JP2020203078A - 粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法およびデバイス - Google Patents

粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法およびデバイス Download PDF

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Abstract

【課題】粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法およびデバイスを提供すること。【解決手段】疾患または他の症状の検出のために超音波減衰データを累積するためのシステムおよび方法。一実施形態では、超音波システムは撮像モード中にいくつかの撮像パルスを生成する。撮像パルスから受信されたエコー信号は、1つ以上の品質メトリックに対してテストされる。品質メトリックに合格したエコー信号からの減衰データが累積され、組織特性を計算するために使用される。一実施形態では、組織特性は肝臓内の脂肪の量に関連するCAP測定値である。【選択図】図4

Description

開示された技術は、超音波システムに関し、詳細には、脂肪肝および他の病状を検出するために人間または動物の体組織内の超音波減衰を測定するためのシステムおよび方法に関する。
超音波は、その使いやすさおよび非イオン化特性により、人間および動物の被験者の体内組織を撮像するために一般的に使用されるツールである。超音波は、組織の特性を定量化し、疾患および他の病状を検出するためにも使用され得る。1つのそのような例は、超音波をせん断波と組み合わせて使用して、考えられる肝疾患を検出するために組織の硬度を測定することである。フランス、パリのEchosens SA(本出願の譲受人)は、組織を通して送信される機械的に誘導されたせん断波の速度を測定することによって組織の硬度を定量化するために、超音波の使用を開拓した。超音波で検出され得る別の症状は、肝臓内の脂肪の量である。信号が組織を通過するときに超音波信号がどのように減衰するかを肝臓内の脂肪の量が変えることはよく知られている。したがって、(制御された減衰パラメータまたは「CAP」とも呼ばれる)超音波減衰の測定値は、脂肪肝などの脂肪肝疾患の予測因子である。
Echosensは現在、被験者内のCAPの非侵襲的測定のためのシステムを製造しており、このシステムは、組織の硬度を測定する振動制御トランジェントエラストグラフィすなわち「VCTE」に使用されるのと同じプローブを使用する。VCTEの場合、組織を通過するせん断波を誘導するために、プローブが被験者に機械的な振動を加える。次いで、せん断波の伝播によって誘導される変位を追跡し、その後、組織の硬度に関連するせん断波の速度を測定するために、超音波が使用される。CAPを測定するために、せん断波の速度を追跡するために使用される超音波信号の減衰が測定される。硬度の測定が有効とみなされると、CAP測定は有効とみなされる。そのようなVCTEおよびCAPの測定値がどのように取得されるかの詳細な説明は、参照により本明細書に組み込まれる、以下の論文:Ultrasound in Medicine and Biology、第29巻、ページ1705〜1713、2003年に公表された、L.Sandrinらによる、「Transient Elastography:a new non−invasive method for assessment of hepatic fibrosis」;Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology、2012年に公表された、M.Sassoらによる、「The controlled attenuation parameter(CAP):A novel tool for the non−invasive evaluation of steatosis using Fibroscan(R)」;Ultrasound in Medicine and Biology、2010年に公表された、M.Sassoらによる、「Controlled Attenuation Parameter(CAP):A Novel VCTE(TM)Guided Ultrasonic Attenuation Measurement for the Evaluation of Hepatic Steatosis:Preliminary Study and Validation in a Cohort of Patients with Chronic Liver Disease from Various Causes」;およびUltrasound in Medicine and Biology、2015年に公表された、M.Sassoらによる、「Liver steatosis assessed by controlled attenuation parameter(cap)measured with the xl probe of the Fibroscan:a pilot study assessing diagnostic accuracy」に見出され得る。
既存の方法に従って測定されたCAPは、ROC曲線下の面積に関して統計的に良好なパフォーマンス(脂肪症等級の診断で80%以上)を示すが、CAP値には大きいばらつきがある。たとえば、一人の患者では、測定されたCAP値は通常100〜400dB/mの範囲で約40dB/m変化する可能性があり、それは、特に患者の疾患の進行または退行を監視するための臨床環境でのその適用性を損なう。
Ultrasound in Medicine and Biology、第29巻、ページ1705〜1713、2003年に公表された、L.Sandrinらによる、「Transient Elastography:a new non−invasive method for assessment of hepatic fibrosis」 Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology、2012年に公表された、M.Sassoらによる、「The controlled attenuation parameter(CAP):A novel tool for the non−invasive evaluation of steatosis using Fibroscan(R)」 Ultrasound in Medicine and Biology、2010年に公表された、M.Sassoらによる、「Controlled Attenuation Parameter(CAP):A Novel VCTE(TM)Guided Ultrasonic Attenuation Measurement for the Evaluation of Hepatic Steatosis:Preliminary Study and Validation in a Cohort of Patients with Chronic Liver Disease from Various Causes」 Ultrasound in Medicine and Biology、2015年に公表された、M.Sassoらによる、「Liver steatosis assessed by controlled attenuation parameter(cap)measured with the xl probe of the Fibroscan:a pilot study assessing diagnostic accuracy」
さらに、結果は組織の均質性(すなわち、視野内に血管または他の組織構造がないこと)に依存し、オペレータのスキルに基づいて変化する可能性がある。したがって、被験者のCAPをより正確に測定するための改善されたシステムが必要である。
最新技術の問題を少なくとも部分的に解決するために、開示された技術は、超音波パラメータを測定するためのシステムおよび方法であって、空間的平均化を改善するために、長い時間期間(少なくとも2秒、好ましくは少なくとも5秒、通常は20秒)の間に獲得された多数の超音波後方散乱信号(たとえば、エコー信号)の記録および自動分析に基づく。有益なことに、これらの超音波後方散乱信号は、超音波パラメータを計算するために使用される前に検証されてよい。
より具体的には、開示された技術は、人間または動物の体組織サンプルのような粘弾性媒体の超音波パラメータを測定する方法に関し、方法は、超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域から対応するエコー信号を受信するように構成された超音波トランスデューサと、動作の第1のモードで超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成して、組織内の超音波信号の減衰を測定するようにプログラムされたプロセッサとを含む、超音波システムを用いて実行され、方法は:
関心領域への前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号を受信するステップと;
受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値を記録するステップと;
第1のモードの超音波減衰値を使用して超音波パラメータの値を計算するステップと
を含み、前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスが、少なくとも2秒の累積時間期間の間に生成される。
詳細には、超音波ショットのこのシーケンス、または超音波ショットのシーケンスのこのアンサンブルは、前記時間期間にわたって分散された少なくとも10、好ましくは少なくとも20の超音波ショットを含んでよい。
上述された超音波パラメータは、制御された減衰パラメータ(CAP)などの粘弾性媒体内の超音波信号の減衰を表す、例えば、減衰に等しい。
発明者らは、いくつかの連続する超音波ショットに関連付けられた超音波減衰値を使用して計算された超音波パラメータの値は、これらの超音波ショットが少なくとも2秒の長い時間期間の間に生成されるときに、それらが1秒足らずの間だけ続く時間期間の間に高速で生成されるときより、はるかに再現性が高いことを観察した。
この顕著な違いについての考えられる説明は以下の通りである。媒体によって後方散乱される単一のエコー信号は、強い変動からなるスペックルのような成分を含む(たとえば、図1のエコー信号50を参照)。これおよび他の理由により、そのようなエコー信号から決定された超音波減衰の単一の値は、したがって、大きいばらつきを被る。そして、媒体を探査するために送信された超音波ショットが短い時間期間の間だけ高い繰り返し率で生成される場合、超音波トランスデューサ、または特性評価されるべき臓器/組織の1つの場所は、1つの超音波ショットから他の超音波ショットまであまり変化しない。したがって、そのような状況では、上述されたスペックルのような成分は、1つのエコー信号から別のエコー信号まで実質的に同じままである。したがって、受信された異なるエコー信号から決定された異なる減衰値は、互いに独立していない。これらの異なる値は、実質的に同一でさえあるかもしれない。したがって、たとえば、これらの値の平均を計算することによって(またはこの値のセットの別の統計分析によって)そのような値のセットを考慮することは、超音波減衰の測定の精度または繰り返し性を著しくは改善しない。
対照的に、媒体を探査するために送信された超音波ショットが、数秒以上続く時間期間の間に生成される場合、臓器/組織は、呼吸および/またはトランスデューサの変位の結果として、この時間期間中に超音波トランスデューサに対して相対的に動く。この相対的な変位により、上述されたスペックルのような成分は、媒体を探査するために使用される時間期間中に変化する。システムによって受信された異なるエコー信号は、少なくとも部分的に非相関であり、これらの異なるエコー信号から決定された超音波減衰の異なる値は、何らかの形で独立した測定値に対応する。したがって、これらの値を平均化すると、改善された精度および/または再現性を有する最終的な超音波減衰値がもたらされる。加えて、上述された変位が、臓器/組織の広範囲にわたって空間的平均化して特性評価することにより、この臓器/組織の構造の潜在的な不均質性を滑らかにすることを可能にする。
(第1のモードで動作するとき)プロセッサがプログラムされて生成する超音波ショットの1つ以上のシーケンスは、少なくとも0.05秒だけ互いに分離した少なくとも10(好ましくは20以上)の超音波ショットを含んでよい。言い換えれば、前記1つ以上のシーケンスの間、組織内の超音波減衰は、(上述された空間的平均化の恩恵を受けるために)これらのサンプリングのうちの2つの間に少なくとも0.05秒の時間経過を伴って少なくとも10回連続して探査(サンプリング)される。これは、たとえば、20ヘルツ以下のかなり低いショット繰り返し率で(および十分に長い時間期間の間)、これらの超音波ショットを生成することによって実現され得る。しかし、これは、より高いショット繰り返し率、たとえば、100または200ヘルツの繰り返し率で(再び、十分に長い時間期間の間)、超音波ショットを生成することによっても実現され得る。実際、この最後のケースでは、生成される超音波ショットの完全なセットは、いくつかの「時間的に十分に分離した」超音波ショット、すなわち、少なくとも0.05秒だけ互いに分離した超音波ショット、プラス(この高い繰り返し率により)2つのそのような「時間的に十分に分離した」ショットの間に生成された追加の(および何らかの冗長な)超音波ショットを含む。
