JP2012528614A - 心収縮性を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 患者の心収縮性を測定する方法であり、本方法では、機械的せん断波が心臓を貫通して伝播し、この伝播を観察することにより、心臓の弾性を表すせん断波伝播パラメータを求めることができる。
【効果】 収縮期末期における伝播パラメータの数値が採取され、収縮期末期のエラスタンスを表すパラメータが得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は心収縮性を測定するための方法及び装置に関連する。

いくつかの心臓病理学、例えば拡張性又は肥大性心筋症、心筋梗塞、虚血等を検出するための心収縮性の臨床的評価は、心臓学において重要な柱である。
心収縮性は、収縮末期圧力−容積関係（ＥＳＰＶＲ）を見積もることにより、通常評価されるが、一般的に、患者に対して心臓の数周期において多数の侵襲的な測定を必要とする。ＥＳＰＶＲとは、特にそのスロープ、収縮末期のエラスタンス（Ｅ_ｍａｘ又はＥ_ｅｓ）により特徴づけられる線形関係である。
ＥＳＰＶＲを見積もるための非侵襲的方法が、この欠点を避けるために設計された。例えば、国際公開第Ａ９８／１９５９４号は、そのような非侵襲的、単回拍動測定法を記載するが、同法では圧力、心臓容積、及び心臓の鼓動について測定が実施され（これらのうちの一部、例えば圧力の評価はやはり侵襲的である）、次に、測定結果は統計的データに基づきＥＳＰＶＲを評価するのに用いられる。
しかし、この公知の方法は、多数の測定デバイスの同時使用を必要とするので、なおも複雑である。更に、この方法は、以下の仮説に基づく。
−検査の対象となる心臓は、上記方法で用いられる統計的法則に従い、
−エラスタンスは時間の線形関数であり、
−及び、心臓周期の期間中、圧力−容積図の容積軸の切片は、一定に保たれる。
これらの仮説は、場合によって誤りと判明する場合があり、従って、ＥＳＰＶＲについて誤った評価結果をもたらす。

国際公開第Ａ９８／１９５９４号

本発明の１つの目的は、少なくとも上記欠点のいくつかを回避する、心収縮性を測定するための新規方法を提案することにある。

この目的を達成するために、本発明に基づき、患者の心筋収縮性を測定する方法が提供され、本方法は、
ａ）トランスデューサのアレイにより、少なくとも１つの集束超音波を患者の身体内に放射せしめ、これにより集束超音波が患者の心筋内に生成される励起ステップ；
ｂ）せん断波の伝播が患者の心筋内の観察領域に認められる観察ステップであって、
ｂ１）せん断波が観察領域内を伝播する間、少なくとも前記非集束超音波の一部が観察領域を貫通するように、トランスデューサのアレイが患者の心臓内に、一連の非集束超音波圧縮波を放射するようにせしめ、前記非集束超音波のタイミングが調整されるサブステップと、
ｂ２）前記観察領域から受信した音響シグナルを、前記トランスデューサのアレイによりリアルタイムに検知せしめるサブステップであって、前記音響シグナルが、患者の心筋内の反射粒子と相互作用する非集束超音波圧縮波により生み出されるエコーを含むサブステップと、
を含む観察ステップと、
ｃ）少なくとも１つの処理ステップであって、
ｃ２）少なくとも１つの運動パラメータが観察領域内で求められ、前記運動パラメータが前記反射粒子の運動を特徴づけるサブステップ、
が少なくとも含まれる処理ステップと、
ｄ）時間経過と共に運動パラメータに生じた変動に基づき、少なくとも収縮末期の弾性パラメータが観察領域の少なくとも１箇所において求められ、前記収縮末期の弾性パラメータが収縮期末期におけるせん断波伝播パラメータより取得される数値の関数であり、前記せん断波伝播パラメータが心筋の弾性を表す、心収縮性評価ステップと、
を少なくとも含む。

これらの手段により、心収縮性は、限定された装置を用いて正確、迅速、かつ非侵襲的に求めることができる。更に、少なくとも心臓の一部を通して収縮性のマッピングが構築可能なように、収縮性は局所的に求めることも可能である。
本発明の方法に関する様々な実施形態では、１つの形態は下記ステップの１つ及び／又はそれ以外に付加する手段を有し得る（単独又は併用して利用可能）：

−前記処理ステップｃ）には、前記運動パラメータを求める前記サブステップｃ２）の前に、更なるサブステップｃ１）が更に含まれ：
サブステップｃ１）では、サブステップｂ２）の期間中に、観察領域から連続的に受信された音響シグナルが、せん断波の連続した伝播画像が得られるように処理される；

−心収縮性評価ステップｄ）では、計算される前記せん断波伝播パラメータが、せん断波スピード、せん断係数、ヤング率及びずり弾性、並びに局所的ひずみの逆数から選択される；

−心収縮性計算ステップｄ）では、前記収縮末期の弾性パラメータが、観察領域のいくつかのポイントにおいて計算され、観察領域内の前記収縮末期の弾性パラメータのマップが求められる；

−前記サブステップｂ１）では、前記非集束超音波圧縮波が毎秒少なくとも３００ショットの速度で放射される；

−前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回反復して求められ、収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求められる；

