JP2017532158A - せん断波エラストグラフィイメージングを実施するためのイメージング方法および装置 - Google Patents

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Abstract

媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法であって、複数セットのせん断波伝播パラメータを取得するための複数のせん断波イメージングステップ(30)を含み、観察野のせん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標が決定される信頼性指標決定ステップ(40)をさらに含む、方法。

Description

本発明は、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するためのイメージング方法および装置に関する。
媒質内の観察野をイメージングするためのせん断波エラストグラフィ方法の一例が、米国特許第7,252,004号に記載されている。
米国特許第7,252,004号の方法は、媒質内の組織運動が限られているときは十分な満足をもたらすが、組織がより強い運動を受けるときには、画像および測定の再現性および信頼性が最適とはならないことがある。
例として、肝臓および腹部内で実施されるせん断波エラストグラフィは、患者の呼吸によるわずかな動きに、肺、肋骨、および介在する組織からの遮蔽(shadowing)に、または心拍に関連する臓器の脈動にさえも、敏感となり得る。
米国特許第7,252,004号
したがって、測定ばらつきの低減をもたらし、取得時間を短くし、または取得の失敗の回数を低減させることのできる、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法が必要とされている。
そのような方法は、せん断波エラストグラフィイメージングの学習曲線を短縮することができるので、新規ユーザにとりわけ有用となり得る。
この目的のために、本発明の第1の目的は、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法であって、複数セットのせん断波伝播パラメータを取得するための複数のせん断波イメージングステップを含み、観察野のせん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標が決定される信頼性指標決定ステップをさらに含む、方法である。
これらの特徴によって、オペレータにSWE取得/測定の信頼性に関する追加情報を提供することができる。したがって、オペレータは、せん断波エラストグラフィイメージングが最適であるときに診断および測定を実施するだけで、または信頼性の高い動作条件下で実施された診断および測定を考慮に入れるだけで、その診断性能を高めることができる。
一部の実施形態では、以下の特徴のうちの1つまたは複数を使用してもよい:
- 信頼性指標が、安定性指標の関数であり、信頼性指標決定ステップが、前記安定性指標が少なくとも2セットのせん断波伝播パラメータに基づいて決定される安定性指標決定ステップを含む、
- 安定性指標が、少なくとも2セットのデータ間の類似性の関数であり、前記2セットのデータが、連続する2セットのせん断波伝播パラメータ、または連続する2セットのせん断波伝播パラメータにそれぞれ関連する2つのヒストグラムである、
- 2セットのデータ間の類似性が、各データセットについてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を比較することによって決定され、前記メトリックが、二乗平均、相関、正規化相関、パターン強度、および相互情報量からなるリストの中で選択される、
- 安定性指標が、複数セットのせん断波伝播パラメータの統計的分散の関数である、
- 複数セットのせん断波伝播パラメータの統計的分散が、四分位数範囲、十分位数範囲、標準偏差、中央絶対偏差、平均絶対偏差、距離標準偏差からなるリストの中で選択される統計指標を、コンピュータ計算することによって決定される、
- 統計的分散が、コンピュータ計算された統計指標を複数セットのせん断波伝播パラメータの中心傾向の統計的尺度によってさらに正規化することによって決定される、
- 各せん断波イメージングステップが、
a)トランスデューサのアレイに、少なくとも1つの超音波を媒質内に放出させることによって、媒質内部にせん断波が発生する、励起ステップと、
b)前記せん断波の伝播が媒質の観察野内の複数の点において観察される、観察ステップであって、
以下の、
b1)トランスデューサのアレイに一連の超音波を、観察野内の伝播するせん断波との少なくとも部分的な空間的および時間的オーバーラップを前記超音波が呈するように空間的カバレージおよびタイミングが適合された状態で、媒質内に放出させる動作、ならびに
b2)前記観察野から受領した、超音波が媒質内の散乱体と相互作用することによって発生するエコーを含む音響信号を、前記トランスデューサのアレイによってリアルタイムで検出させる動作
を含む、観察ステップと、
c)観察野内で、観察野内の複数の点に関連する1セットのせん断波伝播パラメータが決定される、少なくとも1つの処理ステップと
を含む、
- 信頼性指標が、運動指標の関数であり、信頼性指標決定ステップが、前記運動指標が少なくとも2セットのデータに基づいて決定される運動指標決定ステップを含み、前記2セットのデータが、観察野の連続する2つのBモード画像であるか、またはドプラ取得物(Doppler acquisition)など、観察野の連続する2つの位相敏感取得物(phase sensitive acquisition)である、
- 運動指標が、連続する少なくとも2つのBモード画像間の、前記連続する2つのBモード画像からオプティカルフローをコンピュータ計算することによって決定される局所的または大域的な変位の関数である、
- 運動指標が、連続する少なくとも2回の位相敏感取得間の、前記連続する2回の位相敏感取得の位相値測定値からコンピュータ計算される局所的または大域的な変位の関数である、
- 信頼性指標が、画像品質指標の関数であり、信頼性指標決定ステップが、前記画像品質指標が観察野の少なくとも1つのBモード画像に基づいて決定される画像品質指標決定ステップを含む、
- 画像品質指標が、少なくとも1つのBモード画像の統計的特性をコンピュータ計算して、前記統計的特性を少なくとも1つの予め定義されたしきい値と比較することによって決定される、