上述された方法のオプションの特徴によれば、超音波ショットのシーケンスは、500ショット/秒未満、好ましくは100ショット/秒未満、より好ましくは15〜25ショット/秒のショット繰り返し率で送信される。詳細には、超音波ショットが少なくとも20秒の時間期間の間に生成される間、繰り返し率は15〜25ショット/秒であり得る。前記シーケンス全体を通して、ショット繰り返し率は5ショット/秒より高く(たとえば、5〜200ショット/秒の間に含まれる)、またはさらに10ショット/秒より高くてよい。
そのような繰り返し率では、臓器/組織が超音波トランスデューサに相対的に動くのに十分な時間が、2つの連続するショットの間に存在する。したがって、各ショットは、上で説明された超音波減衰の最終値の精度/再現性の改善に役立つように寄与する。対照的に、超音波ショットのシーケンスが、たとえば数キロヘルツの高い繰り返し率で送信された場合、送信されたショットの多くは上述された精度/再現性の改善に寄与しないので、受信されたエコー信号を処理するために必要な計算リソースを無用に増加させ、超音波の放射が無用に増加させる(その過剰は、その臓器/組織が特性評価されている被験者、またはこの特性評価を行っている専門家に害を及ぼす可能性がある)。それでも、最適ではない場合でも、上で説明された方法は、超音波ショットのシーケンスが少なくとも2秒間続く限り、(500ショット/秒を超える)高い繰り返し率を使用して実現される可能性がある。
上記で提示された方法の一実施形態では、方法が実行される超音波システムは、関心領域内でせん断波を生成するように構成されたエラストグラフィシステムであり、プロセッサは、少なくとも前記第1のモードおよび第2のモードで交互に動作するようにプログラムされ、第2のモードでは、プロセッサは、組織内にせん断波を作るためにエラストグラフィシステムを制御するように、および超音波ショットのシーケンスを生成して、関心領域内の組織がせん断波によってどのように動かされるかを追跡するようにプログラムされる。したがって、そのような場合、超音波信号の減衰を測定するために使用される超音波ショットの少なくともいくつかは、プロセッサが第2のモードで動作している時間期間外に送信される。この実施形態では、プロセッサは、特に、第1のモードで、次いで(エラストグラフィ測定を実行するために)第2のモードで、次いで第1のモード(撮像モード)で、次いで再び(別のエラストグラフィ測定を実行するために)第2のモードで、以下同様に、交互に動作するようにプログラムされてよい。そのような場合、少なくとも2秒の上述された累積時間期間は、プロセッサが第1のモードで動作する間の個々の期間の合計である。たとえば、プロセッサが第1のモードで動作する間の間隔である0.5秒の間隔によって互いに分離した10回の連続するエラストグラフィ測定を実現するようにプロセッサがプログラムされている場合、プロセッサが第1のモードで動作する間の個々の期間の合計は5秒(>2秒)になる。プロセッサはまた、プロセッサが第1のモードで動作する間の間隔である1秒の間隔によって互いに分離した10回の連続するエラストグラフィ測定を実現するようにプログラムされてよい。この場合、プロセッサが第1のモードで動作する間の個々の期間の合計は10秒になり;これらの期間中(ショットは50msだけ互いにこうして分離されている)、ショット繰り返し率は毎秒20ショットに等しい可能性があり、10秒の累積時間期間にわたって分散された200の「第1のモード」の超音波ショットの獲得につながり、したがって、超音波パラメータの非常に正確で再現可能な決定につながる。
したがって、硬度(VCTE)測定中にCAP測定が実行される従来技術の方法とは対照的に、すぐ上に述べられた実施形態では、CAP測定は、患者の臓器(たとえば、肝臓)の撮像中に収集されたデータまたはエコー信号を使用して、すなわち、臓器/組織の硬度測定中だけではなく、プロセッサが第1のモードで動作するときに実行される。CAPと硬度の両方の測定を実行するために、肝臓の同じ位置から収集された同じデータまたはエコー信号が使用されるので(したがって、脂肪症および線維症の測定が患者の肝臓の同じ位置で行われたと言うことができる)、硬度測定中にCAPを測定することは有益で信頼性が高いと考えられてきたが、発明者らは、逆に、これら2つのパラメータは適切な測定を行うために異なる考慮事項を必要とするので、CAPおよび硬度を別々に測定することが非常に有益であることを見出した。たとえば、従来の硬度測定は、せん断波を追跡し硬度測定を行うことができるように、短い時間期間(約80ms)の間に高いフレームレート(約6000Hz)を必要とする。対照的に、獲得された超音波ライン間の空間的平均化を増やし、CAP値のばらつきを低減させるように、CAP測定値は長い時間期間にわたって獲得されるべきであることが見出された。CAPおよび硬度の測定を行うためのこれらの異なる考慮事項は、CAP値が硬度と同時に測定されるときに十分に考慮されない。実際、単一の硬度測定中に、超音波ラインまたはエコー信号は、80msの期間の間6000ショット/秒の高フレームレートで獲得される。その80msの期間の間に獲得された480本の超音波ラインは、患者の臓器(たとえば、肝臓)がそのような短い時間期間の間に著しくは動かないので、高い相関がある。結果として、硬度測定中に獲得された480本の超音波ラインまたはエコー信号のCAP測定への実際の寄与は、比較的不十分である。FIBROSCAN(R)(組織および臓器の硬度(または弾性)および超音波減衰を測定するための超音波ベースのエラストグラフィ装置)を用いた検査中に、プローブが動かないときでさえ、呼吸運動により肝臓自体が動くので、硬度の測定は異なる位置で行われる。オペレータは、通常、10回の測定を行う。これらの10回の測定で取得された空間的平均化は、硬度推定には適切であるが、CAPには不十分であり得ることが見出された。
さらに、従来の方法のように硬度測定中にしかCAP測定を実行しないことと対照的に、撮像中にCAP測定を実行することは、直感的ではない、なぜなら、CAPは、硬度測定を行うために使用される位置以外の、肝臓内の異なる位置から獲得されたデータまたはエコー信号で測定されるからであり、実際、患者の肝臓の検査中にプローブが動くかどうかにかかわらず、患者の肝臓は、呼吸運動により検査中に必ず動く。結果として、撮像中に獲得されたデータまたはエコー信号、および硬度測定中に獲得されたデータまたはエコー信号は、肝臓内の異なる位置から取り込まれ得る。同様に重要なことは、当業者によって諒解されるように、肝臓の撮像中(すなわち、オペレータがプローブを患者の肝臓の上で動かしてそれを撮像するとき)、多くの超音波ラインまたはエコー信号は、肝臓以外の患者の腹部内の位置から獲得されるという事実である。結果として、CAPを決定するために使用され得ない多くの超音波ラインまたはエコー信号が肝臓の撮像中に生成される。開示された技術では、以下で説明されるように、撮像中に収集される「不良の」超音波ラインまたはエコー信号は、1つ以上の品質基準を使用して除外される。
CAP測定を実行するための新しいシステムおよび方法により、従来の方法よりもはるかに長い時間期間の間に多数の超音波ラインを収集することが可能になり、それが、獲得された超音波ラインの空間的平均化を大幅に改善し、CAP値のばらつきを大幅に低減させる。驚くべきことに、開示された技術に従って決定されたCAP値のばらつきは、たとえば、ファクタ4によって著しく低減され得ることが見出された。さらに、CAP値の決定における大幅な改善は、硬度測定を犠牲にして行われることがないことが諒解されよう。
いくつかの実施形態では、せん断波は、アクチュエータによって、または音響スピーカによって生成され得る。
いくつかの実施形態では、超音波は、10〜100パルス/秒などの比較的遅いパルス繰り返し周波数で、詳細には、(20+/−5)パルス/秒の速度で、被験者の組織内に送信される。米国のFDA(2003)によって指定された音響出力パワーの上限を超過しないために、速度を十分遅く保つことが適切である。パルスから受信された超音波エコー信号は、信号対周波数の減衰を推定するために周波数領域内で分析される。CAP測定値を作り出すために、複数の減衰測定値がある時間期間にわたって収集される。いくつかの実施形態では、受信された超音波エコーおよび減衰測定値は、CAP測定値を作り出すために使用される測定値の累積に加算される前に、1つ以上の品質メトリックと比較される。いくつかの実施形態では、超音波減衰値を生成するために受信および処理される超音波エコー信号は、エラストグラフィシステムが第2のモードで動作するときとは対照的に、エラストグラフィシステムが第1のモード、すなわち撮像モードで動作するときに取得されるものであり、第2のモードは、関心領域の弾性を測定するためにせん断波が生成および追跡されるときのモードに対応する。
いくつかの実施形態では、超音波システムは、「良好な」および「不良の」第1のモードのエコー信号(すなわち、エラストグラフィシステムの撮像モードまたは動作の第1のモード中に受信されたエコー信号)の表示を作り出し、その結果、ユーザは、彼らが超音波プローブを均質な組織の領域内に向けているかどうかを視覚的に決定することができる。CAPを測定するために、1つ以上の品質基準を使用して「良好な」エコー信号が選択される。CAP測定値はプロセッサによって計算され、十分な数の良好な減衰値が累積されたときにユーザに表示される。さらに、開示された技術による方法は、第1のモードの超音波減衰値を使用して計算された超音波パラメータの値を表示することを含んでよい。
いくつかの実施形態では、信号が以前に受信された第1のモードのエコー信号から十分に非相関でない限り、第1のモードの超音波エコー信号はCAP測定値を計算するために使用されない。言い換えれば、システムはすでに取り込まれたものとは異なる超音波ラインを選択する。いくつかの実施形態では、減衰値が値の所定の範囲内にない限り、受信されたエコーからの減衰値は、CAP測定値を計算するために使用されない。この所定の範囲は、たとえば、100〜500db/mの範囲であってよい。異なる超音波ラインを選択する前に、「良好な」超音波ラインが最初に選択され得ることが諒解されよう。あるいは、「良好な」超音波ラインを選択する前に、異なる超音波ラインが最初に選択され得る。
いくつかの実施形態では、システムは減衰値のヒストグラムを作り出す。プロセッサは、受信されたエコー信号から最も可能性が高いCAP測定値を計算するために、ガウス分布または他の鐘型分布の混合をヒストグラムにフィットさせるようにプログラムされる。測定において可能性がある誤差も、ガウス分布または鐘型分布から推定され得る。
いくつかの実施形態では、受信されたエコーからの減衰値は、受信されたエコーに関連付けられた結合係数が所定のしきい値を超えたとみなされない限り、超音波パラメータの値を計算するために考慮されず、結合係数は、超音波トランスデューサと粘弾性媒体が特性評価されるべき患者の皮膚との間の結合力を表す。
開示された技術によれば、上記に提示された異なる実施形態は、すべての技術的に可能な組合せに従って、一緒に組み合わされ得ることが諒解されよう。
開示された技術はまた、人間または動物の体組織サンプルのような粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法に関係し、方法は、超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域から対応するエコー信号を受信するように構成された超音波トランスデューサと、動作の第1のモードで超音波ショットのシーケンスを生成して、組織内の超音波信号の減衰を測定するようにプログラムされたプロセッサとを含む、超音波システムを用いて実行され、方法は:
関心領域への超音波ショットのシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号を受信するステップと;
受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値を記録するステップと、
第1のモードの超音波減衰値を使用して超音波パラメータの値を計算するステップと
を含み、超音波ショットのシーケンスが、少なくとも2秒の時間期間の間に生成される。
開示された技術はまた、組織サンプルにおける関心領域内の超音波減衰を測定するためのシステムを提供し、システムは:
超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域から対応するエコー信号を受信するように構成された超音波トランスデューサと、
プロセッサと
を備え、プロセッサは、
動作の第1のモードで:
関心領域への超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号を受信することと、
受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値を記録することと、