−収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数である；

−前記測定期間が１秒〜１８０秒の範囲である；

−前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、毎秒少なくとも５回の速度で反復して求められる；

−前記心収縮性評価ステップｄ）では、収縮期末期が心電図検査により検知され、収縮末期の弾性パラメータが、前記検知された収縮期末期において求められる；

−前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、数回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかのランダムな時点において反復して求められ、収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求められる；

−当該方法には、拡張期弾性評価ステップｅ）が更に含まれ、同ステップでは、拡張期の弾性パラメータが求められ、前記拡張期の弾性パラメータが、拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である。

−前記拡張期弾性評価ステップｅ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回反復して求められ、拡張期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求められる；

−拡張期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最小値の関数である；

−前記心収縮性評価ステップｄ）では、拡張期が心電図検査により検知され、拡張期の弾性パラメータが、前記検知された拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である；

−前記サブステップｃ２）では、前記運動パラメータが、観察領域にある少なくとも１つの事前に決定された測定ゾーン内で、前記トランスデューサのアレイに属する対応する１つのトランスデューサにより求められる；

−当該方法には、せん断波伝播パラメータの測定が心筋内の同一場所で行われるように、心筋の変形を監視する監視ステップが更に含まれる。

本発明の別の目的は、患者の心筋収縮性を測定するための装置であり、少なくとも１つの電子制御システムにより、互いに独立して制御されるトランスデューサのアレイを含み、本電子制御システムは、
ａ）前記トランスデューサのアレイにより、少なくとも１つの集束超音波を患者の身体内に放射せしめ、これにより患者の心筋内に集束超音波を生成させるように、
ｂ）患者の心筋内の観察領域におけるせん断波の伝播を、
ｂ１）せん断波が観察領域を伝播する間、少なくとも前記非集束超音波の一部が観察領域内を貫通するように、トランスデューサのアレイが、患者の心臓内に一連の非集束超音波圧縮波を放射するようにせしめ、前記非集束超音波のタイミングが調整されること；及び、
ｂ２）前記観察領域から受信した音響シグナルを、前記トランスデューサのアレイによりリアルタイムに検知せしめ、前記音響シグナルが、患者の心筋内の反射粒子と相互作用する非集束超音波圧縮波により生み出されるエコーを含むこと、
により観察するように、
ｃ）観察領域から連続して受信した音響シグナルを処理し、これにより観察領域内の少なくとも１つの運動パラメータを求め、前記運動パラメータが前記反射粒子の運動を特徴づけるように、
ｄ）時間経過と共に運動パラメータに生じた変動に基づき、少なくとも収縮末期の弾性パラメータを観察領域の少なくとも１箇所において求め、前記収縮末期の弾性パラメータが、収縮期末期のせん断波伝播パラメータより取得される数値の関数であり、前記せん断波伝播パラメータが心筋の弾性を表すように、
適合されている。

本発明の装置に関する様々な実施形態では、１つの形態は下記の構成の１つ及び／又はそれ以外に付加する手段を有し得る（単独又は併用して利用可能）：

−前記電子制御システムが、せん断波の連続した伝播画像を求めるように、及び前記運動パラメータがこの画像から得られるように適合される；

−前記制御システムにより計算される前記せん断波伝播パラメータが、せん断波スピード、せん断係数、ヤング率及びずり弾性、並びに局所的ひずみの逆数から選択される；

−前記制御システムが、前記収縮末期の弾性パラメータを、観察領域のいくつかのポイントにおいて計算し、観察領域内の前記収縮末期の弾性パラメータのマップを求めるように適合される；

−前記制御システムが、前記非集束超音波圧縮波を毎秒少なくとも３００ショットの速度で放射せしめるように適合される；

−前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータの反復した数値を、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回求めるように適合され、前記中央ユニットが、収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づき求めるように適合される；

−前記制御システムが、収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求めるように適合される；

−前記測定期間が１秒〜１８０秒の範囲である；

−前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータを、毎秒少なくとも５回求めるように適合される；

−当該装置には、前記制御システムに連結された心電計が更に含まれ、前記制御システムが、前記心電計により収縮期末期を検知するように、及び前記検知された収縮末期における収縮末期の弾性パラメータを求めるように適合される；

−前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータの数値を、数回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかのランダムな時点において反復して求め、前記収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求めるように適合される；

−前記制御システムが、拡張期の弾性パラメータを求めるように適合され、前記拡張期の弾性パラメータが拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である；

−前記制御システムが、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回、前記せん断波伝播パラメータの反復した数値を求めるように適合され、前記中央ユニットが、拡張期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求めるように適合される；

−前記制御システムが、拡張期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最小値の関数として求めるように適合される；

−前記中央システムに連結された心電計が更に含まれ、前記制御システムが、前記心電計により拡張期を検知し、拡張期弾性パラメータを前記検知された拡張期において求めるように適合される；

−当該装置には、心臓周期の正確な時刻におけるせん断波の伝播の観察及び心臓周期の正確な時刻におけるせん断波伝播パラメータの決定のきっかけを作る、前記制御システムに連結された心電計が更に含まれる；

−前記制御システムが、トランスデューサのアレイに属する、対応する１つのトランスデューサに由来するデータに基づき、観察領域にある少なくとも１つの事前に決定された測定ゾーン内で、前記運動パラメータを求めるように適合される；

