JP2018531138A - 弾性の検出方法及び機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、弾性の検出方法及び機器を提供している。当該方法は、励起装置（２）が、所定の時間間隔を周期として組織の中でＮ個のせん断波を励起し、超音波トランスデューサ（３）が組織へ超音波を放射するように制御し、励起装置（２）と超音波トランスデューサ（３）を組織の表面に接触させて保持するステップ（１０１）と、超音波トランスデューサ（３）によってせん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信するステップ（１０２）と、せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得するステップ（１０３）と、Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、組織の弾性パラメータを算出して取得するステップ（１０４）とを含む。励起装置（２）と超音波トランスデューサ（３）を組織の表面に接触させて保持することで、手動で励起装置（２）の組織の表面位置における複数回の位置決めを行う必要がなく、Ｎ個のせん断波がいずれも同一位置に対応して励起されることを保証しており、最終的な弾性パラメータの検出結果の正確性を保証することは有益なことである。

Description

本発明は、医療器具・医療機器の技術分野に属し、具体的には、弾性の検出方法及び機器に関するものである。

生物の組織の弾性と病巣の特性には緊密な関連があり、病症の診断について重要な基準値として役立っている。従って、近年、人体の肝臓等の粘弾性媒体に対して非破壊で弾性を検出する弾性の検出技術が幅広く適用されている。

弾性の検出技術は、定量的に組織の弾性特徴情報である弾性係数を検出するためのものである。その基本的原理として、組織を内部（自体を含む）又は外部から動態・静態・準静態的に１度励起させると、弾性力学や、生物力学等の物理規則の作用の下で、組織には１つの応答が生じられる。組織（正常及び病理組織を含む）によって弾性係数（応力・歪み）が異なるため、外力の圧迫を受けるとその歪みの大きさも異なる。組織の変形前後のエコー信号に対して画像変換処理を行い、画像の特色により組織の弾性の大きさを直観的に表示して、病変の位置付けを行っている。

現在、組織の弾性の検出結果をできるだけ正確に保証するために、通常、最終的な弾性の検出結果が得られるように、組織を複数回にわたって繰り返し測定する必要があった。つまり、オペレータはプローブを組織の該当位置に置いた後、１回目の測定を立ち上げて、ホストを制御して関連する処理を行い、１回目の弾性の検出結果が得られ、その後に、またプローブを組織の該当位置に置いて、もう一度測定を立ち上げて、２回目の弾性の検出結果を取得し、このようなことを繰り返して、最後に複数回の弾性の検出結果をまとめ上げて最終的な弾性の検出結果が取得される。

オペレータが手でプローブを持って複数回の測定を行うため、複数回にわたって測定位置を位置決めする必要があり、毎回の測定位置がいずれも同一位置であることを保証し難く、このような測定位置のばらつきは測定結果の正確性に影響を与えることになる。

背景技術で指摘された少なくとも１つの問題を解決するために、本発明は、従来の複数回の測定方式による弾性の検出結果の正確性が悪いという欠陥を克服するための弾性の検出方法及び機器を提供している。

本発明は、励起装置及び超音波トランスデューサを組織の表面に接触させて保持し、前記励起装置は、所定の時間間隔を周期として、前記組織の中でＮ個のせん断波（Ｎは１よりも大きい整数）を励起し、前記超音波トランスデューサが前記組織へ超音波を放射するように制御する第１ステップと、前記超音波トランスデューサによって前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信する第２ステップと、前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各前記せん断波の伝播特性パラメータを取得する第３ステップと、前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得する第４ステップとを含む弾性の検出方法を提供している。

また、本発明は、制御ホストと、励起装置と、超音波トランスデューサとを備え、前記励起装置及び前記超音波トランスデューサは、組織の表面と接触して保持され、前記制御ホストには、所定の時間間隔を周期として、前記組織の中でＮ個のせん断波（Ｎは１よりも大きい整数）を励起するように励起装置を制御し、且つ、前記組織へ超音波を放射するように超音波トランスデューサを制御するための制御モジュールと、前記超音波トランスデューサによって前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信するための受信モジュールと、前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各前記せん断波の伝播特性パラメータを取得するための取得モジュールと、前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得するための算出モジュールとを備える弾性の検出機器を提供している。