第1のモードの超音波減衰値を使用して臓器または組織内の超音波減衰の値を計算することと
を行うためにシステムを制御するようにプログラムされており、前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスが、少なくとも2秒の累積時間期間の間に生成される。
上述された方法の様々な実施形態の特徴は、超音波減衰を測定するためのこのシステムにも適用することができる。
詳細には、プロセッサは、第1のモードで動作するとき、超音波ショットの前記シーケンスのショットが500ショット/秒未満、好ましくは100ショット/秒未満、より好ましくは15〜25ショット/秒のショット繰り返し率で送信されるようにプログラムされてよい。
そして、超音波減衰を測定するためのシステムは、関心領域内でせん断波を生成するように構成されたエラストグラフィシステムであってよく、プロセッサは、少なくとも第1のモードおよび第2のモードで交互に動作するようにプログラムされ、第2のモードでは、プロセッサは、組織内にせん断波を作るためにエラストグラフィシステムを制御するように;および超音波ショットのシーケンスを生成して、関心領域内の組織がせん断波によってどのように動かされるかを追跡するようにプログラムされ、プロセッサは、超音波信号の減衰を測定するために使用される超音波ショットのうちの少なくともいくつかが、プロセッサが第2のモードで動作しているときの時間期間外に送信されるようにプログラムされる。
プロセッサはまた、プロセッサが第1のモードで動作しているときに取得された超音波ショットから受信したエコー信号の品質を決定し、所望の品質レベルを有するエコー信号を用いて超音波信号の減衰値を決定するようにプログラムされてよい。詳細には、プロセッサは、連続エコー信号間の相関のうちの1つ以上に基づいてエコー信号の品質を決定し、エコー信号の減衰値を予想される減衰値の範囲と比較するようにプログラムされてよい。
開示された技術はまた、組織サンプルにおける関心領域内の超音波減衰を測定するためのシステムを提供し、システムは:
超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域から対応するエコー信号を受信するように構成された超音波トランスデューサと;
プロセッサと
を備え、プロセッサは、
動作の第1のモードで:
関心領域への超音波ショットのシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号を受信することと;
受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値を記録することと、
第1のモードの超音波減衰値を使用して臓器または組織内の超音波減衰の値を計算することと
を行うためにシステムを制御するようにプログラムされており、超音波ショットのシーケンスが、少なくとも2秒の時間期間の間に生成される。
開示された技術の他の特徴および利点は、図面参照して、例としておよび、非限定的に、以下に与えられる説明から明らかになる。
開示された技術のいくつかの実施形態による、超音波減衰の推定が周波数領域内でどのように行われるかを示す図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値を計算するための方法のブロック図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値、超音波減衰値のヒストグラム、関心領域からのTMモード超音波画像データ、および超音波減衰データが1つ以上の品質基準を満たすかどうかのインディケータを示す代表的な表示を示す図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値、減衰測定値のヒストグラム、関心領域からのTMモード超音波画像データ、および超音波減衰データが1つ以上の品質基準を満たすかどうかのインディケータを示す代表的な表示を示す図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値、減衰測定値のデュアルピークヒストグラム、関心領域からのTMモード超音波画像データ、および超音波減衰データが1つ以上の品質基準を満たすかどうかのインディケータを示す代表的な表示を示す図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値およびVCTE組織硬度測定値を決定するシステムのためのタイミング図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、作り出されたCAP測定値の代表的な表示の図である。 開示された技術の一実施形態による、CAPと硬度の両方の測定値を示すユーザインターフェースを表す図である。 113人の患者の集団における従来のCAPおよび開示されたCAPの結果を示す図である。 113人の患者の集団における従来のCAPおよび開示されたCAPの結果を示す図である。 113人の患者の集団における従来のCAPおよび開示されたCAPの結果を示す図である。 113人の患者の集団における従来のCAPおよび開示されたCAPの結果を示す図である。 113人の患者の集団における従来のCAPおよび開示されたCAPの結果を示す図である。 CAPを測定するための従来の方法に従って取得された獲得された超音波ラインの空間的平均化を概略的に示す図である。 開示された技術に従って開示されたCAPを測定するための方法に従って取得された獲得された超音波ラインの空間的平均化を概略的に示す図である。 開示された技術のいくつかの実施形態による、CAP測定値を作り出すためのシステムのブロック図である。
以下でさらに詳細に説明されるように、開示された技術は、体内で送信された超音波信号の測定された減衰から組織特性を推定するためのシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、組織特性は、肝臓に存在する脂肪の量を示すCAP値である。Echosensから現在入手可能なFIBROSCAN(R)システム(組織および臓器の硬度(または弾性)および超音波減衰を測定するための超音波ベースのエラストグラフィ装置)では、システムは、迅速で非侵襲的および再現可能な方式で、人間または動物の肝臓内の組織特性によって引き起こされる硬度および超音波減衰を測定する。
振動制御トランジェントエラストグラフィ(VCTE)では、過渡的なせん断波は、被験者の肝臓の領域内の皮膚の上などの、特性評価されるべき媒体に隣接して配置された、電気機械式バイブレータまたは音響スピーカなどのバイブレータによって生成される。せん断波の伝播は、次いで、高い繰り返し率で超音波トランスデューサによって作り出された一連の超音波獲得(ショット)を使用して監視される。各超音波獲得は、少なくとも1つの超音波の放射および受信に対応する。各超音波放射は、定義された範囲の深度に対して分析された媒体に存在する反射粒子によって生成されたエコーの検出およびオンザフライ記録と関連付けられ得る。反射された超音波信号は、せん断波の伝播によって引き起こされる組織の動きを、時間および媒体内の位置に応じて決定するために、相関または他の信号パターンマッチング技法によって処理される。動きの分析が、粘弾性媒体内部のせん断波の速度の決定されることを可能にし、したがって、組織の弾性または硬度が決定されることを可能にする。
現在入手可能なFIBROSCAN(R)システムでは、CAP測定値を決定するために、体内のせん断波の速度を決定するために使用されるVCTEのための超音波パルスが分析される。CAP測定値の検証は、組織硬度の測定値に基づく。組織硬度の測定値が無効である場合、対応する超音波減衰測定値は廃棄される。したがって、これは事後検証である。言い換えれば、FIBROSCAN(R)システムは、トランジェントエラストグラフィの読取り結果を使用して、すなわち、FIBROSCAN(R)システムの第2の動作モード中に受信されたエコー信号を使用して、CAP測定値を検証する。これらの測定技法は、参照により本明細書に組み込まれる、特許出願(U.S.2012190983として公開された)FR2949965および(U.S.2014249415として公開された)FR2978657に記載されている。
せん断波速度(VCTE獲得)を検出する同じ超音波信号を使用して、CAP測定値を決定することに伴うもう1つの問題は、それらの高い繰り返し率またはパルス繰り返し周波数(PRF)および関連する短い獲得持続時間である。いくつかのシステムでは、超音波パルスを追跡するせん断波のPRFは6000パルス/秒であり、獲得は80msしか続かないので、1回の硬度測定で480の超音波ラインまたはエコー信号がもたらされる。獲得の持続時間は、呼吸、心拍などによる臓器の動きに比べてかなり短いので、戻りの超音波信号は、しばしば、相関性が高く、したがって、超音波減衰の意味で大きい領域の組織を表さない冗長なデータを含む。典型的な検査手順が10未満の硬度の有効な測定から構成される場合、獲得される超音波ラインまたはエコー信号の総数は高い:各測定は480ラインのデッキに対応するので、4800と見積もることができる。しかしながら、各測定は80msしか続かず、その間に超音波ラインはほとんど非相関ではない。したがって、単一のデッキの480ラインの本当の寄与はかなり低い。したがって、超音波減衰のデータ獲得の持続時間はわずか800msであり、現在のFIBROSCAN(R)のデバイス設定では1秒未満である。現在のFIBROSCAN(R)のデバイス設定でCAP測定のために獲得される超音波ラインの数は多い(〜4800)とはいえ、総獲得時間が短い(<1秒)だけでなく、獲得CAP測定に寄与する超音波ラインまたはエコー信号の実際の数はかなり少ない:1回のせん断波速度測定の間に獲得された超音波ライン間の非相関が不十分であるため、〜10である。本発明者らは、超音波減衰の良好な決定は、この方法では取得されない可能性がある高い空間的平均化を必要とすると決定した。この高い相関率および関連する不十分な空間的平均化は、CAPなどの超音波パラメータを測定する際のばらつきに寄与する可能性がある。
測定された値のばらつきのもう1つの潜在的な原因は、ローカルな測定値を変更する様々な領域(異質性)の存在である。人間または動物の肝臓の場合、そのようなばらつきは、測定が行われる領域を横切る静脈または血管の存在によって引き起こされ得る。
これらおよび他の問題に対処するために、開示されたシステムは、より低い速度ではるかに長い持続時間中に獲得された超音波信号またはエコー信号を処理する。一実施形態では、超音波は、検査中の組織のTMモード画像および/またはAモード画像などの画像を生成するために、体内に送信される。この画像は、せん断波速度を検出するために使用されるVCTE獲得の80msよりもはるかに大きい数秒、通常は10秒にわたって関心領域の位置を特定するためにオペレータによって使用される。超音波信号は体内に送信され、体がいくつかの獲得期間にわたって動くことができるように選択されたPRFで散乱体から反射される。一実施形態では、PRFは100ショット/秒未満であり、たとえば、(20+/−5)ショット/秒などの50ショット/秒未満である。エラストグラフィに使用されるPRFと比較して超音波ショットののより低い速度が、戻りのエコーデータをより無相関とし、したがって、プローブおよび組織が動いているとき大きいサンプリング領域が表されることを可能にする。より長い獲得持続期間に関連付けられたより低いPRFを使用することにより、開示されたシステムは、長い時間期間にわたって減衰値を累積し、それが、冗長な超音波データを加算しすぎることなく、および、患者に送達される平均音響出力パワーを増やすことなく、空間的平均化を大幅に改善する。
発明者らは、CAP測定値を計算するとき、時間領域内の超音波減衰の測定はあまり正確ではないと決定した。この制限を克服するために、開示された技術のシステムは、周波数領域内で受信されたエコー信号の分析から減衰値を推定する。図1は、開示された技術に従って超音波減衰を決定するための1つの技法を示す。超音波信号50は受信されたエコーデータのラインを表す。戻りのエコーデータは、所望の関心領域(たとえば、深度範囲)の始まりに対応する時間52で始まり、関心領域の終わりをマークする時間54まで延びる時間期間の間、デジタル化され分析される。図1の実施形態では、深度範囲は20mmから80mmまで広がり、それは肝臓が位置する皮膚の下の深度範囲に対応する。時間期間は、(数μs、通常は5μsの)いくつかの小さい時間セグメントまたは時間ウィンドウに細分され、各々が関心領域内の深度範囲の一部分に対応する。いくつかの実施形態では、図1に示されたように、ウィンドウは部分的に重なることができる。サブ期間またはサブウィンドウごとのデジタル化された超音波信号は、高速フーリエ変換(FFT)または他の時間領域から周波数領域への変換を使用して、周波数領域60に変換される。結果は、時間期間対深度ごとの受信されたエコーに存在する周波数成分の大きさのプロットである。