- 複数のBモード画像の統計的特性が、少なくとも1つのBモード画像の、Bモード1次統計値、Bモード2次統計値、またはBモード1次統計値とBモード2次統計値との組合せである、
- 画像品質指標が、観察野の少なくとも2つのBモード画像に基づいて決定され、画像品質指標が、前記少なくとも2つのBモード画像間の類似性の関数であり、前記類似性が、前記Bモード画像の各々についてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を比較することによって決定され、前記メトリックが、二乗平均、相関、正規化相関、パターン強度、および相互情報量からなるリストの中で選択される、
- 方法が、少なくとも1つのBモードイメージングステップを含む、
- 方法が、複数の位相敏感取得ステップを含む、
- Bモードイメージングステップおよび/または位相敏感取得ステップが、せん断波イメージングステップの前に実施される、
- 方法が、信頼性指標、安定性指標、運動指標、および/または画像品質指標を少なくとも1つの予め定義されたしきい値と比較する、少なくとも1つのステップをさらに含む、
- 方法が、オペレータに信頼性指標を表示するステップをさらに含む、
- オペレータに信頼性指標を表示するステップが、安定性指標および/または運動指標および/または画像品質指標を表示することを含む、
- オペレータに信頼性指標を表示するステップが、信頼性指標の数値を表示すること、および信頼性指標のグラフィカル表現を表示すること、から選択される動作を含む、
- 方法が、オペレータに運動指標および/または画像品質指標の合成指標(synthetic indicator)関数を表示するステップをさらに含み、合成指標を前記表示するステップが、複数のせん断波イメージングステップに先だって実施される、
- 観察野内の複数の点に関連する複数の信頼性指標が決定され、信頼性指標マップがオペレータに表示される、
- 前記信頼性指標マップが、安定性指標マップおよび/または運動指標マップおよび/または画像品質指標マップおよび/または合成指標マップを備える、
- 方法が、
観察野内のせん断波伝播パラメータのマップ、および
信頼性指標マップ
を備える、少なくとも2つのマップに基づく合成画像を決定するステップであって、
前記少なくとも2つのマップのうちの1つのマップの色成分を、前記少なくとも2つのマップのうちの別の1つに応じて変化させること、前記少なくとも2つのマップをアルファブレンドすること、前記少なくとも2つのマップのうちの1つの、前記少なくとも2つのマップのうちの別の1つの上に重ねられる1セットのラインまたはアイコンを決定すること、から選択される動作を含む、合成画像を決定するステップと、
オペレータに前記合成画像を表示するステップと
を含む、
- 表示するステップが数回反復される。
本発明の別の目的は、上で詳述した、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングの方法を実現するためのイメージング装置であって、少なくとも1つの電子中央ユニット(electronic central unit)によって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備え、少なくとも1つの電子中央ユニットが、
- 複数セットのせん断波伝播パラメータを、
a)トランスデューサのアレイによって、少なくとも1つの超音波を媒質内に放出させて、媒質内部にせん断波を発生させること、
b)前記せん断波の伝播を観察野内の複数の点において同時に、
b1)トランスデューサのアレイに一連の超音波を、観察野内の伝播するせん断波との少なくとも部分的な空間的および時間的オーバーラップを前記超音波が呈するように空間的カバレージおよびタイミングが適合された状態で、媒質内に放出させること、ならびに
b2)前記観察野から受領した、超音波が媒質内の散乱体と相互作用することによって発生するエコーを含む音響信号を、前記トランスデューサのアレイによってリアルタイムで検出させること
によって観察すること、ならびに
c)観察野内で、観察野内の複数の点に関連する1セットのせん断波伝播パラメータを決定すること
によって取得するように、
- 観察野のせん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標を決定するように
適合された、装置である。
本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として提供される本発明の実施形態についての、また添付の図面についての以下の記載から、容易に明らかとなるであろう。
本発明の一実施形態による、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための装置を示す図である。 本発明の一実施形態による、媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態による方法の、せん断波イメージングステップを詳細に示す図である。 本発明の一実施形態による方法の、信頼性指標決定ステップを詳細に示す図である。 重ね合わされた等値線が信頼性指標の予め定義されたしきい値を示す、信頼性指標マップを示す図である。 図5A上に示された信頼性指標の値を、やはり図5A上に示された予め定義されたしきい値と比較することによって得られた、信頼性指標のしきい値のしきい値マップを示す図である。
異なる図上では、同一の参照符号が同様または類似の要素を指定する。
図1上に示される装置1は、媒質3内の観察野2のせん断波エラストグラフィイメージング、例として生体組織、特に患者のヒト組織のイメージングを実施するように適合された、超音波イメージング装置である。
装置1は、従来のBモードイメージング、および/またはドプライメージングなどの位相敏感取得を実施することができてもよい。
装置1は、例として、
- 超音波トランスデューサアレイ6、例として、通常の超音波検査プローブですでに知られているような、軸Xに沿って並置された数十のトランスデューサ(例として100から300)を典型的に含むリニアアレイ(アレイ6は次いで、観察野2の2次元(2D)イメージングを実施するように適合されるが、アレイ6は、観察野2の3Dイメージングを実施するように適合された2次元アレイとすることもできる)、
- トランスデューサアレイを制御し、そこから信号を取得する電子ベイ7、
- 電子ベイ7を制御し、電子ベイから得られた超音波画像をディスプレイ4a上に表示するためのマイクロコンピュータ4(一変形形態では、単一の電子デバイスが、電子ベイ7およびマイクロコンピュータ4の全ての機能を満たすことができる)