本発明の提供する弾性の検出方法及び機器は、組織に対して弾性の検出を行う必要がある場合、励起装置と超音波トランスデューサを組織の表面に接触させて保持し、制御ホストは、所定の時間間隔を周期として組織の中でＮ個のせん断波を連続的に励起するように励起装置を制御しており、手動で励起装置の組織の表面位置における複数回の位置決めを行う必要がなく、Ｎ個のせん断波がいずれも同一位置に対応して励起されることを保証して、最終的な弾性パラメータの検出結果の正確性を保証することは有益なことである。超音波トランスデューサによってせん断波毎に対応する超音波を放射するとともに、せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信した後、せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得し、最終的にＮ個のせん断波の伝播特性パラメータと組織の密度に基づいて、組織の弾性パラメータを算出して取得する。励起装置及び超音波トランスデューサが組織の表面との接触を保持しているため、超音波エコー信号の受信を連続的に行うことができ、弾性の検出効率を高めることもできる。

本発明による弾性の検出方法の実施例一のフローチャートである。 図１に示す実施例におけるステップ１０４の具体的実現形態のフローチャートである。 図１に示す実施例におけるステップ１０４の別の具体的実現形態のフローチャートである。 本発明による弾性の検出方法の実施例二のフローチャートである。 本発明による弾性の検出機器の実施例一の模式図である。

図１は、本発明による弾性の検出方法の実施例一のフローチャートであり、本実施例において、この弾性の検出方法は弾性の検出機器により実行され、該弾性の検出機器は、制御ホスト、励起装置、及び超音波トランスデューサ等からなり、その中、該励起装置と超音波トランスデューサは弾性の検出プローブに集積さればよく、これによって、この弾性の検出方法は、具体的に、この弾性の検出機器における制御ホストにより実行され、図１に示すように、この弾性の検出方法は、次のようなステップを含んでいる。
ステップ１０１：所定の時間間隔を周期として、組織の中でＮ個のせん断波を励起するように励起装置を制御するとともに、前記組織へ超音波を放射するように超音波トランスデューサを制御する。

その中、前記励起装置及び前記超音波トランスデューサは、前記組織の表面と接触して保持され、Ｎは１よりも大きい整数である。

本実施例では、組織に対して弾性の検出を行う必要がある場合、励起装置と超音波トランスデューサを組織の表面に置き、組織の表面との接触を保持している。

さらに、制御ホストは、所定の時間間隔を周期として、組織内で伝播される各せん断波が周期的に励起されるように、励起装置を制御する。そして、当該せん断波の組織における伝播特性を分析するために、毎回１つのせん断波を励起した後に、当該せん断波に対応する超音波を放射するとともに、該当する超音波エコー信号を受信するように超音波トランスデューサを制御する。

本実施例において、せん断波の励起装置は、振動器や、超音波トランスデューサ、拡声器のようないずれか１つの装置を備えている。

これに対応して、せん断波の励起方式は、組織内でせん断波が発生するように振動器で組織の外表面に低周波の瞬間的振動を印加させてもよく、又は組織内でせん断波が発生するように超音波トランスデューサの放射した超音波を組織の内部にピントを合わせて音響放射力を発生してもよく、組織内でせん断波が発生するように拡声器により組織の外表面で一定の周波数の音波を発生してもよい。

説明に値するのは、超音波トランスデューサを用いてせん断波を発生する方式では、このせん断波を発生するための超音波トランスデューサと、超音波を放射し超音波エコー信号を受信するための超音波トランスデューサとは、同一ものであってもよく、異なるものであってもよい。

ステップ１０２：前記超音波トランスデューサによってせん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信する。

超音波トランスデューサは、受信したせん断波毎に対応する超音波エコー信号を制御ホストに送信して、制御ホストが各超音波エコー信号に対して後続処理を行うようにする。

ステップ１０３：せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得する。

ステップ１０４：Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得する。

本実施例において、制御ホストは、対応する各せん断波の伝播特性パラメータを取得し、さらに各せん断波の伝播特性パラメータに基づいて組織の弾性パラメータを取得するために、各せん断波に対応する超音波エコー信号を受信した後、各超音波エコー信号のそれぞれに対して分析処理を行えばよい。