時間期間対深度ごとの受信されたエコーに存在する周波数成分の振幅は、プロットされる、または非一時的コンピュータ可読メモリに記憶される。示された例では、ライン62は、超音波減衰の測定中に使用された周波数帯域幅に対応する、3.5MHzでのエコー信号の減衰を表す。3.5MHzでの吸収の勾配αが決定され、受信された超音波エコー信号の周波数での勾配/減衰を推定するために、線形補間などの最良のフィットライン70が使用される。示された例では、使用された周波数は3.5MHzである。しかしながら、被験者(たとえば、小児、標準、肥満の被験者など)のために選択されたトランスデューサに応じて、他の帯域幅周波数が使用される可能性がある。本発明の実施形態によれば、勾配の測定はCAP値の測定である。開示された技術の他の実施形態では、CAP値を決定するために複数の勾配/減衰が決定され得るように、2つ以上の周波数(たとえば、3.5MHzとは異なる周波数)での測定が行われる可能性がある。
図2は、開示された技術のいくつかの実施形態による、超音波パラメータを測定するための方法100の基本的なステップを示す。102において始まり、システムは超音波ショットのシーケンスを生成する。超音波ショットは、特性評価されるべき媒体の近くに配置された超音波トランスデューサによって放射される。特性評価されるべき媒体内を伝播する超音波信号は、分析された媒体によって少なくとも部分的に反射される。反射された超音波エコーはデジタル化され、コンピュータ可読メモリに記憶される。一実施形態によれば、超音波信号の放射および記録は、同じ超音波トランスデューサを使用して行われる。しかしながら、別個の送信要素および受信要素を有するトランスデューサを使用することが可能なはずである。
一実施形態によれば、超音波ショットは、50Hz未満、たとえば20+/−5Hzに等しい繰り返し率で放射される。人間の目は通常1秒当たり25枚の画像を取り込むので、TMモードまたはAモードの画像をリアルタイムで表示するには、20Hzの周波数の選択が適している。上記で示されたように、この低い繰り返し率により、呼吸運動速度と比較された獲得時間における差により、互いに非相関である反射された超音波信号の記録が可能になる。20Hzの繰り返し周波数では、超音波信号は50msごとに獲得される。呼吸周波数は通常、1分当たり12〜50サイクルであり、それは1.2〜5.0秒に相当する。肝臓などの臓器の変位は、通常数センチメートルである。呼吸による肝臓の運動速度は、通常、1秒当たり1センチメートルのオーダーである。50msでは、変位は2mmになるはずであり、それは超音波信号を非相関にするのに十分である。非相関超音波信号を使用すると、測定の信頼性が向上し、測定エラーを低減させる。
ステップ102において、方法は有効な超音波減衰値を累積(ACC)する。いくつかの実施形態では、各超音波ラインまたはエコー信号は品質基準と関連付けられる。この品質基準は、いくつかの所定の特性を満たさない超音波ラインを自動的に拒絶するために使用される。許容可能な品質基準に関連付けられた減衰値のみが、最終的なCAP測定値を計算するために使用される。いくつかの実施形態では、品質基準は、1つ以上のしきい値と比較されるいくつかの係数に基づいて計算され得る。いくつかの実施形態では、係数は、十分に非相関である超音波ラインまたはエコー信号を選択するために使用され得る。この係数は、異なる時間に以前獲得された連続する超音波ライン間の相関から計算された相関係数であり得る。
詳細には、この超音波ラインの品質を評価するために使用される、検討される超音波ラインに関連付けられた相関係数は、この超音波ラインのすべてまたは一部と、その前に受信された(その品質が評価されるべき超音波ラインの直前に受信された超音波ラインなどの)別の超音波ラインとの間の相関係数であり得る。
検討される超音波ラインと別の以前受信された超音波ラインとの間の相関係数は、検討される超音波ラインの異なる部分にそれぞれ関連付けられたいくつかの「ローカル」相関係数を考慮することによって(たとえば、これらの異なるローカル相関係数を平均化することによって)計算され得る。そのような場合、これらのローカル相関係数の各々は、このローカル相関係数に関連付けられたとみなされる超音波ラインの一部と、以前受信された他の超音波ラインとの間の相関を表す。
相関係数は、相関の程度、すなわち、検討される2つの一連の数値またはデータ間(すなわち、その品質が評価されるべき超音波ラインと以前の超音波ラインとの間、またはこれらの超音波ラインの部分間)の類似性の程度を表す数である。相関係数は、異なる種類のアルゴリズムにより、たとえば、相互相関「スライダドット積」計算(「スライダ内積」)により、または検討される2つの一連の数値もしくはデータ間の不一致を評価することを可能にする最小二乗アルゴリズムによって取得され得る。
相関係数が所定のしきい値を超えている場合、データは相関しすぎているとみなされ、超音波ラインの減衰値は最終的なCAP測定値を計算するために使用されない。実際には、完全に相関する信号に対応する基準値の80%(80パーセント)に所定のしきい値を設定することが、互いに十分に独立している減衰値を選択することを可能にし、したがって、(平均化などの)後続の統計フィルタリングによく適している。言い換えれば、エコー信号は、十分に非相関であるとみなされてよく、したがって、この信号に関連付けられた相関係数が上述された基準値の80%未満であるとき、最終的なCAP測定値を計算するために考慮されてよい。たとえば、相関係数が、検討される超音波ラインの一部と以前に受信された別の超音波ラインとの間の相関係数であるとき、検討される超音波ラインの一部および以前に受信された超音波ラインは、超音波ラインの前記一部が、以前に受信された前記超音波ライン内で(品質が評価されるべき超音波ライン内の前記一部の場所とは異なってよい、以前に受信された超音波ライン内の場所において)、見出されるか、同一であるか、または比例係数と乗算されているとき、完全に相関しているとみなされてよい。たとえば、相関係数が「スライダドット積」正規化相関計算によって計算されるとき、基準値は1に等しいが、所定のしきい値は0.8に等しい。
いくつかの実施形態では、係数は、超音波ライン上に血管壁界面がないことなどの良好な特性を提示する超音波ラインを選択するために使用され得る。この係数は品質係数と呼ばれ得る。この係数は、たとえば、超音波ラインに適用される線形回帰の決定係数(R)であり得る。いくつかの実施形態では、係数は、予想された範囲、たとえば、100〜400dB/mの範囲の間にある減衰値を有する超音波ラインを選択するために使用され得る。そのような場合、予想された範囲外の減衰値は、外れ値とみなされるので無視される。本発明の特定の実施形態では、少なくとも2つの品質基準が使用される:最初に第1の品質基準が、十分に非相関である超音波ラインもしくはエコー信号を選択するために使用され、次いで第2の品質基準が、予想された範囲内にある減衰値を有する超音波ラインもしくはエコー信号を選択するために使用され、またはその逆である。しかしながら、これは限定的ではなく、いくつかの所定の特性を満たさない超音波ラインまたはエコー信号を自動的に拒絶するようにあらかじめ決められた他の品質基準が、本発明の他の実施形態において使用される可能性がある。たとえば、一実施形態では、品質基準は相関基準を含み、受信された第1のモードのエコー信号の処理は、受信された第1のモードのエコー信号のうちの各々を相関係数と関連付けることと、受信された第1のモードのエコー信号の中から、十分に非相関であるエコー信号を決定するために、所定のしきい値を超える相関係数を有する受信された第1のモードのエコー信号の各々を選択することとを含む。相関係数は、受信された第1のモードのエコー信号、および1からN個の以前に受信された第1のモードのエコー信号を含んでよい、以前に受信された第1のモードのエコー信号に基づいて計算されてよい。
あるいは、受信された第1のモードのエコー信号を、以前に受信された第1のモードのエコー信号と分析して、相関係数および相関基準を決定する代わりに、各エコー信号は、エコー信号が品質基準に対応するいくつかの所定の特性(たとえば、信号強度、エコー信号のプロファイル...)を満足させるかどうかを決定するために、個別に単独で分析されてよい。さらに、1つ以上の品質基準は、超音波減衰値の所定の範囲によって定義される減衰基準を含んでよく、処理は、所定の範囲内にある第1のモードの超音波減衰値の各々を選択することを含む。一実施形態では、受信された第1のモードのエコー信号を選択してCAP値を決定するために、2つ以上の品質基準が使用され得る。
一実施形態によれば、プロセッサは、ステップ106(CALC)において有効な減衰値の数を分析して、CAP測定値を計算するようにプログラムされる。有効な減衰値の数は、品質基準が許容可能な減衰値の数である。いくつかの実施形態では、システムは、CAP測定値が表示される前に、少なくとも事前定義された数の有効な減衰値を累積し、表示される値が累積された有効な減衰値から計算される。有効な減衰は、上記の1つ以上の品質基準を用いて選択される。有効な減衰値の事前定義された数は、100と10000の間で選択され得る。それはまた、20Hzのレートで100から10000の減衰値の範囲に対応する5から500秒などの獲得範囲の等価な持続時間と関連付けられ得る。獲得範囲の同じ持続時間は、200Hzのレートで1000から100000の減衰値の範囲に対応するはずである。いくつかの実施形態では、十分な数の有効な減衰測定値が取得されると、プロセッサは、有効な累積超音波減衰値のヒストグラムを構築し分析する。この場合、ヒストグラムの各バーは、所与の超音波減衰値で受信された超音波エコー信号の数を表す。以下で詳細に説明されるように、ヒストグラムは、ピーク値(たとえば、最も一般的な減衰の値など)および標準偏差などのヒストグラムに関する他の統計データを決定するために分析される。そのような分析は、ヒストグラムにフィットするガウス分布を計算することによって行われ得る。このフィットは、単一ピークまたは複数ピークの手法(ガウス混合)で行われ得る。
一実施形態によれば、CAP測定値は有効な減衰値の中央値または平均値である。
一実施形態によれば、CAP測定値は減衰値の加重平均である。各減衰値は、それらの重要度に応じて減衰値に重み付けするために使用される係数と関連付けられる。
一実施形態によれば、CAP測定値は、一組の有効な減衰値の四分位範囲(IQR=Q3−Q1)または標準偏差であり得る散布度インディケータと関連付けられる。
減衰データが分析されると、方法は、有効な累積超音波減衰値の数から計算されたCAP測定値(DSP)を108において表示する。複数ピークの手法は、測定対象の臓器が異質であるときに、いくつかのCAP測定値をユーザに表示するために使用され得る。
有益なことに、108における表示は、有効な累積超音波減衰値の数からプロセッサによってリアルタイムで(すなわち、媒体の撮像モード中に)決定され、それにが、オペレータが検査の進行状態をチェックすることを可能にする。せん断波速度測定と組み合わせて使用されると、現在のFIBROSCAN(R)デバイスが動作する方法を変更しないように、硬度測定が行われているときにのみ、表示が更新されてよい。
一実施形態によれば、オペレータに示されたゲージタイプインディケータは、品質測定を保証するために選択されたCAP測定値を計算するために使用される、有効な超音波減衰値の代表的な数(有効な超音波減衰値の数、ターゲットと比較されたパーセンテージ、数値インディケータ、秒単位の獲得持続時間など)をグラフィカルに表示する。使用される減衰値の数が多いほど、CAP値の信頼性が高くなる。ゲージタイプインディケータは、有効な超音波減衰値の数が所望の数より少ないか多いかを示すことができる。
図3a〜図3cは、システムの一実施形態が超音波信号を収集し、CAP測定値を計算する方法を示す。図3a〜図3cは、人間の患者で取得されたデータを示す。図3aに示されたように、受信された超音波エコーデータから超音波画像が作り出される。いくつかの実施形態では、エコーデータは、(たとえば、関心のある方向に単一の直線経路に沿って受信された)Aラインデータである。単一のライン上の組織が時間(横軸)とともにどのように動くかを示すTMモード画像150を作り出すために、複数のA信号が並べて表示される。TMモード画像150は、エラストグラフィシステムの第1および第2の動作モードの間の時間にわたり受信された超音波ラインまたはエコー信号を表す。超音波ラインは秒単位の時間に応じてプロットされる。TMモード画像150では、媒体の撮像は50秒にわたり続く。TMモード画像150では、25mmおよび65mmに2本の破線で囲まれた関心領域(ROI)も表されており、それは、肝臓が通常位置する患者の皮膚の下の深度に対応する。TMモード画像150はまた、オペレータがエラストグラフィデバイスを作動させてせん断波を生成したときの時点t3a1、t3a2、t3a3、t3a4、t3a5、t3a6、t3a7、t3a8、t3a9、t3a10、t3a11、t3a12、およびt3a13を概略的に示す。これらの時点の各々において80msの持続時間の間、エラストグラフィシステムは第2のモード(すなわち、硬度測定モード)で動作する。したがって、図3aは、エラストグラフィシステムが第1および第2のモード(すなわち、撮像モードおよび硬度測定モード)で動作するときに受信された超音波エコーを示す。しかしながら、上記で説明されたように、第2のモードは、80ms続き、(すなわち、時点t3a1、t3a2、t3a3、t3a4、t3a5、t3a6、t3a7、t3a8、t3a9、t3a10、t3a11、t3a12、およびt3a13において始まる第2のモードの持続時間は80msである)、これは50秒の合計持続時間と比較して小さいので、第2のモードに関連付けられた(TMモード画像150内に表される)受信された超音波エコーは、画像150内でほとんど見えない。言い換えれば、時点t3a1、t3a2、t3a3、t3a4、t3a5、t3a6、t3a7、t3a8、t3a9、t3a10、t3a11、t3a12、およびt3a13において始まり、第2のモードに対応する80msの時間期間の各々は、(画像解像度のために)画像150内でほとんど見えない480本の超音波ラインを含む。対照的に、第1の撮像モード中に獲得された超音波ラインは、50msごとに獲得されるので、より見やすい。