を含んでよい。
図2上に示すように、電子ベイ7は、例として、
- トランスデューサアレイ6のn個のトランスデューサ(T1〜Tn)に個別に接続された、n個のアナログ/デジタルコンバータ(E1〜En)、
- n個のアナログ/デジタルコンバータにそれぞれ接続された、n個のバッファメモリ(M1〜Mn)、
- バッファメモリおよびマイクロコンピュータ4と連通する、中央処理ユニット(CPU)、
- 中央処理ユニットに接続された、メモリ(M)、
- 中央処理ユニットに接続された、デジタル信号プロセッサ(DSP)
を含んでよい。
トランスデューサT1〜Tnは、中央処理ユニットによって互いに独立して制御される。したがって、トランスデューサT1〜Tnは、
- 非集束超音波、
- そうでなければ、媒質3の1つまたは複数の点上に集束される超音波
を選択的に放出することができる。
本明細書で理解される「非集束超音波」という用語は、媒質3内の観察野全体を照射する任意の非集束波、例として、
- 「平面」である超音波圧縮波(すなわちその波面がX、Y平面内で直線的である波)、もしくは他の任意のタイプの非集束波、
- さまざまなトランスデューサT1〜Tnによってランダム超音波信号を放出させることによって発生する波、
- または媒質3の1つもしくは複数の点上に集束される超音波圧縮波、
- または弱集束波(「ファット(fat)」送信集束として知られる:焦点距離/開口比>2.5)、
- または球面波などの発散波、
- またはいくつかの焦点上に同時に集束される波、
- またはより一般に、単一の焦点位置および焦点距離/開口比<2.5を使用する従来の集束に対応しない、任意の種類の送信波
を意味する。
装置1の動作、特にせん断波イメージングステップ30の間、トランスデューサアレイ6は、例として患者の皮膚に接触して配置される。
装置1の動作は、制御システム、すなわちこの動作の様式に合うようにプログラムされる中央処理ユニット(CPU)および/またはコンピュータ4によって制御される。
ここで、添付の図面を参照して、下に記載されている本発明の実施形態を詳細に参照されたい。この点に関して、本発明の実施形態は、いくつかの異なる形態で具現化されてよく、以下に記述された実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
以後フローチャート図またはブロック図に即して記載した、本発明の一部の実施形態は、コンピュータ可読命令によって実現可能であるものと理解される。これらのコンピュータ可読命令を、汎用コンピュータのプロセッサ、専用プロセッサもしくはコンピュータ、または他の1つもしくは複数のプログラマブルデータ処理回路に、フローチャートブロック内に指定された動作およびステップを実現するモジュールをプロセッサまたは回路によって実行される命令が生み出すように、提供することができる。
このようにして、本発明の実施形態を、コンピュータ可読命令またはコードの記憶および伝送を可能にする任意の1つまたは複数の媒体を備える、非一時的コンピュータ可読記憶デバイスを通じて実現することができる。
ここで、図2および図3をより具体的に参照すると、せん断波イメージングステップ30を実施するために、装置1の制御システムは、図3上、および文献米国特許第7,252,004号に詳細に示されるように、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る:
a)制御システムが、アレイ6によって少なくとも1つの超音波を放出させることによって媒質3内にせん断波を発生させる、励起ステップ31(この超音波は、トランスデューサT1〜Tnの全てまたは一部によって放出されてよい)、
b)せん断波の伝播が観察野の多数の点において観察される、観察ステップ32、および
c)制御システムが、ステップb)の間に観察野2から受領した連続する超音波信号を、観察野内のさまざまな点におけるせん断波伝播パラメータを決定するために処理する、少なくとも1つの処理ステップ33。
励起ステップa)31の間に放出される超音波は、0.5MHzから15MHzの範囲内にある、例えば約2.5MHzに等しい周波数fの単色波であってよく、それが、k/f秒の持続時間にわたって放出され、ただし、kは50から5000の範囲内にある(例えば約500の)整数であり、fはHz単位で表される。そのような波は、休止期間によって隔てられた一連の放出期間の間に放出されることもあり、放出期間は、毎秒5から1000回の放出の範囲内にあるペースで相次いで起こる。このように生み出されたせん断波は、軸Yに平行に伝播する。
一変形形態では、励起ステップa)の間に放出される超音波が、それぞれの周波数f1およびf2をもつ2つの単色信号の、20Hz≦|f1-f2|≦1000Hzであるような線形結合(特に和)であり、したがって、変調周波数|f1-f2|を有する振幅変調波がもたらされる。
加えて、励起ステップa)の間に放出される超音波は、発生したせん断波が所望の波形を呈し(したがって、例えば、平面であるせん断波、またはこれに反して集束されたせん断波を発生させることが可能であり)、媒質3内の所望のゾーンを照射するように、オプションで複数の点上に同時にまたはその他の方途で集束されてよい。
観察ステップb)32は、いくつかのステップ、特に一連の超音波を放出するステップb1)、および前記超音波からのエコーをリアルタイムで検出するステップb2)を含んでよい。
ステップb1)の間、制御システムはアレイ6に一連の超音波を、観察野内の伝播するせん断波との少なくとも部分的な空間的および時間的オーバーラップを前記超音波が呈するように空間的カバレージおよびタイミングが適合された状態で、粘弾性媒質内に放出させる。したがって、前記超音波のタイミングは、せん断波が観察野を通って伝播する間に、前記非集束超音波の少なくとも一部が観察野に達するように適合される。前記超音波は、例として、トランスデューサT1〜Tnの全てまたは一部によって放出される非集束超音波圧縮波であってよい。
前記超音波は、毎秒500から10,000ショットの範囲内、好ましくは毎秒1000から5000ショットの範囲内にあるペースで放出されてよい(このペースは、患者の身体2を通る圧縮波の往復移動時間によって制限され、というのも、圧縮波によって発生するエコーは全て、新たな圧縮波が送出される前にプローブ6によって受領されている必要があるためである)。