−前記制御システムが、心筋の変形を監視するように、及び前記せん断波伝播パラメータを心筋内の同一場所において求めるように適合される；

−収縮性の評価が、本システムによりリアルタイムで提供される従来方式の超音波画像と組み合わされる。

本発明のその他の特徴及び長所は、非限定的な例示を目的として、添付図面を引用しながら提示される本発明の１実施形態に関する下記の詳細説明から明らかとなる。

本発明の１つの実施形態におけるせん断波画像デバイスの線図。 図１の装置により測定された患者心臓の左心室心筋のせん断係数（実線）、及び左心室の血圧（点線）を示す図である。

図１に示す装置１は、生存患者２の心臓３の全て又は一部、より具体的には心筋を含む観察領域内の収縮性を測定するように適合されている。より正確には、装置１は患者の心筋３ａ、例えば左心室の心筋の収縮性を測定するのに用いられ、前記心筋は心膜３ｂにより外部から覆われている。この測定は下記により実施される：
−心臓３を貫通して、より具体的には心筋３ａを貫通して伝播した機械的せん断波を得る；
−超音波圧縮波を反射し、また生物学的組織中に天然に含まれる拡散粒子３ｃ（粒子３ｃは、媒体３ａ内の任意の不均一物より、特にコラーゲン粒子より構成され得る）に対する非集束超音波圧縮波の反射を介して、心臓内の（特に心筋内の）当該せん断波の伝播を観察する；
−せん断波伝播の観察に基づき、心臓（特に心筋）の弾性、つまりはその収縮性を表すせん断波の伝播パラメータを求める；
装置１の構造及び一般的操作方法は、書類、米国特許第７，２５２，００４号、分類Ｂ２にすでに詳細に記載されており、本明細書において以後参照する。

装置１は、例えば下記事項を含み得る：
−超音波トランスデューサアレイ４、例えば線形アレイで、これには通常の超音波検査プローブですでに公知のように、軸に沿って並置されたｎ個の超音波トランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎが一般的に含まれる（次に、アレイ４は観察領域の二次元（２Ｄ）画像化を行うように適合されるが、但しアレイ４は、観察領域の３Ｄ画像化を行うように適合された二次元アレイでもあり得る）；トランスデューサの個数ｎは１より大きく、例えば数十である（例えば、１００〜３００）；トランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎは超音波圧縮波パルスを送達し、同パルスは、超音波検査で一般的に用いられるタイプ、例えば、０．５ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、及び好ましくは０．５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲、例えば、約２．５ＭＨｚの周波数有するタイプである。
−トランスデューサアレイ４を制御し、そこからシグナルを取得する電子ベイ５；
−電子ベイ５を制御し、電子ベイから得られる超音波画像を可視化するマイクロコンピューター６で、前記コンピュータ６は、例えばスクリーン６ａ及びキーボード６ｂ、又はその他のユーザーインターフェースを含む。
電子ベイ５及びマイクロコンピューター６は、本明細書において装置１の制御システムと呼ばれる。かかる制御システムは、３つ以上のデバイスから構成され得るが、又は１つの単一電子デバイスにより、電子ベイ５及びマイクロコンピューター６の全機能を満たすことも可能であろう。

電子ベイ５は、例えば下記事項を含む：
−トランスデューサアレイ４のｎ個のトランスデューサ（Ｔ_１〜Ｔ_ｎ）と個別に連結される、ｎ個のアナログ／デジタル変換器７（Ｅ_１〜Ｅ_ｎ）；
−ｎ個のアナログ／デジタル変換器７とそれぞれ連結される、ｎ個のバッファーメモリー８（Ｍ_１〜Ｍ_ｎ）；
−バッファーメモリー８及びマイクロコンピューター６と通信する中央処理ユニット９（ＣＰＵ）；
−中央処理ユニット９と連結されるデジタルシグナルプロセッサー１１（ＤＳＰ）；
−中央処理ユニット８と連結されるメモリー１０（ＭＥＭ）。
更に、本発明のいくつかの実施形態では、中央処理ユニット９（又はコンピュータ６）は、患者の心電図を測定し、心電計のシグナルを中央処理ユニット９に伝達する心電計１２（ＥＣＧ）と連結され得る。

トランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎは、中央処理ユニット９により互いに独立的に制御される。従って、トランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎは、下記のいずれかを選択的に放射することができる：
−非集束超音波圧縮波、又は；
−心臓３の１つ又は複数のポイントに焦点が定められた超音波圧縮波。
本明細書で理解されるように、表現「非集束超音波圧縮波」とは、心臓３の全観察領域を明らかにする任意の非集束波を意味し、例えば：
−「面」である超音波圧縮波（すなわち、波面がＸ、Ｙ面において直線の波）、又は非集束波の任意のその他のタイプ；
−様々なトランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎによりランダムな音響シグナルを放射性せしめ、これにより生み出される波；
−又は、心臓３の１つ又は複数のポイントに焦点が定められた超音波圧縮波；
−又は、弱く焦点が定められた波（「肥満した」トランスミットフォーカシング（”ｆａｔ” ｔｒａｎｓｍｉｔ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）として公知：焦点距離／アパーチャ比＞２．５）；
−又は、球面波等の発散波；
−又は、いくつかの焦点に同時に焦点が定められた波；
−又は、より一般的には、単一焦点設定及び焦点距離／アパーチャ比＜２．５を利用する従来方式の焦点設定に関連しない、あらゆる種類の伝達波。