TMモード画像150の下に、2つのプロット152、154がある。プロット154は、TMモード画像150の真上にある対応するAラインについて計算された減衰値を表し、それはコンピュータ可読メモリに記憶される。いくつかの実施形態では、データが「良好」である場合、減衰データはフラグを立てられるか、またはそうでない場合メモリ内でマークされ、それは、いくつかの実施形態では、減衰データが事前定義された保護帯域(guard band)内にあり、減衰値を計算するために使用されるエコーデータが相関要件を満たすことを意味する。保護帯域外の減衰値または相関要件を満たさないエコーデータは、「不良」データとしてマークされる。プロット152は、減衰データの良好な値および不良な値の記録を表す。良好なデータは、上記で説明された事前定義された1つ以上の品質基準を満足させる超音波ラインに対応する。たとえば、図3aでは、2つの品質基準:十分に非相関である超音波ラインを決定する第1の品質基準、および、たとえば100〜400dB/mの所定の範囲、または、たとえば50〜500dB/mの拡張された範囲内にある減衰値を有する超音波ラインを決定する第2の品質基準が使用されている。示された実施形態では、プロット152は、品質基準が許容可能でない(すなわち、超音波ラインが第1の品質基準もしくは第2の品質基準のいずれかによって、または第1と第2の両方の品質基準によって拒絶される)不良データをマークするいくつかの暗い色のセクションを含む。プロット152はまた、品質基準が許容可能である(すなわち、超音波ラインが第1と第2の両方の品質基準を満足させる)「良好な」超音波信号データの領域をマークするいくつかの白いセクションをも含む。すべての超音波信号データが「良好」であった場合、表示152全体が暗いセクションなしで着色される。諒解されるように、良好および不良の減衰データをマークするために、シェーディング、クロスハッチングなどの、色以外の他のマーカーが使用される可能性がある。諒解されるように、表示152はオペレータに表示されなくてよい。プロット152がプロセッサによってのみ読み取られるべき場合、プロットは、良好な減衰/エコー信号線ごとに論理「1」を記憶する(良好な品質基準)か、または不良の減衰/エコー信号線ごとに論理「0」を記憶する(悪い品質基準)などによってコード化され得る。プロット152を分析することにより、プロセッサは、プローブが肝臓の良好なスポットに向いているかどうかを決定してCAP値を測定することができ、必要な場合プローブの向きを変更するようにユーザを促すことができる。
図3のプロット154はまた、(a)従来的に、すなわち、(「現在のCAP減衰値」として識別され、図3aに大きい黒い円で示されている)せん断波追跡または弾性測定中に、および(b)一実施形態に従って、すなわち、(「選択された開示されたCAP減衰値」として識別され、図3aに小さい黒い円で示される)せん断波追跡または弾性測定の時間期間外に、取得されたCAP減衰値を示す。プロット154から分かるように、各大きい黒い円は、時点t3a1、t3a2、t3a3、t3a4、t3a5、t3a6、t3a7、t3a8、t3a9、t3a10、t3a11、t3a12、およびt3a13に対応する。従来のCAP減衰値は、プロット154内で時間にわたり大幅に変化する。プロット154では、品質基準に基づく選択の前に、受信されたすべてのエコー信号から取得されたすべてのCAP減衰値を含むセットが実線で示されている(言い換えれば、このセットは取得されたすべてのフィルタリングされていない生のCAP減衰値を含む)。
一実施形態では、超音波トランスデューサと皮膚の表面との間の結合に関連する超音波ラインを選択するために、補足的な基準が使用され得る。そのような結合は、プローブによって皮膚に加えられる、印加された力のレベルによって表され得る。実際のところ、超音波トランスデューサと皮膚の表面との間に良好な結合が望まれる。最小の印加された力で獲得された超音波ラインのみが計算に含められる可能性がある。1ニュートンの最小の印加された力が使用され得る。たとえば、1つ以上の品質基準は、超音波トランスデューサと粘弾性媒体が特性評価されるべき患者の皮膚との間の結合力を表す結合基準を含み、結合基準は、所定の範囲の結合係数値(たとえば、力の値)によって定義される。受信された第1のモードのエコー信号は、受信された第1のモードのエコー信号の各々を結合係数に関連付け、所定のしきい値を超える結合係数を有する各第1のモードのエコー信号を選択することによって処理される。
超音波システム内のプロセッサは、システムによって取り込まれた良好な減衰データを分析するようにプログラムされる。たとえば、プロセッサは、超音波ラインを処理し、超音波ラインが品質基準、たとえば、図3aの第1および第2の品質基準に合格するかどうかを決定するための、開示されたシステムの非一時的メモリに記憶された、コンピュータ可読命令を実行することができる。累積された「良好な」減衰データ値の数が何らかの必要な最小値を超過すると、プロセッサは値のヒストグラム155を計算する。一実施形態では、良好な値の提案される最小数は、20ショット/秒で受信された良好なエコー信号に相当する400または20秒に設定される。そのようなデータは連続して獲得される必要がない。すなわち、いくつかの良好な超音波データには、不良な超音波データが散在している場合がある。計算されるヒストグラムの精度を上げるために、所望の最小値よりも多くのデータが使用される可能性がある。諒解されるように、良好な減衰値の所望の最小数に他の値が使用される可能性がある。いくつかの実施形態では、最小数はシステムによって設定されてもよく、ユーザによって設定される可能性もある。異なるタイプのプローブは異なる最小値を有してよい。たとえば、子供に使用するための小児用プローブは、肥満患者などに使用されるデータよりも少ない最小数の良好なデータに対する要件を有する場合がある。
オペレータが検査を終了することを決定すると、値が固定され、システムは脂肪含有量を表す最終CAP値(または複数ピークの場合は複数のCAP値)を送達する。この検査の終了は、有効な超音波値の数が事前定義されたしきい値を超えたときに自動的に行われる。
計算された減衰値のヒストグラムがプロセッサによって計算されると、プロセッサはヒストグラム155を分析する。いくつかの実施形態では、プロセッサは、ガウス曲線をヒストグラム(単一ピークまたは複数ピーク)にフィットさせる。フィットされたガウス分布から、平均値および標準偏差などの統計的測定値がプロセッサによって決定され得る。他の統計曲線のフィッティングも行われる可能性がある。いくつかの実施形態では、ヒストグラムのためのガウス分布を知ることが、ヒストグラムが数学的にシフトされることなどを可能にする。
図3aに示された例では、ヒストグラムがメジャーピークおよびマイナーセカンドピークを含むことが分かる。このタイプのヒストグラムは、通常、組織内の比較的均質な減衰を示し、肝臓内の脂肪沈着(脂肪症)の濃度は、関心領域全体にわたって比較的一定である。
(図3aの明るい灰色でプロットされた)減衰データのヒストグラムから、(図3aで、開示されたCAPとして示された)CAP156の測定値が計算され、表示される。一実施形態では、開示されたシステムの表示は、測定されたCAPの平均値(ここでは195dB/m)ならびにCAP値の標準偏差(ここでは+/−12dB/m)を提供する。比較のために、図3aは、硬度測定中に(すなわち、時点t3a1、t3a2、t3a3、t3a4、t3a5、t3a6、t3a7、t3a8、t3a9、t3a10、t3a11、t3a12、およびt3a13において)同じ患者で測定されたCAP値157(「現在のCAP」)も示し、それは、(ヒストグラムが暗い灰色でプロットされた)従来の方法に従って測定されたCAP値に対応する。図3aから分かるように、従来の方法(「現在のCAP」)を使用して測定されたCAP値は、開示された技術に従って測定されたものと同様の平均値を提供する。しかしながら、当業者によって諒解されるように、開示された技術を使用して測定された標準偏差は、特に本例ではファクタ6によって大幅に低減されている。結果として、開示された技術は、測定されたCAP値の精度を大幅に向上させ、それが、そのパラメータを臨床環境で脂肪肝を監視する非常に良い候補とする。
図3bは、一実施形態による、第2の患者に関連付けられた第2の超音波画像160、ならびに対応する減衰値のプロット162および164を示す。図3bは図3aに示されたプロットと同様のプロットを示す。図3bには、オペレータがエラストグラフィデバイスを作動させてせん断波を生成したときの時点t3b1、t3b2、t3b3、t3b4、t3b5、t3b6、t3b7、t3b8、t3b9、およびt3b10も示されている。ガウス分布のフィット165は単一ピークを示す。このタイプのヒストグラムは、通常、組織内の比較的均質な減衰を示し、肝臓内の脂肪沈着(脂肪症)の濃度は、関心領域全体にわたって比較的一定である。減衰データのヒストグラムから、(図3bで開示されたCAPとして示された)CAP166の測定値が計算され、表示される。一実施形態では、開示されたシステムの表示は、測定されたCAPの平均値(ここでは220dB/m)ならびにCAP値の標準偏差(ここでは+/−23dB/m)を提供する。比較のために、図3bは、硬度測定中に(すなわち、時点t3b1、t3b2、t3b3、t3b4、t3b5、t3b6、t3b7、t3b8、t3b9、およびt3b10において)同じ患者で測定されたCAP値167(「現在のCAP」)も示し、それは、従来の方法に従って測定されたCAP値に対応する。
図3cは、一実施形態による、第3の患者に関連付けられた第3の超音波画像170、ならびに対応する減衰値のプロット172および174を示す。図3cは図3aに示されたプロットと同様のプロットを示す。図3bには、オペレータがエラストグラフィデバイスを作動させてせん断波を生成したときの20個の時点t3c1〜t3c20も示されている。図3cに示された減衰値のプロット174を、図3aに示された減衰値のプロット154と比較すると、さらに多くの減衰値が「良好」として分類される。プロット172はまた、図3aのプロット152と比較して、不良の超音波データをマークする、より少ない暗い線を含む。ヒストグラム175を計算するために、プロセッサによって良好な減衰値が累積され分析される。示された例では、ヒストグラム175にフィットされたガウス関数は2つの別個のピークを含む。そのような例では、二重ピークは、関心領域内に異なる脂肪含有量(脂肪症)の2つのゾーンが存在すること、または脂肪症が肝臓内で均一でないことをユーザに通知することができる。減衰データのヒストグラムから、(図3cで開示されたCAPとして示された)CAP176の測定値が計算され表示される。一実施形態では、開示されたシステムの表示は、測定されたCAPの平均値(ここでは292dB/m)ならびにCAP値の標準偏差(ここでは+/−26dB/m)を提供する。比較のために、図3cは、硬度測定中に(すなわち、時点t3c1〜t3c20において)同じ患者で測定されたCAP値177(「現在のCAP」)も示し、それは、従来の方法に従って測定されたCAP値に対応する。
図3a〜図3bと同様に、開示された技術を使用して測定された標準偏差は、特に図3cの現在の例ではファクタ2によって大幅に低減されていることが分かる。等しく重要なことは、CAP値を計算するための開示された技術が、図3cに示されたように、患者の肝臓内の脂肪含有量の異なるゾーンの存在を今やオペレータに通知できるという事実である。そのような情報は、従来の方法では取得が困難であった。
ヒストグラムが分析されると、プロセッサはガウス曲線からCAP値を計算する。いくつかの実施形態では、CAP測定値は、ガウス関数:

Figure 2020203078
によるフィットに従って決定され、ここで、
Figure 2020203078
はガウス分布、すなわちCAPの標準偏差であり、
Figure 2020203078
はガウス分布、すなわちCAPの平均値であり、
Figure 2020203078
は超音波減衰であり、
Figure 2020203078
はガウス曲線であり、
Figure 2020203078
は定数である。
しかしながら、CAP測定値を計算するための他の式も使用される可能性がある。加えて、当業者によって諒解されるように、他のピークフィッティング方法も使用されてよい。