具体的に、制御ホストは、せん断波毎に対応する超音波エコー信号に対して信号処理を行うことによって、せん断波毎に対応する組織の運動パラメータを取得し、さらに、せん断波毎に対応する組織の運動パラメータそれぞれに基づいて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得すればよい。

その中、各超音波エコー信号に対する信号処理は、タイムドメイン相互相関、スペクトル相互相関、誤差の二乗和、スペックルトラッキング、スケール不変特徴点トラッキング、動的計画、ゼロクロッシングトラッキング、ピークサーチというそれら処理の少なくとも１種類を含む。各超音波エコー信号に対して信号処理を行うことで、それぞれに対応するせん断波の組織の運動パラメータ、例えば変位や歪みを得ることができる。従って、組織の運動パラメータに基づいてそれぞれに対応するせん断波の伝播特性パラメータ、例えば伝播速度や伝播減衰係数が得られる。

各せん断波の伝播特性パラメータを得た後、各せん断波の伝播特性パラメータと組織の組織密度に基づいて、組織の弾性パラメータを算出し取得することができ、該弾性パラメータは、せん断係数、ヤング係数、せん断弾性、せん断粘度、機械的抵抗、機械的緩和時間、異方性というそれらパラメータの少なくとも１種類を含む。その中、主にせん断係数又はヤング係数を得るのが一般である。

本実施例において、励起装置と超音波トランスデューサは、組織に対して複数回の弾性の検出を行う過程で、終始組織の表面との接触を保持しているため、制御ホストの制御によって励起装置と超音波トランスデューサをそれぞれ立ち上げて複数回の検出過程を実施し、オペレータが弾性の検出過程を立ち上げる度に励起装置と超音波トランスデューサの組織の表面における位置を改めて位置決めする必要がない。さらに、制御ホストは、各回の弾性の検出過程で超音波トランスデューサの受信した超音波エコー信号を連続に受信してもよい。そして、各せん断波に対応する伝播特性パラメータを個別に得て、各回の弾性の検出過程の全てを受信した後、つまり、各せん断波に対応する超音波エコー信号を受信した後に、纏めて各超音波エコー信号をそれぞれ処理することができる。これによって、最終的に各せん断波に対応する伝播特性パラメータと組織密度に基づいて、組織の弾性の検出結果、即ち弾性パラメータが得られる。

具体的に言うと、制御ホストは、図２及び図３に示す二通りの選択可能な形態によってＮ個のせん断波の伝播特性パラメータと組織の組織密度に基づいて、組織の弾性パラメータを算出して取得することができる。

図２は、図１に示す実施例でステップ１０４の具体的実現形態のフローチャートであり、図２に示すように、次のようなステップを含む。
ステップ２０１：前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータの平均値を算出する。

ステップ２０２：前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータの平均値と前記組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得する。

本実施例において、先にＮ個のせん断波の伝播特性パラメータ、例えば変位の平均値を算出し、さらにこの平均値で組織密度と相関演算を行って、例えば弾性係数や、ヤング係数等の組織の弾性パラメータを取得してもよい。

図３は、図１に示す実施例でステップ１０４の他の具体的実現形態のフローチャートであり、図２に示すように、次のようなステップを含む。
ステップ３０１：各せん断波の伝播特性パラメータと前記組織密度に基づいて、せん断波毎に対応する組織の弾性パラメータをそれぞれ算出して取得する。

ステップ３０２：Ｎ個のせん断波にそれぞれ対応する組織の弾性パラメータの平均値を算出する。組織の弾性パラメータは、前記Ｎ個のせん断波にそれぞれ対応する組織の弾性パラメータの平均値とする。

本実施例において、先に毎回の弾性の検出過程をそれぞれ算出し、つまり、せん断波毎に対応する組織の弾性パラメータを算出し、さらにＮ個の弾性パラメータの平均値を最終的な組織の弾性パラメータとして算出してもよい。