装置１の操作中、トランスデューサアレイ４は、患者２の皮膚２ａ、例えば患者の胸部上の皮膚と接触した状態で配置される。
装置１の操作法は、制御システム、すなわち、中央処理ユニット９及び／又はコンピュータ６により制御され、これらはこの操作法の用途でプログラムされている。これらの２つのデバイスは、本明細書では以後、装置１の制御システムと呼ぶ（もちろん、当該制御システムは本明細書に記載する具体的な例とは異なり得るが、また特にすでに参照したような１つの単一電子デバイスから、又は３つ以上の電子デバイスから構成され得る）。

心臓３内のせん断波の伝播を観察するために、装置１の制御システム６、９は、以下に示すいくつかのステップを連続して実施するようにプログラムされている：
ａ）患者の身体に焦点が定められた少なくとも１つの超音波をアレイ４により放射せしめることにより、制御システム６、９が、心臓３内に集束超音波を発生せしめる励起ステップ（この集束波は、トランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎの全てにより、又は一部により放射され得る）；
ｂ）心臓３（特に心筋３ａ）内にある観察領域の多数のポイントにおいて同時にせん断波の伝播が観察される観察ステップ。この観察ステップは下記のサブステップを含む：
ｂ１）制御システム６、９は、アレイ４が、粘弾性媒体中に一連の非集束超音波圧縮波（これらの非集束波はトランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎの全てにより、又は一部により放射され得る）を、毎秒少なくとも３００ショット、例えば少なくとも５００ショット／秒の速度で放射するようにせしめる（ステップａ）で放射された集束超音波の焦点及びタイミングと、前記非集束超音波のタイミングとは、せん断波が観察領域を貫通して伝播する間に、少なくとも一部の前記非集束超音波が観察領域に到達するよう、調整される）；
ｂ２）制御システム６、９は、アレイ４が患者の身体２から受信した音響シグナルを検出する（この検出は、アレイ４のトランスデューサの全て又は一部により実施可能である）ようにせしめるが、前記シグナルは、観察領域内の反射粒子３ｃと相互作用する非集束超音波圧縮波により生み出されたエコーを含み、このエコーは、患者の心臓、特に患者の心筋を構成する粘弾性媒体の変位量の連続的な画像と関連する（直接的に、又は間接的に）；検知されたシグナルは、バッファーメモリーＭ_１〜Ｍ_ｎ内にリアルタイムで記録される；
ｃ）少なくとも１つの処理ステップで、このステップ期間中以下に示す事項が実施される：
ｃ１）制御システム６、９は、連続的な伝播画像を求めるために、サブステップｂ２）の期間中に患者の身体２から受信した連続的な音響シグナルを処理する；及び、
ｃ２）制御システム６、９は、患者の心臓３（特に心筋３ａ）を構成する粘弾性媒体に関する少なくとも１つの運動パラメータを観察領域内の様々なポイントにおいて求める。
上記サブステップｃ２）は省略可能である：より一般的には、本発明の方法は、伝播画像を求めることを必要とせず、また制御システム６、９は、前記運動パラメータを任意のその他の手段により求めることができることに留意されたい。

励起ステップａ）の期間中に放射される集束超音波は、０．５ＭＨｚ〜１５ＭＨｚ範囲にある、例えば、約２．５ＭＨｚに等しい周波数ｆの単色波であり得、同波はｋ／ｆ秒の期間放射されるが、ここでｋは５０〜５０００（例えば、約５００）の整数であり、またｆはＨｚで表される。かかる波は、休止期間により分離された一連の放射期間においておそらくは放射可能であり、放射期間は、毎秒５〜１０００回の間の放射速度で互いに続いている。
変形形態では、励起ステップａ）の期間中に放射された集束超音波は、２０Ｈｚ≦｜ｆ１−ｆ２｜≦１０００Ｈｚであるようなｆ１及びｆ２の各周波数に関する２つの単色シグナルの線型結合（特に加算した）であり、従って変調周波数｜ｆ１−ｆ２｜を有する振幅変調波を生成する。
更に、生成したままのせん断波が所望の波形を示すように、及び媒体２の所望のゾーンを明らかにするように、励起ステップａ）の期間中に放射された集束超音波は、任意選択的に複数のポイント上に同時に、又はそれ以外の方式で焦点を定めることができる（従って、例えば面であるせん断波、又はこれとは異なり集束化されたせん断波を生成することが可能である）。

