sains et des tissus malades, d'après une estimation de vitesse d'une onde de cisaillement lors de la propagation de celle-ci à travers les tissus sains et malades. La vitesse de l'onde de cisaillement dépend de propriétés matérielles telles que la densité et le module de cisaillement variables des tissus. De la sorte, l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement peut servir à créer des images en 2D ou en 3D à des fins diagnostiques et/ou pronostiques. Normalement, pendant l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement, le foyer du système d'imagerie est placé dans la zone cible. Par exemple, la zone cible peut comporter des parties à rigidité accrue ou réduite par rapport à la moyenne des tissus environnants tels que des tumeurs, des tissus cancéreux, des tissus qui ont subi une ablation et/ou des vaisseaux sanguins atteints d'artériosclérose.

En outre, la présente description comprend des formes de réalisation qui décrivent l'adaptation de paramètres d'impulsions de poussée pour générer une onde de déplacement à cisaillement d'une forme d'onde voulue afin de permettre une meilleure détection à l'aide d'une corrélation croisée. Certaines formes de réalisation peuvent employer des procédés supplémentaires tels qu'une somme de différences absolues, la mise à zéro de phases itératives, des techniques de corrélation croisée et d'autocorrélation pour améliorer l'estimation du décalage entre les ondes de déplacement à cisaillement détectées dans différentes zones cibles. De la sorte, lors de l'étape 202, des circuits d'émission tels que les circuits d'émission 104 de la figure 1 appliquent une ou plusieurs impulsions de référence à une ou plusieurs zones cibles. Comme indiqué plus haut, les impulsions de référence se rapportent à des faisceaux d'ultrasons déclenchés à un instant où les tissus sont considérés comme étant en position d'équilibre. Ainsi, les impulsions de référence détectent une position initiale, ou de référence, de la ou de chacune des zones cibles. En outre, lors de l'étape 204, les circuits d'émission appliquent une impulsion de poussée à un ou plusieurs emplacements de poussée afin d'induire une onde de cisaillement qui se propage à travers les zones cibles. En particulier, les circuits d'émission appliquent l'impulsion de poussée, sous la forme d'une pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts, à un emplacement de poussée particulier. A cette fin, un certain nombre N des segments d'impulsion de poussée plus courts et un ou plusieurs paramètres correspondants sont déterminés. Comme indiqué plus haut, le/les paramètres peut/peuvent inclure, par exemple, l'amplitude, la fréquence, la phase, la longueur d'impulsion, la forme d'onde et/ou l'emplacement du foyer. En particulier, des valeurs appropriées du/des paramètres pour chaque segment de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts sont déterminées de manière à générer l'onde de déplacement à cisaillement à forme voulue sinusoïdale, triangulaire, carrée, Sinc, codée ou autre.

De la sorte, un nombre N et les valeurs de paramètres sont déterminés de façon que le déclenchement des segments d'impulsion de poussée plus courts à une fréquence de répétition spécifique, ou à intervalle non uniforme, génèrent un déplacement voulu en fonction du temps aux emplacements requis dans l'espace. Par exemple, on sait que la longueur de l'impulsion est proportionnelle au déplacement induit. De la sorte, la longueur d'impulsion de chacun des segments de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts dans une suite d'impulsions peut être adaptée de manière à être proche d'une forme d'onde voulue pour l'onde de déplacement à cisaillement obtenue. A titre d'exemple, la figure 3 est une illustration graphique 300 d'un exemple de suite de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts, ayant des longueurs d'impulsions correspondantes adaptées de façon à être proches d'une partie d'une onde sinusoïdale. Sur la figure 3, l'élément 302 indique une pluralité d'impulsions de suivi déclenchées à des instants particuliers, tandis que les éléments circulaires 304, 306, 308, 310 et 312 indiquent des segments d'impulsion de poussée appliqués à un emplacement de poussée particulier. En particulier, la position sur la coordonnée Y correspondant à un segment d'impulsion de poussée particulier indique la longueur d'impulsion servant à générer un déplacement adéquat pour une phase particulière de l'onde sinusoïdale. En outre, la position correspondante sur la coordonnée X donne les instants particuliers où le segment d'impulsion de poussée est appliqué à l'emplacement de poussée.

Par exemple, le segment 304 d'impulsion de poussée est déclenché à un instant 87 millisecondes dans l'exemple de suite d'impulsions illustrée sur la figure 3. Par ailleurs, la durée du segment 304 d'impulsion de poussée est d'environ 92 microsecondes.