ステップb1)は、例えば0.1から1s継続してよく、毎秒500から10,000ショットの範囲内、好ましくは毎秒1000から5000ショットの範囲内にあるペースで、超音波圧縮波を放出することが可能である(このペースは、患者の身体を通る圧縮波の往復移動時間によって制限され、というのも、圧縮波によって発生するエコーは全て、新たな圧縮波が送出される前にプローブ6によって受領されている必要があるためである)。
各超音波圧縮波は、せん断波の伝播速度よりもずっと大きな伝播速度(例えば、人体内で約1500m/s)で、患者の身体2を通って伝播し、反射粒子3dと相互作用し、それにより、エコーまたは他の類似した信号の乱れを発生させる。
ステップb2)の間、制御システムはアレイ6に、患者の身体2から受領した超音波信号を検出させる。この検出は、アレイ6のトランスデューサの全てまたは一部によって行うことができる。後方散乱超音波信号は、超音波が観察野内の散乱体5と相互作用することによって発生するエコーを含む。これらのエコーは、観察野2内の媒質の変位の、連続する画像に、直接的または間接的に対応する。検出された信号は、バッファメモリM1〜Mn内にリアルタイムで記録される。
後方散乱信号は、超音波圧縮波の各ショットの後、ステップb2)の間にトランスデューサT1〜Tnによって捕捉される。各トランスデューサTiによってショット番号jの後にこのように捕捉された信号sij(t)は、最初に高周波数(例えば30MHzから100MHz)でサンプリングされ、トランスデューサTiに対応するアナログ/デジタルコンバータEiによってリアルタイムで(例えば12ビットに)デジタル化される。
このようにサンプリングおよびデジタル化された信号sij(t)は次いで、同様にリアルタイムで、トランスデューサTiに対応するバッファメモリMi内に記憶される。
例として、各メモリMiは、約128メガバイト(MB)の容量を呈してよく、ショットj=1からpにわたって連続して受領した信号sij(t)を全て収容する。
米国特許第7,252,004号において説明されているように、せん断波の同一伝播に対応する信号sij(t)が全て記憶された後、中央ユニット9が、ステップc)の間にこれらの信号を、観察野内のさまざまな点におけるせん断波伝播パラメータを決定するために処理する。
処理ステップc)は、ビーム形成または経路形成ステップと、それに続く、超音波エコーを生じさせる各散乱体5が受けた変位を決定するステップを含んでよい。
そのような変位決定ステップの例は、米国特許第7,252,004号に示されている。
これにより、せん断波の影響下にある観察野の各位置
Figure 2017532158
においてせん断波によって発生する1セットの変位ベクトル
Figure 2017532158
がもたらされる(これらの変位ベクトルは、本明細書に記載した例では、オプションで単一成分に縮小されてよい)。
この1セットの変位ベクトルは、メモリM内またはコンピュータ4内に記憶され、例えば、特にコンピュータ4のスクリーン4aを用いて、変位の値がグレーレベルや色レベルなどの光学パラメータによって示されるスロー動画の形で表示することができる。
したがって、媒質3内の異なる特性を有するゾーン間でのせん断波の伝播の差を、はっきりと見ることができる。
せん断波伝播の動画は、やはり上で記載した装置1によって生成することのできる従来の超音波検査画像上に重畳することもできる。
さらに、変位の代わりに、観察野2内の点の各々についての媒質3の変形、すなわち、その成分が変位ベクトルの、それぞれ空間変数(記載した例ではXおよびY座標)を基準とした派生物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を、変位ベクトルのように使用して、せん断波の伝播を動画の形ではっきりと表示することができ、これらの変形ベクトルはまた、観察下の患者の身体2に対するトランスデューサアレイ6の変位を排除するという利点を呈する。
変位場または変形場から、コンピュータ4(または一般に制御システム)は、有利には次いで、観察野X、Y(またはトランスデューサの2次元アレイの場合X、Y、Z)内で動きパラメータ(変位または変形)が経時的に変化する様式に基づいて、ユーザが入力モジュール4bを使用してコンピュータ4に作用することによって選択される観察野内のある特定の点(少なくとも1つの点)における、そうでなければ観察野全体を通じた、せん断波の少なくとも1つの伝播パラメータをコンピュータ計算することができる。せん断波伝播パラメータが観察野内のいくつかの点においてコンピュータ計算されるとき、コンピュータ4は次いで、観察野内での前記パラメータのマップをスクリーン4a上に示してよい。
ステップc)の間に計算されるせん断波の伝播パラメータは、米国特許第7,252,004号においてより詳細に説明されているように、例えば、せん断弾性係数μ、またはヤング率E=3μ、またはせん断波の伝播速度cs(
Figure 2017532158
、ただしρは組織の密度である)、またはせん断弾性μ1の中から選択される。そのような伝播パラメータは、媒質3の弾性を表す。
この伝播パラメータは、例として、コンピュータ4(またはより一般に制御システム)によって、いくつかの異なる時点において(少なくとも2つの異なる時点t1、t2において)繰り返しコンピュータ計算されてよい。
例として、制御システム(例えばコンピュータ4)は、媒質3のせん断弾性係数μ(t)を、2つの異なる時点t1、t2において、例えば心収縮期および心拡張期(それぞれ最高血圧時および最低血圧時)においてコンピュータ計算してよい。
したがって、軟組織の弾性特性の測定値が、容易、迅速、かつ非侵襲的に得られる。せん断波パラメータが観察野内の複数の点において決定されるとき、せん断波パラメータまたは軟組織の弾性特性の(例として色のスケールによって示される)画像が決定され、コンピュータスクリーン4a上でユーザに提示されてよい。この画像は、例としてBモードで動作する同一装置1を通じて行われた患者の超音波検査に対して重畳されてよい。上の方法は、せん断波が、例えば50Hzを上回る比較的高い周波数成分を有するとき、いっそううまく働く。
本発明によれば、観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法は、観察野のせん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標が決定される信頼性指標決定ステップ40をさらに含む。
信頼性指標は、取得されたせん断波パラメータの信頼性を表す。
本発明の一実施形態では、信頼性指標は、安定性指標、運動指標、および画像品質指標の関数である、複合指標(composite indicator)である。