ステップｂ１）は、例えば０．１〜１８０秒、例えば１〜３０秒、好ましくは１〜４秒継続し得るが、この期間中に毎秒５００〜１００００ショットの範囲、好ましくは毎秒１０００〜５０００ショットの範囲の速度で非集束超音波圧縮波を放射することが可能である（但し、この速度は患者の身体２を貫通する圧縮波の往復移動時間により制限を受ける：圧縮波により生み出されたエコーの全てが、新規の圧縮波が送られる前にプローブ６により受信される必要がある）。
各非集束超音波圧縮波は、せん断波のスピードよりもかなり速い伝播スピードで患者の身体２を貫通して伝播し（例えば、ヒト身体では約１５００ｍ／秒）、また反射粒子３ｃと相互作用し、これによりエコー、又は超音波検査の分野で「スペックルノイズ（ｓｐｅｃｋｌｅ ｎｏｉｓｅ）」の名称で公知の、その他の類似したシグナルの乱れを発生する。
スペックルノイズは、サブステップｂ２）の期間中にトランスデューサＴ_１〜Ｔ_ｎにより、非集束超音波圧縮波の各ショット後に捕捉される。ショット番号ｊ後に、各トランスデューサＴ_１によりこのように捕捉されたシグナルＳ_ｉｊ（ｔ）は、最初に高周波数（例えば３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）で採取され、そしてトランスデューサＴ_ｉに対応するアナログ／デジタル変換器Ｅ_１によりリアルタイムでデジタル化される（例えば、１２ビット）。
このように採取され、そしてデジタル化されたシグナルＳ_ｉｊ（ｔ）は、次にトランスデューサＴ_ｉに対応するバッファーメモリーＭ_１内に、同様にリアルタイムで保管される。
例示として、各メモリーＭ_ｉは、約１２８メガバイト（ＭＢ）容量を有し得るが、またｊ＝１〜ｐのショットについて連続して受信したシグナルｓ_ｉｊ（ｔ）の全てを含む。

その後、同一のせん断波伝播に対応するシグナルｓ_ｉｊ（ｔ）の全てが保管された後、中央ユニット９は、サブステップｃ１）に対応する従来方式のパス形成ステップを用いて、これらのシグナルを処理する（又は加算回路等の別の回路によりシグナルの処理をさせる、又はコンピュータ６それ自身が、シグナルを処理することができる）。
これは、ショット番号ｊ後の観察領域の画像にそれぞれ対応するシグナルＳ_Ｄ（ｘ，ｙ）を生成する。
例えば、下記の式によりシグナルＳ_ｊ（ｔ）を求めることができる：

式中、
−Ｓ_ｉｊは、超音波圧縮波ショット番号ｊ後に、トランスデューサ番号ｉにより検知された未処理のシグナルである；
−ｔ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）を有する観察領域のポイントに到達するのに超音波圧縮波が要した時間であり、ショット番号ｊの始まりはｔ＝０である；
−ｄ_ｉ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）を有する観察領域のポイントとトランスデューサ番号１との距離、又は前記距離の近似値である；
−Ｖは、観察対象の粘弾性媒体における平均超音波圧縮波伝播スピードである；及び、
−α_ｉ（Ｘ，Ｙ）は、アポディゼーション関係（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を考慮した加重係数である（実際には、多くの場合、α_ｉ（ｘ，ｙ）＝１と仮定することが可能である）。
上記の式は、観察領域が３次元の時には（トランスデューサは２次元に配列されている）、変更すべきところは変更して空間座標（ｘ，ｙ）を（ｘ，ｙ，ｚ）に置換して適用される。
任意選択的なパス形成ステップの後に、中央ユニット９は、ショット番号ｊにそれぞれ対応する画像シグナルＳ_ｊ（ｘ，ｙ）（又は画像が一次元のみの場合にはＳｊ（ｘ）、又は３Ｄ画像の場合にはＳｊ（ｘ，ｙ，ｚ））を中央メモリーＭに保管する。コンピュータ６そのものが画像処理を実施する場合には、これらのシグナルは当該コンピュータにも保管可能である。

次に、これらの画像は、サブステップｃ２）において後ほど、米国特許第７，２５２，００４号、分類Ｂ２に説明するように、相関により、及び有利には組の状態で、又は好ましくは参照画像と共に相互相関により処理される。
上記の相互相関は、例えばデジタルシグナルプロセッサー１１内で実施可能であり、又は中央ユニット９内若しくはコンピュータ６内でプログラム可能である。
この相互相関プロセス期間中に、相互相関関数＜Ｓ_ｊ（ｘ，ｙ）、Ｓ_ｊ＋１（ｘ，ｙ）＞は、超音波エコーを引き起こす各粒子３ｃが受けた変位の量を求めるために最大化される。
かかる相互相関の計算例は、米国特許第７，２５２，００４号、分類Ｂ２に記載されている。
これは、心臓３の（特に心筋３ａの）各位置ｒにおけるせん断波により、せん断波の効果に基づき生み出された一揃いの変位ベクトルｕ（ｒ，ｔ）を生成する（本明細書に記載する事例中では、これらの変位ベクトルは、任意選択的に単一成分まで低減させることができる）。
この一揃いの変位ベクトルは、メモリーＭ内、又はコンピュータ６内に保管され、また例えば、特にコンピュータのスクリーン４ａを手段として、変位量の値がグレーレベル又はカラーレベル等の光学パラメータによって表示されるスローモーション画像の形態で表示可能である。
媒体２内の異なる特徴を有するゾーン間におけるせん断波の伝播の相違は、このようにして明瞭に認めることができる。
せん断波伝播の動画は、従来方式の超音波検査画像の上に重ね合わせることもでき、これは上記装置１により生成することもできる。