Comme indiqué plus haut, la durée d'impulsion ou les longueurs d'impulsions des segments d'impulsion de poussée plus courts est/sont directement proportionnelles au déplacement induit. De la sorte, la longueur d'impulsion associée à chacun des éléments 304, 328 est modifiée de manière à appliquer une force de poussée appropriée pour générer une onde de déplacement à cisaillement proche d'une forme sinusoïdale voulue. Bien que la figure 3 présente diverses valeurs de longueurs d'impulsions, d'autres paramètres appropriés tels que l'amplitude, la fréquence, la phase et/ou la forme d'onde peuvent également être modifiés afin de générer une onde de déplacement à cisaillement correspondant à une forme d'onde voulue. En particulier, des valeurs appropriées des paramètres pour chaque segment de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts peuvent être déterminées de manière à générer l'onde de déplacement à cisaillement qui provoque des déplacements proches, par exemple, d'une onde sinusoïdale, triangulaire, carrée ou Sine voulue. Comme indiqué plus haut, le choix des ondes voulues peut reposer sur l'algorithme particulier servant à déterminer un décalage dans les ondes de déplacement à cisaillement et/ou une forme statistique particulière de bruit rencontré pendant l'imagerie. Revenant à l'étape 206 de la figure 2, une ou plusieurs impulsions de suivi sont appliquées à la pluralité de zones cibles pour détecter des déplacements de la pluralité de zones cibles en fonction du temps. Dans la configuration actuellement envisagée, les impulsions de suivi sont déclenchées après l'application de la pluralité de segments d'impulsion de poussée. Cependant, dans d'autres formes de réalisation possibles, la/les impulsions de suivi peut/peuvent être appliquées entre les segments de poussée pour détecter des déplacements correspondants. En particulier, les impulsions de suivi servent à déterminer les déplacements des tissus dans au moins un sous-ensemble de zones parcourues par l'onde de cisaillement. Pour chaque zone visée du sous-ensemble, une série d'impulsions de suivi sont déclenchées. Ces impulsions de suivi servent à déterminer, en fonction du temps, des déplacements correspondants pour cette zone cible. En particulier, pour chaque impulsion de suivi déclenchée, un déplacement correspondant est déterminé. Par exemple, les impulsions de suivi déterminent le déplacement d'une zone cible en fonction du temps à l'aide de techniques telles que des techniques de suivi de tavelures, une somme de différences absolues, la mise à zéro de phases itératives, les estimateurs directs de déformations, les techniques de corrélation croisée et d'autocorrélation. En particulier, la figure 4 est une représentation graphique 400 illustrant une pluralité d'ondes représentatives des déplacements provoqués par l'application de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts de la figure 3 à un emplacement particulier dans les tissus visés. En outre, la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts appliqués aux emplacements particuliers génèrent une onde de déplacement à cisaillement qui se propage à travers les tissus visés en provoquant un déplacement non seulement au point d'application, mais encore à la pluralité d'emplacements visés dans les tissus visés. Comme indiqué plus haut, une série d'impulsions de suivi servent à déterminer les déplacements des tissus à divers endroits parcourus par l'onde de cisaillement. Sur la figure 4, l'onde 402 représente le déplacement détecté au point d'application de l'impulsion de poussée, tandis que les ondes 404, 406 et 408 illustrent les déplacements relatifs détectés à des emplacements séparés spatialement du point d'application, respectivement de 0,5 mm, 2,1 mm et 7,1 mm. Considérés globalement, chacun de ces déplacements détectés par les impulsions de suivi forme une onde de déplacement à cisaillement pour un emplacement de suivi particulier. L'onde de déplacement à cisaillement est échantillonnée à l'instant où ont été déclenchées les impulsions de suivi. On utilise de multiples emplacements de suivi, aussi les déplacements en fonction du temps sont-ils disponibles pour chacun de ces emplacements. Comme les déplacements sont provoqués par une onde de cisaillement en train de se propager, les ondes de déplacement à cisaillement pour des emplacements proches les uns des autres ont une forme similaire, mais sont décalés dans le temps. Le décalage dans le temps est provoqué par le temps nécessaire à l'onde de cisaillement pour se propager d'un emplacement à un autre. Suivant certaines hypothèses simplificatrices, la vitesse de l'onde de cisaillement peut être calculée en divisant la distance entre au moins deux emplacements différents par le décalage temporel dans l'onde. Le décalage temporel peut, par exemple, être déterminé par corrélation croisée des ondes de déplacement. De la sorte, lors de l'étape 208 de la figure 2, un décalage entre l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes du sous-ensemble de la pluralité de zones cibles est déterminé. En particulier, la corrélation croisée entre les ondes de déplacement à cisaillement détectées à au moins deux emplacements de suivi permet de déterminer le temps de propagation de l'onde de cisaillement. Comme décrit précédemment en référence à l'étape 204, les ondes de déplacement à cisaillement sont créées avec une forme et une étendue temporelle voulues. Par exemple, les figures 3 et 4 représentent une onde sinusoïdale de 50 Hz générée avec de multiples cycles. Les techniques d'IEOC classiques emploient ordinairement une seule impulsion de poussée et provoquent des déplacements qui génèrent une seule onde à un seul pic de déplacement maximal. Une corrélation de l'unique onde à la pluralité d'emplacements est généralement difficile compte tenu du faible RSB du processus d'IEOC, ce qui affecte à son tour la précision des calculs de vitesse des ondes de cisaillement. Cependant, le présent procédé d'IEOC emploie une pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts à paramètres d'impulsions adaptés pour générer une onde de déplacement de cisaillement à forme d'onde voulue. Par exemple, l'onde sinusoïdale générée sur la figure 3, grâce aux multiples cycles et à la forme d'onde bien définie, a un rapport signal-bruit (RSB) plus haut en cas de corrélation en présence de bruit, en comparaison d'une simple onde de poussée unique utilisée dans les techniques d'IEOC classiques. Les systèmes et procédés présentés plus haut décrivent l'utilisation de la technique de conformation d'impulsions permettant l'inclusion de détails spécifiques dans l'onde de déplacement à cisaillement obtenue, afin d'améliorer notablement l'estimation de corrélation, en donnant à son tour une estimation plus précise de la vitesse de l'onde de cisaillement. La vitesse estimée de l'onde de cisaillement peut alors servir à générer des images échographiques à haute définition qui fournissent plus de détails et permettent des niveaux d'informations plus précis en ce qui concerne les caractéristiques tissulaires, pour contribuer à un diagnostic très précis.