安定性指標、運動指標、および画像品質指標については、下でさらに詳述されるが、以下のように大まかに要約することができる:
- 画像品質指標は、観察野から得られたBモード画像の品質を表し、
- 運動指標は、観察野内の生体組織の運動を表し、
- 安定性指標は、せん断波イメージングの時間的安定性を示す。
これらの指標が信頼性の高いせん断波取得に結び付くことが、本発明者らによって見い出された。
本発明の一部の実施形態では、信頼性指標が単に、安定性指標、運動指標、および画像品質指標からなるリストの1つまたは2つの指標の関数であってよい。
本発明の一部の実施形態では、信頼性指標が、安定性指標、運動指標、および/または画像品質指標からコンピュータ計算される、単一の数値または論理値である。
別の実施形態では、信頼性指標が、安定性指標、運動指標、および/または画像品質指標の、1対または3つ組の数値または論理値である。
信頼性指標は、予め定義されたしきい値と比較されてもよく、このしきい値は受入れしきい値(acceptance threshold)であり、すなわち、せん断波取得の信頼性を示す。
図5Aは、重ね合わされたいくつかの等値線がそれぞれ、信頼性指標の予め定義されたそれぞれのしきい値を示す、信頼性指標マップを示す。
図5Bは、信頼性指標の値を、図5A上に示された予め定義されたしきい値と比較することによって得られた、信頼性指標のしきい値のしきい値マップを示す。
信頼性指標としきい値との前記比較の結果に従って、自動的に繰り返される一連の連続するせん断波イメージングステップ30が次いで、装置1によって停止されてよい。
あるいは、信頼性の高い取得が行われたことが、オペレータに知らされてもよい。
したがって、本発明による方法は、オペレータに信頼性指標を表示するステップ50をさらに含んでよい。
図2上に示されているように、複数のせん断波イメージングステップ30、信頼性指標を決定するステップ40、および表示するステップ50が、数回反復されてよい。
オペレータに信頼性指標を表示するステップ50は、安定性指標および/または運動指標および/または画像品質指標を表示することを含む。
前記指標は、数値として表示されてもよく、グラフィカル表現、例としてグリフ、カラーアイコン、またはスライドバーを使用することによって表示されてもよい。
本発明の一実施形態では、複数の信頼性指標が決定され、それは観察野内の複数の点に関連する。
したがって、各信頼性指標は、表示データの特定の画素の信頼性を示す。
図5Aおよび図5B上に示されているように、したがって、信頼性指標マップをオペレータに表示することができる。
信頼性指標マップは、観察の特定の関心領域、例として、オペレータによって選択された関心領域に限定されてよい。
オペレータに表示される信頼性指標マップは、安定性指標マップ、運動指標マップ、および/または画像品質指標マップを備えてよい。
前記マップは、表示するために、次々と上に重ね合わされてよい。
本発明の一実施形態では、したがって、合成画像が決定され、オペレータに表示されてよく、前記合成画像は、
- 観察野内のせん断波伝播パラメータのマップ、および
- 安定性指標マップ、運動指標マップ、および/または画像品質指標マップを備えてよい、信頼性指標マップ
を備える。
本実施形態では、したがって、本発明による方法は、そのような合成画像を決定するステップを含んでよい。
このステップは、例えば、前記マップのうちの1つのマップの色成分を、前記マップのうちの別の1つのマップに応じて変化させることによって、前記マップ同士をアルファブレンドすることによって、または前記マップのうちの少なくとも1つの、前記マップのうちの別の1つの上に重ねられる1セットのラインもしくはアイコンを決定することによって、実施されてよい。
本発明者らは、ここで、本発明による信頼性指標決定ステップを詳細に示す図4を、より具体的に参照する。
この図上に示されているように、安定性指標は、信頼性指標決定ステップ40の安定性指標決定ステップ43の間に決定されてよい。
安定性指標は、複数セットのせん断波伝播パラメータ、特に少なくとも2セットのせん断波伝播パラメータに基づいて決定されてよい。
「1セットのせん断波伝播パラメータ」とは、ステップa)の、上で詳述した単一のせん断波イメージングステップにおいて発生したせん断波の伝播に対応する、1セットのデータと理解される。したがって、前記数セットのせん断波伝播パラメータはそれぞれ、上で詳述した連続する、または反復されたせん断波イメージングステップに対応し、特に、関連するそれぞれのせん断波の伝播に対応する。
せん断波伝播パラメータのセットの数、すなわち、せん断波イメージングステップの数は、予め定義することができ、いくつかのせん断波イメージングステップ、例として10回のせん断波イメージングステップまたは20回のせん断波イメージングステップとすることができる。次いで、同じ予め定義された数のせん断波イメージングステップの間に取得された、予め定義された数のせん断波伝播パラメータのセットに対して、安定性指標がコンピュータ計算される。
本発明による安定性指標決定ステップ43の第1の実施形態では、安定性指標が、2セットのデータ間の類似性の関数である。
2セットのデータは、連続する2セットのせん断波伝播パラメータ、または連続する2セットのせん断波伝播パラメータにそれぞれ関連する2つのヒストグラムとすることができる。
より正確には、2セットのデータ間の類似性は、各データセットについてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を比較することによって決定される。
メトリックは、二乗平均、相関、正規化相関、パターン強度、相互情報量、および同様のものとすることができる。
「二乗平均」とは、データ値間の、差分二乗和または差分絶対値和を意味する。
「相関」および「正規化相関」とは、データ値間の相関を、オプションで両データセットの自己相関の平方根をとったもので除算した商を意味する。そのようなメトリックは、そのデータ値が線形変換によって関係付けられるデータセット同士の比較を可能にするものである。
「パターン強度」とは、データ値間の差分二乗を関数、例として1/(1+x)タイプの関数によって変換し、それらを合計した和を意味する。そのようなメトリックは、より多くのデータが利用できるとき、またデータ値同士が近いときに、増大するという利点を有する。