更に、観察領域の各ポイントについて心臓３の（特に心筋３ａの）変位量の替りに、変形量、すなわち、その成分が、空間変数（記載する事例では、Ｘ及びＹ座標）にそれぞれ関連する変位ベクトルの導関数であるベクトルを計算することも可能である。これらの変形ベクトルは、動画の形態でせん断波の伝播を明瞭に見るために、変位ベクトルのように使用することができ、またそれらは、観察下の患者の身体２に関連するトランスデューサアレイ４の変位を排除するという利点も提示する。

変位領域又は変形領域から、次にコンピュータ６（又は、より一般的には制御システム６，９）は、有利にマップ作成ステップに進むことができ、その期間中に、運動パラメータ（変位又は変形）が観察領域Ｘ、Ｙ（又は、二次元に配列したトランスデューサではＸ、Ｙ、Ｚ）において時間経過と共に変化する仕方に基づき、コンピュータ６は、その上で操作するユーザーが選択する観察領域内のある特定のポイント（少なくとも１つのポイント）において、又は観察領域全域において、せん断波の少なくとも一つの伝播パラメータを計算する。
マップ作成ステップ期間中に計算されたせん断波の伝播パラメータが、例えば下記の中から選択される：せん断係数μ、又はヤング率Ｅ＝３μ、又は下記数２で示すせん断波の伝播スピードＣ_ｓ、又は米国特許第７，２５２，００４号、分類Ｂ２でより詳細に説明するように、ずり弾性μｌ、又は局部ひずみの逆数。かかる伝播パラメータは、観察領域、例えば心筋３ａを構成する媒体の弾性を表す。

式中、ρは組織の密度である。

この伝播パラメータは、例えばコンピュータ６により、いくつかの異なる時点において、毎秒数回（例えば、毎秒少なくとも５回、例えば、毎秒少なくとも１０回の速度で）、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に反復して計算可能である。かかる測定期間には、０．１〜１８０秒、例えば、１〜３０秒、好ましくは１秒〜４秒が含まれる。
例えば、図２に示す通り、コンピュータ６は、心筋のせん断係数μを時間ｔにわたり計算することができる（図２の線１３）。図２は、せん断係数μは左心室の圧力と、従って心臓周期とも相関することを示している（図２の線１４）：せん断係数の最大値は収縮期末期と関連する。

伝播パラメータの連続的な数値に基づき、次にコンピュータ６は、収縮末期の弾性パラメータを求めることができ、同パラメータは、収縮期末期における伝播パラメータの数値の関数である。例えば、収縮末期の弾性パラメータは、収縮期末期における伝播パラメータの数値と同じであり得る。
特に、本発明の発明者は、せん断係数の収縮末期の数値はμ_ｅｓ＝Ｅ_ｍａｘ＊Ｖ_ｅｓであり、式中、Ｅ_ｍａｘは収縮末期のエラスタンス、及びＶ_ｅｓは収縮末期の心室容積であることを実証した。従って、μ_ｅｓは心収縮性の指標であり、Ｅ_ｍａｘに等しいが、μ_ｅｓは心室容積に依存しないのでＥ_ｍａｘよりも好ましい。同様のことが上記したその他の伝播パラメータに当てはまり、そのようなパラメータはμ_ｅｓと密接に関連する。
収縮期末期における伝播パラメータの数値は、全測定期間におけるかかる伝播パラメータの最大値として、コンピュータ６により求めることができる。

変形形態として、中央ユニット９が外部の心電計１２と連結されるときには、収縮期末期は心電計により検知され、そして伝播パラメータの収縮末期の数値は、前記検知された収縮期末期における前記伝播パラメータより取得される数値として求められる。
別の変形形態として、前記せん断波伝播パラメータの数値は、数回の心臓周期（例えば、少なくとも２サイクル、又は少なくとも３サイクル、例えば５サイクルを超える）を対象範囲とする測定期間に、いくつかのランダムな時点（毎秒５回未満の速度）において反復して求められ、次に伝播パラメータの収縮末期の数値は、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数としてコンピュータ６により求められる。
もちろん、上記した通り、収縮末期の弾性パラメータは、観察領域の１つのポイントについてのみ、又はいくつかのポイントにおいて計算可能であり、次いで観察領域内の前記収縮末期の弾性パラメータのマップは、コンピュータ６のスクリーン６ａ上に表示可能である。

更に、拡張期の弾性パラメータも、おそらくは求めることができ、前記拡張期の弾性パラメータは、拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である。例えば、拡張期の弾性パラメータは、拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値と同じであり得る。伝播パラメータの拡張期の数値は、観察期間中の前記せん断波伝播パラメータの数値における最小値として求めることができる（収縮末期を測定する場合と同様に、拡張期の測定は、少なくとも１回の心臓周期において、毎秒少なくとも５回せん断波伝播パラメータを測定する速度で行われる高速測定、又はおそらくは、１回を超える心臓周期において、毎秒５回未満でせん断波伝播パラメータを測定する速度で行われるランダム測定のいずれかを意味し得る）、又は心電計１２が中央ユニット９と連結されるときには、拡張期は心電図検査により検知可能であり、そして伝播パラメータの拡張期の数値は、前記検知された拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値として求められる。