Ainsi, les présents systèmes et procédés peuvent être employés pour évaluer des propriétés mécaniques de tissus ou de toute autre matière se prêtant à l'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement. Par exemple, les systèmes et procédés facilitent la caractérisation d'une artériosclérose, l'évaluation du tonus musculaire et l'évaluation de raideurs lombaires pour faire une distinction entre des tissus sains et des tissus malades d'après une meilleure estimation de la vitesse de l'onde de cisaillement dans les tissus. De plus, les exemples de procédés d'IEOC peuvent également être utilisés en thérapie d'ablation par radiofréquence (RF), comme on le fait pour le cancer du foie afin de surveiller le progrès de la thérapie quasiment en temps réel.

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Listes des repères 100 - système d'imagerie 102 - zone cible 104 - circuits d'émission 106 - matrice de transducteurs 108 - éléments transducteurs 110 - sonde à transducteurs 112 - circuits de réception 114 - unité centrale 116 - dispositifs de saisie 118 - dispositif de mémoire 120 - circuit de conformation d'impulsions 122 - dispositif d'affichage 200 - organigramme représentant un exemple de procédé d'imagerie d'élasticité par ondes de cisaillement (IEOC) 202 - 208 - étapes d'organigramme illustrant un exemple de procédé d'IEOC 300 - représentation graphique d'un exemple de suite de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts ayant des longueurs d'impulsions correspondantes adaptées pour être très proches d'une partie d'une onde sinusoïdale 302 - pluralité d'impulsions de suivi 304 - 312 - éléments circulaires indiquant des segments d'impulsion de poussée appliqués à un emplacement de poussée particulier 400 - représentation graphique illustrant une pluralité de formes d'ondes représentatives des déplacements provoqués par l'application de la pluralité de segments d'impulsion de poussée plus courts de la figure 3 à un emplacement particulier dans les tissus visés 402 - onde représentative du déplacement détectée au point d'application de l'impulsion de poussée 404 - 408 - ondes illustrant les déplacements relatifs détectées à des emplacements séparés, dans l'espace, du point d'application