以上の実施例において、組織に対して弾性の検出を行う必要がある場合、励起装置と超音波トランスデューサは組織の表面との接触を保持し、制御ホストは、所定の時間間隔を周期として組織の中でＮ個のせん断波を連続的に励起するように励起装置を制御しており、手動で励起装置の組織の表面位置における複数回の位置決めを行う必要がなく、Ｎ個のせん断波がいずれも同一位置に対応して励起されることを保証して、最終的な弾性パラメータの検出結果の正確性を保証することは有益なことである。超音波トランスデューサによってせん断波毎に対応する超音波を放射するとともに、せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信した後、せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得し、最終的にＮ個のせん断波の伝播特性パラメータと組織の密度に基づいて、組織の弾性パラメータを算出して取得する。励起装置及び超音波トランスデューサが組織の表面との接触を保持しているため、超音波エコー信号の受信を連続的に行うことができ、弾性の検出効率を高めることもできる。

図４は、本発明による弾性の検出方法の実施例二のフローチャートであり、図４に示すように、この方法は、次のようなステップを含む。

ステップ４０１：所定の時間間隔を周期として、組織でＮ個の１種類又はＭ種類の周波数（２≦Ｍ≦Ｎ）を有するせん断波を励起するように励起装置を制御するとともに、同じ又は異なる角度及び／又は周波数で前記組織へ超音波を放射するように、超音波トランスデューサを制御する。その中、２≦Ｍ≦Ｎである。

本実施例において、組織の弾性の検出結果をより正確に保証するために、Ｎ個のせん断波の周波数は異なってもよく、さらに、超音波トランスデューサの超音波の放射と超音波エコー信号の受信の角度及び周波数も異なってもよい。

例えば、振動器でせん断波を励起する方式では、異なる周波数の機械振動を発するように振動器を制御すればよい。これによって、組織の中で異なる周波数のせん断波を励起させることができる。さらに、例えば、拡声器でせん断波を励起する場合、異なる周波数の音波を発するように拡声器を制御して、異なる周波数のせん断波を励起させてもよい。

説明に値するのは、各せん断波に対する制御と超音波に対する制御は、次のような幾つかの組合せのいずれか１種類を含んでもよい。即ち、単一周波数のせん断波を励起し、同じ又は異なる角度で組織へ同一種類の周波数の超音波を放射すること、単一周波数のせん断波を励起し、同じ角度で組織へ異なる周波数の超音波を放射すること、Ｍ種類の周波数のせん断波を励起し、同じ角度又は同じ周波数で組織へ超音波を放射すること、Ｍ種類の周波数のせん断波を励起し、異なる角度又は異なる周波数或いは異なる角度及び異なる周波数で組織へ超音波を放射すること、等々。

本実施例において、励起装置や、超音波トランスデューサを制御することによって、組織の中で異なる周波数のせん断波や、異なる角度の超音波を発生させ、組織に対する弾性の検出次元をより多様化させ、検出結果の正確性・信頼性の向上に寄与する。

ステップ４０２：前記超音波トランスデューサによってせん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信する。

ステップ４０３：せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得する。

ステップ４０４：Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得する。

ステップ４０５：階調マッピング又はカラーマッピングを採用して、前記組織の弾性パラメータを対応する階調画像又はカラー画像にマッピングする。

本実施例において、より直観的に組織の弾性状況を理解させるため、対応する弾性画像が得られるように、算出して取得した弾性パラメータをカラーマッピングしてもよい。

図５は、本発明による弾性の検出機器の実施例一の模式図であり、図５に示すように、当該弾性の検出機器は、制御ホスト１と、励起装置２と、超音波トランスデューサ３とを備えている。

前記制御ホスト１には、制御モジュール１１と、受信モジュール１２と、取得モジュール１３と、算出モジュール１４とが含まれている。

制御モジュール１１は、所定の時間間隔を周期として、組織の中でＮ個のせん断波を励起するように励起装置を制御し、且つ、前記組織へ超音波を放射するように超音波トランスデューサを制御するためのものであり、前記励起装置と前記超音波トランスデューサは、前記組織の表面との接触を保持しており、Ｎは１よりも大きい整数である。

受信モジュール１２は、前記超音波トランスデューサによってせん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信するためのものである。