本発明の方法には、せん断波伝播パラメータの測定が心筋内の同一場所（収縮末期の測定又は拡張期の測定について）で行われるように、心筋の変形（心臓の動きに起因する）を監視する監視ステップが更に含まれ得ることに留意されたい。
更に、上記のような収縮性の評価は、同一の装置によりリアルタイム提供される従来方式の超音波画像診断法と組み合わせることができる。

最後に、サブステップｃ２）で運動パラメータを求めるために、サブステップｃ１）で心筋の画像を計算することに替えて、トランスデューサレイのうち対応する１つのトランスデューサにより、観察領域内の１つ又はいくつかの事前に決定された測定ゾーンにおいて、前記運動パラメータを各測定ゾーンについて局所的に求める場合には、国際公開第Ａ２００８／１３９２４５号に記載する方法及び装置を使用することが可能であろう。

１ 装置 ３ 心臓
３ａ 心筋 ３ｂ 心膜
４ 超音波トランスデューサレイ Ｔ_１〜Ｔ_ｎ 超音波トランスデューサ
５ 電子ベイ ６ マイクロコンピューター
７（Ｅ_１〜Ｅ_ｎ） アナログ／デジタル変換器
８（Ｍ_１〜Ｍ_ｎ） バッファーメモリー
９ 中央処理ユニット １０ メモリー（ＭＥＭ）
１１ デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）
１２ 心電計（ＥＣＧ）

Claims (35)