「相互情報量」とは、情報理論で通常使用されているような、他方のセットのみが知られている場合に一方のセットからどれだけ知ることができるかの尺度を意味する。相互情報量は、例として、両データセットのエントロピーを結合エントロピーから減算することによって得られてよい。したがって、相互情報量は、一方のセットについてのあいまいさが、第2のセットについての知識によってどれだけ低減されるかを示している。
本発明による安定性指標決定ステップ43の別の実施形態では、安定性指標が、複数セットのせん断波伝播パラメータの統計的分散の関数である。
より正確には、複数セットのせん断波伝播パラメータの統計的分散は、例として四分位数範囲、十分位数範囲、標準偏差、中央絶対偏差、平均絶対偏差、距離標準偏差、または同様のものとすることのできる統計指標を、コンピュータ計算することによって決定されてよい。
本発明の一実施形態では、コンピュータ計算された統計指標を、平均値、中央値、最頻値、第1四分位数と第3四分位数の平均値、第1十分位数と最後の十分位数の平均値など、複数セットのせん断波伝播パラメータの中心傾向の統計的尺度によってさらに正規化することができる。
図2上に示された本発明の一実施形態では、本発明による方法が、少なくとも1つのBモードイメージングステップ10、好ましくは複数の少なくとも2つのBモードイメージングステップ10をさらに含む。
Bモードイメージングステップ10は、複数のせん断波イメージングステップ30の前に実施されてよい。
本実施形態では、信頼性指標が、特に安定性指標の関数であることに加えて、さらに運動指標の関数であってよい。
したがって、信頼性指標決定ステップ40は、運動指標が観察野の連続する少なくとも2つのBモード画像に基づいて決定される運動指標決定ステップ42を含んでよい。
したがって、運動指標は、連続する2つのBモード画像間の局所的または大域的な変位の関数である。
運動指標は特に、前記連続する2つのBモード画像からオプティカルフローをコンピュータ計算することによって決定されてよい。
「オプティカルフロー」とは、前記2つのBモード画像の一方の少なくとも一部分の、前記2つのBモード画像の他方と比較した変位の尺度を意味する。
「連続する2つのBモード画像」とは、2つのBモード画像が、同時に取得されたのではなく、異なるタイミングで取得されたことを意味する。したがって、2つのBモード画像の取得の瞬間を隔てる、ゼロではない時間間隔がある。しかし、連続する2つのBモード画像は、一連のBモード画像取得の連続画像である必要はなく、前記一連のうちのいくつかのBモード画像によって隔てられ得る。
本発明の一実施形態では、本発明による方法が、ドプラ取得など、観察野2の複数回の位相敏感取得20、特に少なくとも2回の位相敏感取得20をさらに含む。
その場合、運動指標は、連続する2回の位相敏感取得間の局所的または大域的な変位の関数である。
運動指標は、特に、前記連続する2回の位相敏感取得の位相値測定値からコンピュータ計算されてよい。
そのようなコンピュータ計算の非限定的な一例では、位相敏感取得が、ドプラ情報をもたらすパルスインバージョン取得である。次いで、動いている組織についてパルスインバージョンドプラスペクトル(pulse inversion Doppler spectra)の変化が決定されてよく、基本波成分と第2高調波成分のいずれかから、ドプラ処理を通じて組織変位を抽出することができる。
このコンピュータ計算を行う他の代替手段が存在する。
方法が複数のBモードイメージングステップ10を含む本発明の一実施形態では、信頼性指標が、運動指標の関数であることに加えて、さらに画像品質指標の関数であってよい。
したがって、信頼性指標決定ステップ40は、画像品質指標が観察野2の少なくとも1つのBモード画像に基づいて決定される画像品質指標決定ステップ41を含んでよい。
画像品質指標は特に、Bモード画像の統計的特性をコンピュータ計算して、前記統計的特性を予め決定されたしきい値と比較することによって決定されてよい。
Bモード画像、または複数のBモード画像の統計的特性は特に、
- 平均値、中央値など、または標準偏差、中央絶対偏差などのBモード1次統計値、
- 共起行列、相関、エントロピーなどのBモード2次統計値、
- または、Bモード1次統計値とBモード2次統計値との組合せ
とすることができる。
Bモード画像が超音波スペックル場を呈するとき、Bモード画像の統計的分散としてスペックルの明るさまたはスペックルの相関長もコンピュータ計算されてよい。
あるいは、画像品質指標は、複数のBモード画像のうちの2つのBモード画像間の類似性の関数であってもよい。
上で安定性指標に関して詳述したように、そのような類似性は、各Bモード画像についてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を一緒に比較することによって決定されてよい。便利なメトリックは、例えば、二乗平均メトリック、相関メトリックもしくは正規化相関メトリック、パターン強度メトリック、または相互情報量メトリックであってよい。
Bモード画像、または複数のBモード画像は、超音波スペックル場、またはその基となる、観察野内の解剖学的構造および組織のエコー輝度を表してよい。
信頼性指標の決定40、安定性指標の決定43、運動指標の決定42、および画像品質指標の決定41、ならびにイメージングステップ(Bモード10、位相敏感20、およびせん断波30)については、上で特定の順序で記載したが、これらのステップは、異なる順序で実施されてよいことに留意されたい。言うまでもなく、特定の指標の決定に必要となるイメージングステップは、有利には、前記指標の決定の前に実施される。
したがって、本発明による方法のステップを実施するための代替順序の非限定的な例は、例として、
1/いくつかのBモードイメージングステップ10、
2/Bモード画像から、画像品質指標を決定41し、運動指標を決定42するステップ、
3/信頼性しきい値に達するまで、以下の、
3.1/せん断波イメージングステップ30を実施するステップ、
3.2/安定性指標を決定43し、安定性指標、画像品質指標、および運動指標から信頼性指標を決定40するステップ、
3.3/信頼性指標を信頼性しきい値と比較するステップ、
3.4/信頼性指標が信頼性しきい値を超えた場合、反復を停止するステップ
を反復
であってよい。
ステップ10、20、30、40、50、31、32、33、41、42、43についての他の代替順序が存在してよい。
本方法の1つまたはいくつかのステップは、同時に実施されてもよい。
本発明の別の代替実施形態では、方法は、せん断波イメージングステップ30を実施するのに先だって、画像品質指標、および観察野のBモード画像または位相敏感取得物から得られた運動指標を表示する追加ステップ51をさらに含んでよい。