取得モジュール１３は、せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得するためのものである。

算出モジュール１４は、Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得するためのものである。

本実施例の弾性の検出機器は、上記した方法実施例の技術案に適用することができ、その実現原理と技術効果は類似であり、ここではさらに説明しない。

当業者であれば、上記した方法実施例の全部又は一部のステップの実現は、プログラム命令に関連するハードウェアにより達成できることが理解できるであろう。前記プログラムは、コンピューターの読み取り可能な記憶媒体に記憶させることができ、このプログラムは、実行時に、上記方法実施例を含むステップを実行する。そして、前記記憶媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気ディスクや光ディスク等の各種類のプログラムコードを記憶可能な媒体を含む。

最後に説明すべきことは、以上の各実施例は単に本発明の技術案を説明するためのものであり、限定的なものではない。各実施例を参照して本発明について詳しく説明したが、当業者であれば、前記各実施例に記載された技術案を修正したり、その中の一部又は全部の技術特徴について同等な取り替えを行うことができ、それらの修正又は取り替えが、該当する技術案の本質を本発明の各実施例の技術案の範囲に外れるものではないことは言うまでもない。

Claims (10)

1. 励起装置及び超音波トランスデューサを組織の表面に接触させて保持し、前記励起装置は、所定の時間間隔を周期として、前記組織の中でＮ個のせん断波（Ｎは１よりも大きい整数）を励起し、前記超音波トランスデューサが前記組織へ超音波を放射するように制御する第１ステップと、
   前記超音波トランスデューサによって前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信する第２ステップと、
   前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各前記せん断波の伝播特性パラメータを取得する第３ステップと、
   前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得する第４ステップとを含むことを特徴とする弾性の検出方法。
2. 前記第３ステップは、
   せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに対して信号処理を行って、せん断波毎に対応する組織の運動パラメータを取得するステップと、
   せん断波毎に対応する組織の運動パラメータそれぞれに基づいて、各せん断波の伝播特性パラメータを取得するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記信号処理は、タイムドメイン相互相関、スペクトル相互相関、誤差の二乗和、スペックルトラッキング、スケール不変特徴点トラッキング、動的計画、ゼロクロッシングトラッキング、ピークサーチの処理の少なくとも１種類を含み、
   前記組織の運動パラメータは、変位又は歪みを含み、前記伝播特性パラメータは、伝播速度又は伝播減衰係数を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第４ステップは、
   前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータの平均値を算出するステップと、
   前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータの平均値と前記組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記第４ステップは、
   各せん断波の伝播特性パラメータと前記組織密度に基づいて、せん断波毎に対応する組織の弾性パラメータをそれぞれ算出して取得するステップと、
   Ｎ個のせん断波にそれぞれ対応する組織の弾性パラメータの平均値を算出し、前記組織の弾性パラメータは、前記Ｎ個のせん断波にそれぞれ対応する組織の弾性パラメータの平均値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記第４ステップの後に、さらに、
   階調マッピング又はカラーマッピングを採用して、前記組織の弾性パラメータを対応する階調画像又はカラー画像にマッピングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記第１ステップは、
   所定の時間間隔を周期として、組織でＮ個の１種類又はＭ種類の周波数（２≦Ｍ≦Ｎ）を有するせん断波を励起するように励起装置を制御するとともに、同じ又は異なる角度及び／又は周波数で前記組織へ超音波を放射するように、超音波トランスデューサを制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記励起装置は、振動器や、超音波トランスデューサ、拡声器のいずれか１つの装置を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記弾性パラメータは、せん断係数、ヤング係数、せん断弾性、せん断粘度、機械的抵抗、機械的緩和時間、異方性のパラメータの少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
10. 制御ホストと、励起装置と、超音波トランスデューサとを備え、前記励起装置及び前記超音波トランスデューサは、組織の表面と接触して保持され、
    前記制御ホストには、
    所定の時間間隔を周期として、前記組織の中でＮ個のせん断波（Ｎは１よりも大きい整数）を励起するように励起装置を制御し、且つ、前記組織へ超音波を放射するように超音波トランスデューサを制御するための制御モジュールと、
    前記超音波トランスデューサによって前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号を受信するための受信モジュールと、
    前記せん断波毎に対応する超音波エコー信号のそれぞれに応じて、各前記せん断波の伝播特性パラメータを取得するための取得モジュールと、
    前記Ｎ個のせん断波の伝播特性パラメータ及び前記組織の組織密度に基づいて、前記組織の弾性パラメータを算出して取得するための算出モジュールとを備えることを特徴とする弾性の検出機器。