図4は、VCTEとCAPの両方の測定を行うシステムが動作することができるタイミング図を示す。上記で示されたように、超音波システムは、TMモードなどの撮像モード(第1のモード)で動作し、それにより、ユーザは時間期間200の間に関心領域内の組織を見ることができる。システムは、20ショット/秒などの比較的低いPRFで短い超音波バースト(たとえば、3.5MHzなどの中心周波数(またはプローブに依存する別の中心周波数)で1〜2サイクルの超音波)を送信する。減衰データは、各戻りのエコー信号から収集される。リアルタイムで表示を更新するために、20Hzに近いPRFが好ましい。より高いPRFが使用され得るが、平均音響出力パワーを下げると、安全性および規制に関して重要な利益がもたらされることに留意しなければならない。
ユーザが、組織が均質であることを見るか、戻りのエコーデータ内のいかなる異常にも気付かないと、ユーザはプローブ上のボタンを押して、被験者の組織内にせん断波パルスを生成することができる。せん断波の速度は、次いで、約80msの時間期間202の間に6000ショット/秒などの非常に高いPRFで超音波パルスを発射することにより、システムによって追跡される。高いPRFでの戻りのエコー信号間の相関により、せん断波が追跡され、組織内のその速度が決定されることが可能になる。当業者によって諒解されるように、せん断波速度は、組織のヤング率(すなわち、その硬度)に関連する。次いで、システムは、時間期間204において撮像モードに戻り、撮像モードで使用された超音波ショットから新しい減衰値が決定される。
一実施形態では、ユーザは、硬度および超音波減衰が測定されているFIBROSCAN(R)デバイスまたは同様のシステムを使用して、患者の非侵襲的評価を行う。硬度測定値は、過渡的なせん断波が生成されたいくつかの測定値の中央値または平均値から取得される。超音波減衰は、せん断波測定が行われている時間外に獲得された超音波信号から取得される。図4に示されたように、システムは、すべての必要な組織硬度測定値が取得される時間まで、超音波減衰を計算する第1のモード(期間200)と、せん断波を追跡して組織硬度を測定する第2のモード(期間202)とを交互に切り替える。
いくつかの実施形態では、時間期間200、204、...の撮像モード(時間期間200の撮像モード、時間期間204の撮像モード、および後続の時間期間の撮像モードを示す図4を参照)中に獲得された超音波信号またはエコー信号に加えて、超音波減衰はまた、硬度測定202(および後続の硬度測定)中に獲得された超音波信号を使用して計算され得る。言い換えれば、時間期間200、204、...の撮像モード中に獲得された超音波信号と、時間期間202および/または後続の時間期間の硬度測定中に獲得された超音波信号との組合せは、CAP値を決定するために使用される可能性がある。この実施形態では、硬度測定中に獲得された超音波信号は、上で説明された1つ以上の品質基準を使用して処理される可能性もある。他の実施形態では、硬度測定外の時間期間200、204、...の撮像モード中に獲得されたすべての超音波信号が、CAP値を決定するために処理されるとは限らない。これは、撮像モードの持続時間が20秒よりも長い値に設定されている場合に当てはまる。たとえば、一実施形態では、時間期間200、204、...の撮像モード中に獲得された超音波信号の少なくとも70%が、CAP値を決定するために処理され得る。別の実施形態では、時間期間200、204...の撮像モード中に獲得された超音波信号の少なくとも80%が、CAP値を決定するために処理され得る。さらに別の実施形態では、時間期間200、204...の撮像モード中に獲得された超音波信号の少なくとも90%が、CAP値を決定するために処理され得る。別の実施形態では、時間期間200、204、...の撮像モード中に獲得された超音波信号の100%が、CAP値を決定するために処理され得る。
いくつかの実施形態では、エラストグラフィシステムのプロセッサは、第1の硬度測定202の前である第1の時間期間200の撮像モード中に獲得された超音波信号のどれも、CAP値を決定するために処理されないようにプログラムされる。したがって、図4では、第1の時間期間200の撮像モード中に獲得された超音波信号は考慮されず;むしろ、CAP値は、時間期間202の第1の硬度測定の後に行われる第2の時間期間204およびその後の時間期間、...の撮像モード中に獲得された超音波信号を使用して決定される。実際、ターゲット臓器(たとえば、肝臓)が第1の時間期間200の撮像モード中に適切に位置していない可能性があるので、第1の硬度測定202の前に行われる第1の時間期間200の撮像モードに関連付けられた減衰値を決定しないか、または除外することが望ましい場合がある。別の実施形態では、第1の時間期間200の撮像モード中に獲得された超音波信号の少なくとも70%が、CAP値を決定するために処理され得る。
いくつかの実施形態では、VCTE検査プロトコルは、患者に10個のせん断波を加えるようにユーザに要求し、表示される硬度は10個の測定値の中央値から決定される。いくつかの実施形態では、CAP測定値は、VCTE測定間の撮像モード中に発生するすべての戻りのエコー信号から取得された減衰値から取得される。他の実施形態では、いくつかの撮像時間期間の経過中に取得された減衰値が累積され、CAP測定値を計算するために使用される。たとえば、400個の有効な減衰値がCAP測定のために提案され、PRFが20ショット/秒である場合、必要な数の減衰値を累積するために必要な時間は少なくとも20秒であり、単一の撮像時間期間より長い可能性がある。
図5は、23dB/mの標準偏差を有する組織の硬度測定値220(キロパスカル単位のE)および超音波減衰224(dB/m単位のCAP)の代表的な表示を示す。図5はまた、硬度測定値が正しく測定される信頼性を示す、IQRもしくは四分位数の結果、またはIQR/中央値の比などの硬度測定値のための品質メトリックを示す。いくつかの実施形態では、表示は、提案された最小数の減衰値と比較して、CAP値を計算するために使用される「良好な」減衰値の数を示すグラフ230も含む。示された例では、棒グラフ230は90%を示し、それは、CAP値を計算する際に提案された減衰測定値の最小数の90%しか使用されなかったことを示す。いくつかの実施形態では、棒グラフ230は、必要な最小数を超える減衰値が累積された場合、100%を超えることができる。いくつかの実施形態では、棒グラフは、0から10までの範囲の数値を表示することができ、0は0%を意味し、10は100%を意味する。そうすることにより、オペレータは10に達したときに検査を終了することができ、それは、現在入手可能なFIBROSCAN(R)システムを用いてオペレータが硬度測定を行うものと一致し、たとえば、オペレータは10個の有効な硬度測定値が取得されたときに停止する。
示された実施形態では、表示は品質インディケータ232も含む。この例では、品質インディケータ232は2/5の数を示し、すなわち、表示されたCAP測定値は、可能な5のうちの2の品質を有する。しかしながら、他のスケールが使用される可能性がある。いくつかの実施形態では、品質インディケータは、所望の数の良好なデータと比較され、ヒストグラム内で発見されたガウス分布のピークの数と比較されて取得された良好なデータの数に基づいて計算される。特定のメトリックは、それによってCAP品質が測定され、作り出されたCAP測定値の統計分析、およびそれらの対応するヒストグラム対被験者のMRI研究によって決定された被験者の肝臓の実際の脂肪含有量に基づいて決定されてよい。別の実施形態では、表示は、(たとえば、数字「1」、「2」...を使用して)所定のしきい値を超える振幅を有する2つ以上のガウスピークの存在を表示するように構成されてよく、それにより、患者の肝臓内の脂肪含有量の異なるゾーンの存在がオペレータに通知される。
図6は、被験者についての組織硬度値およびCAP測定値をオペレータに示す、ユーザインターフェース上の別の可能な表示を表す。示された例では、表示250は、受信されたエコー信号から作られたTMモード画像252を含む。ボックス254はAラインエコーデータを含む。一実施形態では、Aラインエコーデータは、それを平滑化するために0.5秒にわたって平均化される。いくつかの実施形態では、Aラインデータを囲むボックスの色は、現在の超音波ラインの品質基準が良好か不良かを示す。一実施形態では、ボックス254は、品質基準が良好であるとき、緑色の輪郭256で示される。
示された実施形態では、表示250はまた、患者の皮膚と接触するプローブ先端に加えられた力の量を表すグラフィック258を含む。いくつかのプローブは力センサを含み、それは、プロセッサによって読み取られ、ユーザが組織測定のために所望の範囲内にある力をいつ加えるかを示すようにグラフィック258を制御するために使用される信号を作り出す。組織硬度およびCAP測定値の両方を計算するシステムの場合、表示は、組織内に誘導されたせん断波の勾配(たとえば、速度)を示すエラストグラム(またはせん断波伝播マップ)260を含む。エラストグラム260は、せん断波が深度および時間の関数として組織を通ってどのように移動するかを表す従来の斜めの縞模様を有する。最後に、表示250は、CAP262および組織硬度264の測定値を含む。いくつかの実施形態では、硬度およびCAP測定値が正しく測定されることの信頼性を示すIQRすなわち四分位結果またはSTD標準偏差などの測定値のための品質メトリックも表示され得る。
図7a〜図7eは、同じデバイスを使用する113人の患者の集団における従来のCAP(現在のCAP)および開示されたCAP(開示されたCAP)のパフォーマンスを示す。図4に示された撮像モードおよび硬度測定モードのシーケンスが113人の患者の各々に適用された。患者ごとに10回のVCTE測定が行われた。患者ごとに、従来のCAP(現在のCAP)は、硬度測定(すなわち、図4のモード202)中に獲得された超音波信号で測定され、それはCAPを決定するための従来の方法に対応する。開示されたCAP(開示されたCAP)は、開示された技術に従って、図4に示された撮像モード200、204の間に排他的に獲得された超音波信号で測定された。患者は両方の方法で測定され、CAPの結果は脂肪症を評価する基準方法と比較された。脂肪症は、組織学的採点システムに従って病理学者によって評価され得る。当技術で知られているように、脂肪症は、脂肪蓄積を有する肝細胞の数に従って定義される:S0(試験に応じて<5または10%)、S1(5または10〜33%)、S2(34〜66%)、S3(>66%)。Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology、2012年に公表された、M.Sassoらによる、「The controlled attenuation parameter(CAP):A novel tool for the non−invasive evaluation of steatosis using Fibroscan(R)」、Ultrasound in Medicine and Biology、2010年に公表された、M.Sassoらによる、「Controlled Attenuation Parameter(CAP):A Novel VCTE(TM)Guided Ultrasonic Attenuation Measurement for the Evaluation of Hepatic Steatosis:Preliminary Study and Validation in a Cohort of Patients with Chronic Liver Disease from Various Causes」の文献を参照されたい。肝生検は侵襲的な手順であるため、肝脂肪の測定のための基準方法としてMRI−PDFFが使用された。この方法は当技術でよく知られている。図7Aは各方法のばらつきの比較を示す。従来のCAPのばらつき(Current CAP)は、四分位範囲(IQR)と標準偏差(sd)の両方によって評価される。図7Aから分かるように、開示されたCAPのばらつきは、従来のCAPのばらつきよりもはるかに優れている。言い換えれば、開示された技術に従って取得されたCAP値は、疾患の進行または退行を監視するのに優れている。結果として、記載された技術は患者の肝臓内の脂肪症の診断を大幅に改善する。図7Bは、両方の方法について3つの患者グループにおけるCAP測定値の散布度を示す。グループは、肝臓脂肪含有量の増加に対応する(pdff<5%、5<=pdff<10%、およびpdff>=10%)。各ボックスの幅は、各グループ(すなわち、pdff<5%、5<=pdff<10%、およびpdff>=10%)に属する患者の数を表す。図7Bから分かるように、従来の方法および開示された技術による方法に従って測定されたCAP値は、肝臓脂肪含有量とともに増加し、それはpdffパーセンテージの増加に対応する。したがって、CAP値と肝臓脂肪含有量の測定値との間に良好な相関関係が存在する。図7Cは、基準としてMRI−PDFFを使用する、5%を超える脂肪肝の診断のためのROC曲線下の面積(AUROC)を示す。開示されたCAP(AUROC=0.900)のパフォーマンスは、AUROCに関して従来のCAP(AUROC=0.886)より優れている。言い換えれば、開示された技術に従って取得されたCAP値は、現在のCAPよりも病理学者によって取得されたものに近い脂肪症診断を提供する:開示されたCAPを測定するための開示された方法の臨床パフォーマンスは、従来の方法のそれより優れている。この改善は、開示されたCAPのばらつきの減少に起因する。図7Dは、2つの方法を比較したBland−Altmanプロットを示す。従来のCAP方法と開示されたCAP方法との間のバイアスは非常に低く、−1.3dB/mであり、これは2つの方法が同等であることを示す。図7Eは、113人の患者について、従来の方法および開示された技術の方法で取得されたCAP値の散布図を示す。図7Eから分かるように、統計的に、現在のCAPを測定するための従来の方法と、開示されたCAPを測定するための開示された技術による方法との間に非常に良好な相関が見出される。したがって、開示されたCAPの平均値および現在のCAPの平均値は同じである。しかしながら、開示されたCAPのばらつきと現在のCAPのばらつきは異なる。