1. 患者の心筋収縮性を測定する方法であって、
   ａ）トランスデューサのアレイにより、少なくとも１つの集束超音波を前記患者の身体内に放射せしめ、これにより集束超音波が前記患者の心筋内に生成される励起ステップと、
   ｂ）せん断波の伝播が前記患者の心筋内の観察領域に認められる観察ステップであって、
   ｂ１）前記せん断波が前記観察領域内を伝播する間、少なくとも非集束超音波の一部が前記観察領域を貫通するように、前記トランスデューサのアレイが前記患者の心筋内に、一連の前記非集束超音波圧縮波を放射するようにせしめ、前記非集束超音波のタイミングが調整されるサブステップと、
   ｂ２）前記観察領域から受信した音響シグナルを、前記トランスデューサのアレイによりリアルタイムに検知せしめるサブステップであって、前記音響シグナルが、前記患者の心筋内の反射粒子と相互作用する前記非集束超音波圧縮波により生み出されるエコーを含むサブステップと、
   を含む観察ステップと、
   ｃ）少なくとも１つの処理ステップであって、
   ｃ２）少なくとも１つの運動パラメータが前記観察領域内で求められ、前記運動パラメータが前記反射粒子の運動を特徴づけるサブステップ、
   が少なくとも含まれる処理ステップと、
   ｄ）時間経過と共に前記運動パラメータに生じた変動に基づき、少なくとも収縮末期の弾性パラメータが前記観察領域の少なくとも１箇所において求められ、前記収縮末期の弾性パラメータが収縮期末期におけるせん断波伝播パラメータより取得される数値の関数であり、前記せん断波伝播パラメータが心筋の弾性を表す、心収縮性評価ステップと、
   を少なくとも含む方法。
2. 前記処理ステップｃ）には、前記運動パラメータを求める前記サブステップｃ２）の前に、更なるサブステップｃ１）が更に含まれ、
   前記サブステップｃ１）では、サブステップｂ２）の期間中に、前記観察領域から連続的に受信された前記音響シグナルが、せん断波の連続した伝播画像を求めるために処理される、請求項１に記載の方法。
3. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、計算される前記せん断波伝播パラメータが、せん断波スピード、せん断係数、ヤング率及びずり弾性、並びに局所的ひずみの逆数から選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記心収縮性計算ステップｄ）では、前記収縮末期の弾性パラメータが、前記観察領域のいくつかのポイントにおいて計算され、前記観察領域内の前記収縮末期の弾性パラメータのマップが求められる、請求項１に記載の方法。
5. 前記サブステップｂ１）では、前記非集束超音波圧縮波が毎秒少なくとも３００ショットの速度で放射される、請求項１に記載の方法。
6. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回反復して求められ、前記収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求められる、請求項１に記載の方法。
7. 前記収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数である、請求項６に記載の方法。
8. 前記測定期間が１秒〜１８０秒の範囲である、請求項６に記載の方法。
9. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、毎秒少なくとも５回の速度で反復して求められる、請求項６に記載の方法。
10. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記収縮期末期が心電図検査により検知され、前記収縮末期の弾性パラメータが、前記検知された収縮期末期において求められる、請求項１に記載の方法。
11. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、数回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかのランダムな時点において反復して求められ、前記収縮末期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求められる、請求項１に記載の方法。
12. 拡張期弾性評価ステップｅ）が更に含まれ、同ステップでは、拡張期の弾性パラメータが求められ、前記拡張期の弾性パラメータが、拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である、請求項１に記載の方法。
13. 前記拡張期弾性評価ステップｅ）では、前記せん断波伝播パラメータの数値が、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回反復して求められ、前記拡張期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求められる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記拡張期の弾性パラメータが、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最小値の関数である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記心収縮性評価ステップｄ）では、前記拡張期が心電図検査により検知され、前記拡張期の弾性パラメータが、前記検知された拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である、請求項１３に記載の方法。
16. 前記サブステップｃ２）では、前記運動パラメータが、前記観察領域にある少なくとも１つの事前に決定された測定ゾーン内で、前記トランスデューサのアレイに属する対応する１つのトランスデューサにより求められる、請求項１に記載の方法。
17. せん断波伝播パラメータ測定が心筋内の同一場所で行われるように、前記心筋の変形を監視する監視ステップが更に含まれる、請求項１に記載の方法。
18. 少なくとも１つの電子制御システムにより、互いに独立して制御されるトランスデューサのアレイを含む、患者の心筋収縮性を測定するための装置であって、前記電子制御システムが、
    ａ）前記トランスデューサのアレイにより、少なくとも１つの集束超音波を前記患者の身体内に放射せしめ、これにより患者の心筋内に集束超音波を生成させるように、
    ｂ）前記患者の心筋内の観察領域におけるせん断波の伝播を、
    ｂ１）前記せん断波が前記観察領域を伝播する間、少なくとも前記非集束超音波の一部が前記観察領域内を貫通するように、前記トランスデューサのアレイが、前記患者の心筋内に一連の非集束超音波圧縮波を放射するようにせしめ、前記非集束超音波のタイミングが調整されること、及び
    ｂ２）前記観察領域から受信した音響シグナルを、前記トランスデューサのアレイによりリアルタイムに検知せしめ、前記音響シグナルが、前記患者の心臓内の反射粒子と相互作用する非集束超音波圧縮波により生み出されるエコーを含むこと、
    により観察するように、
    ｃ）前記観察領域から連続して受信した前記音響シグナルを処理し、これにより前記観察領域内の少なくとも１つの運動パラメータを求め、前記運動パラメータが前記反射粒子の運動を特徴づけるように、
    ｄ）時間経過と共に前記運動パラメータに生じた変動に基づき、少なくとも収縮末期の弾性パラメータを前記観察領域の少なくとも１箇所において求め、前記収縮末期の弾性パラメータが、収縮期末期のせん断波伝播パラメータより取得される数値の関数であり、前記せん断波伝播パラメータが心筋の弾性を表すように、
    適合されている装置。
19. 前記電子制御システムが、前記せん断波の連続した伝播画像を求めるように、及び前記運動パラメータを前記画像から求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
20. 前記制御システムにより計算される前記せん断波伝播パラメータが、せん断波スピード、せん断係数、ヤング率、ずり弾性、及び局所的ひずみの逆数から選択される、請求項１８に記載の装置。
21. 前記制御システムが、前記収縮末期の弾性パラメータを、前記観察領域のいくつかのポイントにおいて計算し、前記観察領域内の前記収縮末期の弾性パラメータのマップを求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
22. 前記制御システムが、前記非集束超音波圧縮波を毎秒少なくとも３００ショットの速度で放射せしめるように適合される、請求項１８に記載の装置。
23. 前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータの反復した数値を、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回求めるように適合され、前記中央ユニットが、前記収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づき求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
24. 前記制御システムが、前記収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求めるように適合される、請求項２３に記載の装置。
25. 前記測定期間が１秒〜１８０秒の範囲である、請求項２３に記載の装置。
26. 前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータを、毎秒少なくとも５回求めるように適合される、請求項２３に記載の装置。
27. 前記制御システムに連結された心電計が更に含まれ、前記制御システムが、前記心電計により収縮期末期を検知するように、前記検知された収縮末期における収縮末期の弾性パラメータを求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
28. 前記制御システムが、前記せん断波伝播パラメータの数値を、数回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかのランダムな時点において反復して求め、前記収縮末期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最大値の関数として求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
29. 前記制御システムが、拡張期の弾性パラメータを求めるように適合され、前記拡張期の弾性パラメータが拡張期における前記せん断波伝播パラメータより取得される数値の関数である、請求項１８に記載の装置。
30. 前記制御システムが、少なくとも１回の心臓周期を対象範囲とする測定期間に、いくつかの異なる時点において、毎秒数回、前記せん断波伝播パラメータの反復した数値を求めるように適合され、前記中央ユニットが、前記拡張期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値に基づいて求めるように適合される、請求項２９に記載の装置。
31. 前記制御システムが、前記拡張期の弾性パラメータを、前記せん断波伝播パラメータの前記数値における最小値の関数として求めるように適合される、請求項３０に記載の装置。
32. 前記中央システムに連結された心電計が更に含まれ、前記制御システムが、前記心電計により拡張期を検知し、拡張期弾性パラメータを前記検知された拡張期において求めるように適合される、請求項２３記載の装置。
33. 心臓周期の正確な時刻における前記せん断波の伝播の観察及び前記心臓周期の正確な時刻におけるせん断波伝播パラメータの決定のきっかけを作る、前記制御システムに連結された心電計が更に含まれる、請求項１８に記載の装置。
34. 前記制御システムが、前記トランスデューサのアレイに属する、対応する１つのトランスデューサに由来するデータに基づき、前記観察領域にある少なくとも１つの事前に決定された測定ゾーン内で、前記運動パラメータを求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。
35. 前記制御システムが、心筋の変形を監視するように、及び前記せん断波伝播パラメータを心筋内の同一場所において求めるように適合される、請求項１８に記載の装置。

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