画像品質指標および運動指標を表示するステップ51は、画像品質指標および運動指標、または前記指標の1つもしくは複数のマップを、別々に表示することを含んでよい。このステップは、画像品質指標および運動指標の複合インデックス(compound index)を表示することを含んでもよい。
特に、画像品質指標および運動指標を表示するステップ51は、画像品質指標および運動指標の合成指標関数を決定して、前記合成指標を表示することを含んでよい。
「合成指標」とは、指標が、Bモード画像から計算された画像品質指標の関数であり、かつ観察野のBモード画像または位相敏感取得物から計算された運動指標の関数であることを意味する。
本発明の一実施形態では、合成指標、ならびに/または画像品質指標および/もしくは運動指標が、図5Aおよび図5B上に示す上記した比較に類似した様式で、予め定義されたしきい値と比較されてよい。
しきい値は、受入れしきい値であってよく、すなわち、高品質せん断波イメージングにつながる高確率を有する良好領域Bモードおよび/またはドプライメージング(good region B-mode and/or Doppler imaging)を示してよい。
したがって、合成指標は、スクリーン上に表示され、せん断波イメージングに切り替えることができるかどうかをオペレータに示す、クリアランスサイン(clearance sign)に類似していてよい。
合成指標は、予め定義されたしきい値と画像品質指標および/または運動指標との間の比較の結果としてコンピュータ計算されてよい。
合成指標は、画像品質指標の値および/または運動指標の値を表す数またはアイコンであってもよい。
1 イメージング装置
2 観察野、患者の身体
3 媒質
3d 反射粒子
4 マイクロコンピュータ、電子中央ユニット
4a ディスプレイ、コンピュータスクリーン
4b 入力モジュール
5 散乱体
6 超音波トランスデューサアレイ、プローブ
7 電子ベイ
9 中央ユニット
E1〜En アナログ/デジタルコンバータ
M メモリ
M1〜Mn バッファメモリ
T1〜Tn トランスデューサ

Claims (28)

  1. 媒質内の観察野のせん断波エラストグラフィイメージングを実施するための方法であって、複数セットのせん断波伝播パラメータを取得するための複数のせん断波イメージングステップ(30)を含み、
    前記観察野の前記せん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標が決定される信頼性指標決定ステップ(40)をさらに含む、方法。
  2. 前記信頼性指標が、安定性指標の関数であり、
    前記信頼性指標決定ステップ(40)が、前記安定性指標が少なくとも2セットのせん断波伝播パラメータに基づいて決定される安定性指標決定ステップ(43)を含む、
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記安定性指標が、少なくとも2セットのデータ間の類似性の関数であり、前記2セットのデータが、連続する2セットのせん断波伝播パラメータ、または連続する2セットのせん断波伝播パラメータにそれぞれ関連する2つのヒストグラムである、請求項2に記載の方法。
  4. 2セットのデータ間の前記類似性が、各データセットについてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を比較することによって決定され、前記メトリックが、二乗平均、相関、正規化相関、パターン強度、および相互情報量からなるリストの中で選択される、請求項3に記載の方法。
  5. 前記安定性指標が、前記複数セットのせん断波伝播パラメータの統計的分散の関数である、請求項2から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記複数セットのせん断波伝播パラメータの前記統計的分散が、四分位数範囲、十分位数範囲、標準偏差、中央絶対偏差、平均絶対偏差、距離標準偏差からなるリストの中で選択される統計指標を、コンピュータ計算することによって決定される、請求項5に記載の方法。
  7. 前記統計的分散が、前記コンピュータ計算された統計指標を前記複数セットのせん断波伝播パラメータの中心傾向の統計的尺度によってさらに正規化することによって決定される、請求項6に記載の方法。
  8. 各せん断波イメージングステップ(30)が、
    a)トランスデューサのアレイに、少なくとも1つの超音波を前記媒質内に放出させることによって、前記媒質内部にせん断波が発生する、励起ステップ(31)と、
    b)前記せん断波の伝播が前記媒質の観察野内の複数の点において観察される、観察ステップ(32)であって、
    以下の、
    b1)前記トランスデューサのアレイに一連の超音波を、前記観察野内の前記伝播するせん断波との少なくとも部分的な空間的および時間的オーバーラップを前記超音波が呈するように空間的カバレージおよびタイミングが適合された状態で、前記媒質内に放出させる動作、ならびに
    b2)前記観察野から受領した、前記超音波が前記媒質内の散乱体と相互作用することによって発生するエコーを含む音響信号を、前記トランスデューサのアレイによってリアルタイムで検出させる動作
    を含む、観察ステップと、
    c)前記観察野内で、前記観察野内の複数の点に関連する1セットのせん断波伝播パラメータが決定される、少なくとも1つの処理ステップ(33)と
    を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記信頼性指標が、運動指標の関数であり、
    前記信頼性指標決定ステップ(40)が、前記運動指標が少なくとも2セットのデータに基づいて決定される運動指標決定ステップ(42)を含み、
    前記2セットのデータが、前記観察野の連続する2つのBモード画像であるか、またはドプラ取得物など、前記観察野の連続する2つの位相敏感取得物である、
    請求項2から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記運動指標が、連続する2つのBモード画像間の、前記連続する2つのBモード画像からオプティカルフローをコンピュータ計算することによって決定される局所的または大域的な変位の関数である、請求項9に記載の方法。
  11. 前記運動指標が、連続する2回の位相敏感取得間の、前記連続する2回の位相敏感取得の位相値測定値からコンピュータ計算される局所的または大域的な変位の関数である、請求項9に記載の方法。