図8A〜図8Bは、CAPを測定するための従来の方法に従って(図8A)、および開示された技術による開示されたCAPを測定するための方法に従って(図8B)、取得された獲得された超音波ラインの空間的平均化を概略的に示す。図8A〜図8Bは、超音波信号を放射し、超音波エコーを受信するプローブを示す。プローブは、FIBROSCAN(R)システムのプローブであってよい。プローブは患者の皮膚に当てられる。図8A〜図8Bはまた、超音波ラインまたはエコー信号の獲得中のターゲット臓器(たとえば、肝臓)の様々な場所を示す。肝臓などの臓器の変位は、通常、呼吸運動による数センチメートルの変位である。呼吸による肝臓の運動速度は、通常、1秒当たり1センチメートルのオーダーである。
図8Aでは、超音波ラインまたはエコー信号が、硬度測定中に獲得される。上記で説明されたように、単一の硬度測定中に、超音波ラインまたはエコー信号は、80msの期間の間6000ショット/秒の高フレームレートで獲得される。測定中に臓器(たとえば、肝臓)が動くので、硬度の測定は臓器内の異なる位置で行われる。これは図8Aに示され、各ラインは、超音波ラインまたはエコー信号の獲得の80msに対応する硬度測定値を概略的に表す。従来技術に従って測定されたCAPは、図8Aに示された異なる位置のみから取り込まれたエコー信号を用いて行われ、それにより、獲得された信号の空間的平均化が不十分になる。
対照的に、図8Bでは、超音波ショットは、50Hz未満、たとえば20+/−5Hzに等しい繰り返し率で放射される。上記で示されたように、この低い繰り返し率により、呼吸運動速度と比較された獲得時間における差により、互いに非相関である反射された超音波信号の記録が可能になる。20Hzの繰り返し周波数では、超音波信号は50msごとに獲得される。呼吸周波数は通常、1分当たり12〜50サイクルの間であり、それは1.2〜5.0秒に相当する。50msでは、変位は2mmになるはずであり、それは超音波信号を非相関にするのに十分である。非相関超音波信号を使用すると、測定エラーを低減させつつ、測定の信頼性を改善させる。さらに、長い時間期間(少なくとも5秒、通常は20秒)にわたって多数の超音波ライン(エコー信号)が獲得されるので、エコー信号または超音波ラインは、図8Aに示されたよりも大きい領域から収集され、それが、獲得された超音波ラインの空間的平均化を大幅に改善させる。
図9は、開示された技術のいくつかの実施形態による、超音波データからCAP測定値を計算するためのエラストグラフィシステム1000のブロック図である。エラストグラフィシステム1000は、一般に、プローブ300、メインモジュール400、およびユーザインターフェース500を含む。いくつかの実施形態では、プローブ300は、せん断波速度を検出し、超音波を送受信して、CAP測定値を計算するための超音波減衰値を獲得するために使用される。プローブ300は、超音波トランスデューサ302、バイブレータ370、およびメモリ380を含む。プローブ先端の超音波トランスデューサ302は、たとえば、単一要素のトランスデューサであるが、1、1.5、または2次元アレイでもあり得る。メインモジュール400は、プロセッサ401、コントローラ402、メモリ403、振動コントローラ404、超音波信号を交互に送信および受信するためのスイッチ405、超音波送信機モジュール406、ならびに超音波受信機モジュール407を含む。プロセッサ401は、システム1000の動作中に、メモリ403に記憶された機械実行可能命令を実行するように構成され、機械実行可能命令は、硬度測定中にせん断波を放射するために振動コントローラ404を制御し、超音波信号を放射するために超音波送信機モジュール406を制御し、エコー信号を受信するために超音波受信機モジュール407を制御するようにコントローラ402に命令する。トランスデューサ302によって受信された超音波信号は、超音波受信機モジュール407によって処理され、そこでそれらはフィルタリングされ、デジタル化され、メモリ403に記憶される。超音波送信機モジュール406は、撮像するための、および減衰データを収集するための超音波ショットを組織に送達するために使用される。プログラムされたプロセッサ401は、受信された信号を分析して、超音波減衰データのヒストグラムからCAP測定値を計算する。モジュール401、402、404、405、406、および406は、異なる回路の形態であり得る。
同じプローブがエラストグラフィに使用される場合、プローブ300は、組織内のせん断波を作り出すためにトランスデューサの先端の物理的な動きを生成する、プローブ先端に結合されたボイスコイルを有する音響スピーカと同様の電磁アクチュエータ370(バイブレータ)も含む。図9に示された実施形態では、プローブはVCTEとCAPの両方の測定に使用される。しかしながら、いくつかの実施形態では、プローブは、CAP測定値を計算する際に使用するための超音波信号の送信および受信のみを行うように構成され得る。この場合、プローブには電磁アクチュエータが含まなくてよい。
別の実施形態では、超音波システムは、VCTE測定を実行するように構成されずに、CAP測定を実行するように構成されたシステムであってよい。この実施形態の超音波システムは、図9のものと同様であるが、バイブレータ370および振動コントローラ404を欠いている。この実施形態では、超音波システムは、超音波トランスデューサ、メインモジュール、およびユーザインターフェースを有するプローブを含んでよい。図9と同様に、メインモジュールは、プロセッサ、コントローラ、メモリ、超音波信号を交互に送信および受信するためのスイッチ、超音波送信機モジュール、ならびに超音波受信機モジュールを含んでよい。プロセッサは、システムの動作中に、超音波信号を放射するために超音波送信機モジュールを制御し、エコー信号を受信するために超音波受信機モジュールを制御するようにコントローラに命令するための、メモリに記憶された機械実行可能命令を実行するように構成される。トランスデューサによって受信された超音波信号は、超音波受信機モジュールによって処理され、そこで、それらはフィルタリングされ、デジタル化され、メモリに記憶される。超音波送信機モジュールは、超音波ショットを組織に送達するために、および減衰データを収集するために使用される。プログラムされたプロセッサは、受信された信号を分析して、超音波減衰データのヒストグラムからCAP測定値を計算する。メモリに記憶された機械実行可能命令は、具体的に、100Hz未満、たとえば、一実施形態では50Hz、たとえば20+/−5Hzに等しい繰り返し率で超音波信号を放射するための超音波送信機モジュールを制御するように設計される。上記で示されたように、この低い繰り返し率により、呼吸運動速度と比較された獲得時間における差により、互いに非相関である反射された超音波信号の記録が可能になる。さらに、メモリに記憶された機械実行可能命令は、具体的に、硬度測定中に使用されるよりもはるかに長い時間期間(すなわち、約80ms)の間、エコー信号または受信された超音波ラインを獲得するように超音波受信機モジュールを制御するように設計される。これが、獲得されたデータの空間的平均化を改善させる。一実施形態では、時間期間は、少なくとも5秒、一実施形態では少なくとも10秒、別の実施形態では少なくとも20秒に設定される。たとえば、一実施形態では、CAP測定は、少なくとも30秒、または少なくとも45秒、または少なくとも1分、多くとも1分もしくは数分、たとえば多くとも5分、たとえば多くとも4分、たとえば多くとも3分、たとえば多くとも2分、たとえば多くとも1分である時間期間にわたって獲得されたエコー信号を使用して実行されてよい。
記載されたように、開示された技術の超音波システムは、ユーザがVCTE検査を行うことが可能になる前に組織を撮像しているときに、CAP測定値を計算するために使用される減衰データを収集するように適合されることが分かる。受信された超音波データおよび減衰測定値は、CAP値を計算するために使用される測定値のグループに含められる前に、1つ以上の品質テストを受ける。
一実施形態によれば、計算のステップCALCは、有効な累積超音波減衰値を表すヒストグラムを使用して行われる。この場合、ヒストグラムは1つ以上の鐘型曲線を使用して自動的に調整される。
一実施形態によれば、調整は、ガウス型の数学関数を使用して行われる。言い換えれば、計算のステップは、有効な累積値のヒストグラムを形成する1つ以上のガウス曲線を検出するステップを含む。それで、各ガウス曲線の中心は、特性評価されるべき粘弾性媒体の超音波パラメータを表す値に対応する。
有益なことに、ヒストグラムを構成するいくつかの鐘型曲線の自動検出により、粘弾性媒体の異なる領域が検出されることが可能になる。言い換えれば、開示された技術による方法が、様々な特性を有する粘弾性媒体の領域が識別されることを可能にする。
いくつかの実施形態では、開示された技術による方法は、超音波パラメータを表す1つ以上の値を表示するステップも含む。いくつかの実施形態では、表示するステップは、有効な累積超音波減衰値の数が所定の最小しきい値より高い場合にのみ実施される。
有益なことに、多数の有効な累積超音波減衰値を使用すると、データの統計分析が行われることが可能になり、超音波パラメータの測定における系統誤差のリスクが最小化されることが可能になる。
一実施形態によれば、いくつかのガウス曲線が検出された場合、最も代表的な値のみが表示される。この場合、たとえば、様々な検出されたガウス曲線の特性に基づいて、最も代表的な値が方法によって自動的に選択される。
一実施形態によれば、最も代表的な値は、検査中に最も長い時間の間超音波が当てられていた粘弾性媒体の領域に対応する。一実施形態では、この値は、リアルタイムで、すなわち、オペレータが第1の/撮像モードで開示されたシステムを操作する間に取得されてよい。あるいは、この値は、オペレータが試験を停止したときに取得されてよい。さらに別の実施形態では、値は検査が自動的に停止したときに取得される。
一実施形態によれば、超音波パラメータを表す値に関連付けられた測定誤差は、超音波減衰値のヒストグラムにフィットされたガウス分布の標準偏差から決定される。
超音波パラメータの値が少数の超音波減衰値から計算される場合、計算の精度が低減されることに注意することが重要である。この場合、有効な累積減衰値は、平均値に関する不確実性が大きい非対称曲線に沿って分布する。
一実施形態によれば、有効な累積超音波減衰値の所定の最小しきい値は、400の有効な超音波ショットに等しい。
超音波減衰パラメータの計算値、およびこの値に関連付けられた測定誤差は、表示ステップ中にオペレータに伝えられ得る。たとえば、これらの値は画面またはインディケータに表示される。
有益なことに、オペレータは有効な超音波ショットの数の変化をリアルタイムで確認し、必要な場合、プローブの位置決めを修正して検査の持続時間を低減させるか、またはその品質を向上させることができる。
一実施形態によれば、開示された技術による方法は、超音波パラメータの測定深度を決定するステップも含む。
一実施形態によれば、測定深度は、超音波ショットのシーケンスで超音波を放射するステップより前に決定される。この場合、オペレータは関心領域の事前配置を実施することができる。一実施形態によれば、測定深度は、超音波パラメータの測定の持続時間全体にわたって一定に保たれる。
一実施形態によれば、超音波減衰値が測定され、3つなどの2つ以上の異なる範囲の深度について累積される。3つの範囲の深度は、5mmまたは1/4インチなどだけ千鳥足状にされた量であり得る。この場合、有効な累積減衰値を表すゲージのみが表示される。検査の最後に、オペレータは使用されるべき深度の範囲を選択する。たとえば、深度範囲は、超音波プローブと特性評価されるべき媒体の外壁との間の距離に依存してよい。たとえば、特性評価されるべき媒体が人間または動物の肝臓である場合、使用されるべき深度の範囲は、超音波プローブと肝臓の被膜との間の距離に基づいて選択される。
一実施形態によれば、開示された技術による方法は、測定深度を表示するステップを含む。測定深度および有効な超音波信号の数は同時に表示され得る。
あるいは、超音波パラメータは、3つの異なる範囲の深度で測定され得る。検査の終わりに、超音波プローブと特性評価されるべき粘弾性媒体の外壁との間の距離に基づいて、単一の深度が使用される。
計算ステップ中、ヒストグラムはガウス曲線を使用して調整され、それが、超音波パラメータを表す値が計算されることを可能にする。ヒストグラムを調整するために、ガウス曲線が自動的に検出される。ガウス曲線の中心およびその標準偏差は、それぞれ、超音波減衰および関連付けられた測定誤差を表す値に対応する。