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement, comprenant : l'application d'une ou de plusieurs impulsions de référence à une pluralité de zones cibles afin de détecter des positions initiales de la pluralité de zones cibles ; l'application d'une pluralité de segments d'impulsion de poussée à un ou plusieurs emplacements de poussée, un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée étant conçus pour générer au moins une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue ; l'application d'une ou de plusieurs impulsions de suivi à la pluralité de zones cibles pour détecter des déplacements d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles en fonction du temps, les déplacements étant des échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement ; et la détermination d'un décalage de l'onde de déplacement à cisaillement, détectée dans au moins deux zones cibles différentes du sous-ensemble de la pluralité de zones cibles.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée comprennent une amplitude, une fréquence, une longueur d'impulsion, une forme d'onde ou une combinaison de celles-ci.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la production de l'onde de déplacement à cisaillement ayant la forme d'onde voulue comprend la production d'une onde sinusoïdale, d'une onde triangulaire, d'une onde carrée, d'une onde Sinc ou de combinaisons de celles-ci.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la production de l'onde de déplacement à cisaillement dotée de la forme d'onde voulue comprend la production d'une onde comportant un code numérique en convolution avec une fonction delta, un code multiniveau en convolution avec une fonction delta, une onde sinusoïdale, une onde carrée, une onde Sinc ou des combinaisons de ceux-ci.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination d'un décalage entre les ondes à déplacement à cisaillement s'obtient par une technique de corrélation croisée, une technique de somme de différences absolues, une technique de passage par zéro ou des combinaisons de celles-ci.
6. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'estimation d'une vitesse de cisaillement d'après le décalage déterminé de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins les deux zones cibles différentes.
7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l'estimation d'un module d'élasticité à cisaillement, d'une viscosité ou d'une combinaison de ceux-ci, correspondant à la pluralité des zones cibles d'après le décalage déterminé de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins les deux zones cibles différentes.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détection des déplacements comporte l'utilisation du suivi de tavelures, d'une somme de différences absolues, d'une technique de mise à zéro de phases itératives, d'une estimation directe de déformation, d'une corrélation croisée, d'une autocorrélation ou d'une combinaison de ceux-ci, pour détecter des déplacements d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles au cours d'un laps de temps déterminé.
9. Système échographique (100), comprenant : une matrice (106) de transducteurs qui applique une pluralité d'impulsions à une pluralité de zones cibles (102), la pluralité d'impulsions comportant une ou plusieurs impulsions de référence, une ou plusieurs impulsions de suivi appliquées à la pluralité de zones cibles (102) et au moins une impulsion de poussée appliquée à un ou plusieurs emplacements de poussée, sous la forme d'une pluralité de segments d'impulsion de poussée ; une unité de conformation (120) d'impulsions communiquant avec la matrice (106) de transducteurs, l'unité de conformation (120) d'impulsions générant au moins une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue, à l'aide d'un ou plusieurs paramètres adaptés correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée ; et une unité centrale (114) communiquant avec au moins une des unités de conformation (120) d'impulsions et la matrice (106) de transducteurs, l'unité centrale (114) : adaptant le/les paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée pour permettre à l'unité de conformation (120) d'impulsions de générer l'onde de déplacement à cisaillement avec la forme d'onde voulue ; traitant les données reçues d'au moins un sous-ensemble de la pluralité de zones cibles (102) en réponse à la pluralité de segments d'impulsion de poussée pour déterminer des déplacements de la pluralité de zones cibles (102), les déplacements étant des échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement ; et déterminant un décalage de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes (102) dans le sous-ensemble de la pluralité de zones cibles (102).
10. Support de stockage non transitoire exploitable par ordinateur, doté d'un programme exécutable pour améliorer la corrélation d'ondes de déplacement à cisaillement, le programme demandant à une unité centrale d'exécuter les étapes suivantes : appliquer une ou plusieurs impulsions de référence à une pluralité de zones cibles (102) afin de détecter des positions initiales de la pluralité de zones cibles (102) ; appliquer une pluralité de segments d'impulsion de poussée à un ou plusieurs emplacements de poussée, un ou plusieurs paramètres correspondant à la pluralité de segments d'impulsion de poussée étant adaptés pour générer au moins une onde de déplacement à cisaillement à forme d'onde voulue ; appliquer une ou plusieurs impulsions de suivi à la/les zones cibles (102) pour détecter des déplacements d'au moins un sous- ensemble de la pluralité de zones cibles (102) en fonction du temps, les déplacements étant des échantillons temporels de l'onde de déplacement à cisaillement ; et déterminer un décalage de l'onde de déplacement à cisaillement détectée dans au moins deux zones cibles différentes (102) du sous-ensemble de la pluralité de zones cibles (102).