  12. 前記信頼性指標が、画像品質指標の関数であり、
    前記信頼性指標決定ステップ(40)が、前記画像品質指標が前記観察野の少なくとも1つのBモード画像に基づいて決定される画像品質指標決定ステップ(41)を含む、
    請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記画像品質指標が、少なくとも1つのBモード画像の統計的特性をコンピュータ計算して、前記統計的特性を予め定義されたしきい値と比較することによって決定される、請求項12に記載の方法。
  14. 複数のBモード画像の前記統計的特性が、前記少なくとも1つのBモード画像の、Bモード1次統計値、Bモード2次統計値、またはBモード1次統計値とBモード2次統計値との組合せである、請求項13に記載の方法。
  15. 前記画像品質指標が、前記観察野の少なくとも2つのBモード画像に基づいて決定され、
    前記画像品質指標が、前記少なくとも2つのBモード画像間の類似性の関数であり、
    前記類似性が、前記Bモード画像の各々についてメトリックをコンピュータ計算して、前記メトリック同士を比較することによって決定され、前記メトリックが、二乗平均、相関、正規化相関、パターン強度、および相互情報量からなるリストの中で選択される、
    請求項12から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 少なくとも1つのBモードイメージングステップ(10)をさらに含む、請求項9から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 複数の位相敏感取得ステップ(20)をさらに含む、請求項9から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. Bモードイメージングステップ(10)および/または位相敏感取得ステップ(20)が、前記せん断波イメージングステップ(30)の前に実施される、請求項16または17に記載の方法。
  19. 信頼性指標、安定性指標、運動指標、および/または画像品質指標を少なくとも1つの予め定義されたしきい値と比較する、少なくとも1つのステップをさらに含む、請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
  20. オペレータに信頼性指標を表示するステップ(50)をさらに含む、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
  21. オペレータに信頼性指標を前記表示するステップ(50)が、安定性指標および/または運動指標および/または画像品質指標を表示することを含む、請求項20に記載の方法。
  22. オペレータに前記信頼性指標を前記表示するステップ(50)が、前記信頼性指標の数値を表示すること、および前記信頼性指標のグラフィカル表現を表示すること、から選択される動作を含む、請求項20または21に記載の方法。
  23. オペレータに運動指標および/または画像品質指標の合成指標関数を表示するステップ(51)をさらに含み、
    合成指標を前記表示するステップ(51)が、前記複数のせん断波イメージングステップ(30)に先だって実施される、
    請求項1から22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記観察野内の複数の点に関連する複数の信頼性指標が決定され、
    信頼性指標マップがオペレータに表示される(50、51)、
    請求項1から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記信頼性指標マップが、安定性指標マップおよび/または運動指標マップおよび/または画像品質指標マップおよび/または合成指標マップを備える、請求項24に記載の方法。
  26. 前記観察野内のせん断波伝播パラメータのマップ、および
    前記信頼性指標マップ
    を備える、少なくとも2つのマップに基づく合成画像を決定するステップであって、
    前記少なくとも2つのマップのうちの1つのマップの色成分を、前記少なくとも2つのマップのうちの別の1つに応じて変化させること、前記少なくとも2つのマップをアルファブレンドすること、前記少なくとも2つのマップのうちの1つの、前記少なくとも2つのマップのうちの別の1つの上に重ねられる1セットのラインまたはアイコンを決定すること、から選択される動作を含む、合成画像を決定するステップと、
    オペレータに前記合成画像を表示するステップ(50、51)と
    を含む、請求項24または25に記載の方法。
  27. 表示するステップ(50、51)が数回反復される、請求項20から26のいずれか一項に記載の方法。
  28. 請求項1から27のいずれか一項に記載の、媒質(3)内の観察野(2)のせん断波エラストグラフィイメージングの方法を実現するためのイメージング装置(1)であって、少なくとも1つの電子中央ユニット(4)によって互いに独立して制御されるトランスデューサのアレイ(6)を備え、前記少なくとも1つの電子中央ユニット(4)が、
    a)前記トランスデューサのアレイ(6)によって、少なくとも1つの超音波を前記媒質(3)内に放出させて、前記媒質(3)内部に弾性せん断波を発生させること、
    b)観察野(2)内の複数の点において、
    b1)前記トランスデューサのアレイ(6)に一連の超音波を、前記観察野内の伝播するせん断波との少なくとも部分的な空間的および時間的オーバーラップを前記超音波が呈するように空間的カバレージおよびタイミングが適合された状態で、前記媒質内に放出させること、
    b2)前記観察野(2)から受領した、前記超音波が前記媒質(3)内の散乱体(5)と相互作用することによって発生するエコーを含む音響信号を、前記トランスデューサのアレイによってリアルタイムで検出させること
    によって前記せん断波の伝播を観察すること、ならびに
    c)前記観察野(2)内で、前記観察野(2)内の前記複数の点に関連する1セットのせん断波伝播パラメータを決定すること
    によって複数セットのせん断波伝播パラメータを同時に取得し、
    前記観察野(2)の前記せん断波エラストグラフィイメージングの信頼性指標を決定するように適合された、装置。
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