有益なことに、計算ステップの結果は、有効な累積超音波減衰値の数が所定の最小しきい値より高い場合にのみ表示される。一実施形態によれば、有効な累積超音波減衰値の最小数は400である。
一実施形態によれば、有効な累積超音波減衰値の数が所定のしきい値、たとえば400に達すると、検査は自動的に停止する。
一実施形態によれば、有効な累積超音波減衰値の数は、インディケータによってリアルタイムで表される。ヒストグラムの調整の結果は、有効な累積超音波減衰値の数が最小しきい値より高い場合にのみ表示される。
一実施形態によれば、ゲージは、有効な超音波減衰値の推奨しきい値を表示することもできる。
上記で示されたように、いくつかの実施形態では、獲得された減衰値から作られたヒストグラムは、粘弾性媒体の2つ以上の異なる領域に対応する2つ以上の異なるピークを含む。
CAP測定値を計算するステップの間、たとえば、2つのガウス曲線に適合された期待値最大化アルゴリズムを使用して、2つの領域の存在が自動的に検出され、ヒストグラムが調整される。各ガウス曲線は粘弾性媒体の領域に対応し、2つの領域は超音波パラメータの2つの異なる値によって特性評価される。
有益なことに、開示された技術による方法が、いくつかの領域を有する不均一な粘弾性媒体が特性評価されることを可能にし、各領域は所与の代表的な超音波減衰値によって特性評価される。
加えて、方法は、不均一な粘弾性媒体の最も代表的な領域が、自動的に、および所定の基準に従って検出されることを可能にする。たとえば、方法は、最も長い時間の間掃引された領域に対応するヒストグラムの一部を自動的に選択するステップを含む。この場合、測定誤差はガウス曲線の値の標準偏差として計算される。
有益なことに、開示された技術による方法が、測定方法の信頼性を高めながら、超音波減衰パラメータの値に関連付けられた測定誤差を低減させることが可能にする。
開示された技術の別の態様は、方法を実施するデバイスである。
一実施形態によれば、本発明によるデバイスは、
超音波ショットのシーケンスの放射のため、および特性評価されるべき媒体によって反射された超音波信号の記録のための超音波トランスデューサを含む超音波プローブと;
有効な減衰値の自動的な累積用に構成された、デジタル信号プロセッサまたはプログラムされたプロセッサなどの手段と;
粘弾性媒体の超音波パラメータを表す1つ以上の値の有効な累積減衰値を使用する計算用に構成された、デジタル信号プロセッサまたはプログラムされたプロセッサなどの手段と
を含む。
超音波プローブは、1つ以上の超音波トランスデューサを含むことができる。超音波プローブは、超音波ショットのシーケンスの放射を可能にする。
一実施形態によれば、超音波プローブは、4と12mmの間の直径を有する単一の超音波トランスデューサまたは単一要素の超音波トランスデューサを含む。
一実施形態によれば、超音波ショットの繰り返し率は、減衰値獲得の間10Hzと50Hzの間である。
一実施形態によれば、超音波ショットの中心周波数は、1MHzと10MHzの間である。
一実施形態によれば、表示手段は、パラメータを修正するかまたは測定をアクティブ化する命令を受け取るように設計されたタッチスクリーンを有するビデオディスプレイを含む。他の実施形態では、表示は、超音波ショットから作り出されたデータを表示するために有線またはワイヤレスの通信リンクによってシステムに接続されたリモートデバイス(ラップトップ、iPad、スマートフォン)であってよい。
いくつかの実施形態では、超音波パラメータを表す値は、良好または有効な超音波減衰値の数が所定の最小しきい値より高い場合にのみ表示される。
一実施形態によれば、表示手段は、有効な超音波ショットの数を表すインディケータを表示するように設計される。
一実施形態によれば、インディケータは、所定のしきい値と比較された、有効な超音波ショットの数をリアルタイムで表示するゲージの形態で作り出される。
一実施形態によれば、ゲージの形態のインディケータは、有効な超音波減衰値の推奨しきい値を表示する。
一実施形態によれば、超音波プローブはトランジェントエラストグラフィのためのプローブである。
プロセッサは、累積値のヒストグラムを分析するようにプログラムまたは構成され、パラメータは、分析された信号が測定の信頼性を高めるために互いに非相関である場合にのみ推定される。多数の良好な超音波エコー信号の自動分析を使用すると、技術による方法により、特性評価されるべき粘弾性媒体を表す領域が選択されることも可能になる。
いくつかの実施形態では、開示された技術の一態様は、特性評価されるべき粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法であって、以下の:
超音波トランスデューサを使用して超音波ショットのシーケンスを放射し、特性評価されるべき媒体によって反射された超音波信号を記録するステップと;
有効な超音波減衰値を自動的に累積するステップと;
有効な累積超音波減衰値を使用し、粘弾性媒体の超音波パラメータを表す1つ以上の値を計算するステップと
を含み、有効な超音波減衰値が記録された、反射された超音波信号から取得される、方法である。
「超音波ショット」という表現は、特性評価されるべき媒体内の超音波パルスの放射を意味すると理解される。一実施形態によれば、特性評価されるべき粘弾性媒体は、人間または動物の肝臓である。
「反射された超音波信号の記録」という表現は、分析された媒体の深度の定義された範囲内に存在する反射粒子によって生成されたエコーのオンザフライでの記録を意味すると理解される。
本発明による方法によって測定される超音波パラメータの一例は、超音波減衰パラメータである。
「超音波減衰」という表現は、超音波減衰を反映する任意のパラメータ:広帯域超音波減衰(BUA、dB/cm/MHz単位)、特定の周波数で測定された減衰(dB/cm単位)、制御された減衰パラメータ(CAP)などを意味すると理解される。
「有効な超音波減衰値」という表現は、良好な品質基準を有する超音波減衰値を意味すると理解される。無効な超音波減衰値の一例は、負の超音波減衰値または予想される範囲外の減衰値である。無効な超音波減衰値の一例は、血管からの特徴を呈する超音波信号から取得された超音波減衰値である。たとえば、超音波信号の有効性の基準は、出願人によって開発されたツール「Liver Targeting Tool」すなわちLTTによって与えられる(「Influence of heterogeneities on ultrasound attenuation for liver steatosis evaluation(CAP(TM)):relevance of a liver guidance tool Ultrasonics Symposium(IUS)、2013年、IEEE International」という文書も参照されたい)。
いくつかの実施形態では、「有効な超音波減衰値を累積する」という表現は、有効な超音波減衰値の記録することを意味すると理解される。一実施形態によれば、これらの値の累積は、有効な超音波減衰値のヒストグラムによって表される。
いくつかの実施形態では、「超音波パラメータを表す値」という表現は、超音波が当てられた粘弾性媒体を表す値を意味すると理解される。
たとえば、方法によって測定された超音波パラメータが超音波減衰パラメータである場合、代表値は、有効な累積超音波減衰値を使用して計算された超音波減衰パラメータの値である。一実施形態によれば、超音波パラメータを最も代表する値は、検査中に最も長い時間の間超音波が当てられた媒体の領域、または有効な減衰値の数が最も高い領域に関連付けられた値である。あるいは、超音波パラメータを最も代表する値は、最大数の良好な減衰値が記録されている媒体の領域に関連付けられた値である。
一実施形態によれば、本技術による方法は、超音波減衰パラメータを表す1つ以上の値を表示するステップを含み、表示は、有効な累積超音波減衰値の数が所定の最小しきい値より高い場合にのみ行われる。たとえば、超音波減衰パラメータの値は、有効な記録された超音波信号の数が100より高い場合、たとえば、400以上などの200より高い場合にのみ表示される。
一実施形態によれば、超音波ショットは、50Hz未満、たとえば、20+/−5Hz以上の繰り返し率で放射される。粘弾性媒体が人間または動物の臓器であるとき、呼吸周波数と超音波ショットの繰り返し率との間の差が、互いに非相関な関係である超音波信号が記録されることが可能にする。
有益なことに、互いに非相関な関係である多数の有効な減衰値を有することが、これらの値が超音波が当てられた媒体を表す可能性を増加させる。
有益なことに、累積された有効な超音波減衰値の統計分析が、超音波パラメータを測定する方法の信頼性および再現性が改善されることを可能にする。
一実施形態によれば、粘弾性媒体の超音波パラメータを表す1つ以上の値を計算するステップは、有効な累積超音波減衰値を表すヒストグラムを使用して行われる。
互いに非相関な関係である多数の超音波減衰値が存在するという事実により、ヒストグラムは、ガウス曲線などの1つ以上の鐘型曲線によって記述され得る。
一実施形態によれば、ガウス型の1つ以上の数学関数を使用して、有効な累積超音波減衰値のヒストグラムを調整することが可能である。この場合、各ガウス曲線の最大値は、超音波が当てられた粘弾性媒体の領域を表す減衰値に対応する。
一実施形態によれば、超音波減衰パラメータを表す値に関連付けられた測定誤差は、有効な超音波減衰値にフィットされたガウス分布の標準偏差として計算される。
有益なことに、値の数が多いので、標準偏差の統計的代表性は有意であり、超音波パラメータの値に関連付けられた測定誤差が正確に推定されることが可能になる。
有益なことに、開示された技術による方法により、粘弾性媒体内の異なる領域の存在が自動的に検出されることが可能になり、各領域は、有効な累積超音波減衰値のヒストグラムの一部分を記述する鐘型曲線に対応する。言い換えれば、単一の鐘型曲線によって記述されるヒストグラムは、完全に均一な媒体に対応する。
有益なことに、開示された技術による方法は、超音波減衰パラメータのいくつかの値が測定されることを可能にし、各値は超音波が当てられた媒体の異なる領域を表す。言い換えれば、本技術による方法は、超音波パラメータの異なる値によって特性評価された領域に比べて、超音波パラメータの値によって特性評価された領域が選択されることを可能にする。
一実施形態によれば、有効な累積超音波減衰値を表すヒストグラムが異なる領域に対応するいくつかの鐘型曲線によって記述されるとき、本発明による方法は、超音波が当てられた媒体を最も代表する超音波パラメータの値を自動的に選択するステップも含む。技術による超音波パラメータ測定方法は、個別に、またはすべての技術的に可能な組合せで考慮された、以下の1つ以上の特性も有してよい。
開示された技術による方法は、粘弾性媒体の超音波パラメータを表す1つ以上の値を表示するステップも含み、表示のステップは、有効な累積超音波減衰値の数が所定の最小しきい値より高い場合にのみ実施される。
いくつかの実施形態では、本技術による方法は、有効な累積超音波減衰値の数(または同様の数)を示すゲージを表示するステップも含む。ゲージは、有効な累積値の所定の最小しきい値のインディケータおよび/または有効な累積値の所定の推奨しきい値のインディケータを含む。いくつかの実施形態では、超音波パラメータを表す1つ以上の値は、有効な累積超音波減衰値を表すヒストグラムから計算される。いくつかの実施形態では、超音波パラメータを表す1つ以上の値が計算され、有効な累積超音波減衰値を表すヒストグラムを使用して自動調整が行われる。自動調整は、ガウス型の1つ以上の数学関数を使用して行われる。いくつかの実施形態では、超音波パラメータは超音波減衰パラメータである。
いくつかの実施形態では、超音波減衰パラメータはいくつかの異なる深度で計算され、技術による方法は、特性評価されるべき媒体を最も代表する深度を選択する(またはユーザが深度を選択することを可能にする)ステップを含む。いくつかの実施形態では、方法は、超音波パラメータの測定深度を表示するステップも含む。超音波ショットのシーケンスは、50Hz未満、たとえば20+/−5Hz以下の放射率で放射される。
本明細書に記載された主題および動作の実施形態(たとえば、図8のブロック400の要素)は、本明細書で開示された構造およびそれらの構造均等物を含む、デジタル電子回路、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア、またはそれらの1つもしくは複数の組合せに実装され得る。本明細書に記載された主題の実施形態は、データ処理装置による実行のため、またはデータ処理装置の動作を制御するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された1つ以上のコンピュータプログラム、すなわち、コンピュータプログラム命令の1つ以上のモジュールとして実装され得る。
コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶デバイス、コンピュータ可読記憶基板、ランダムアクセスメモリもしくはシリアルアクセスメモリのアレイもしくはデバイス、またはそれらの1つもしくは複数の組合せであり得るか、またはそれらに含まれ得る。その上、コンピュータ記憶媒体は伝播信号ではないが、コンピュータ記憶媒体は、人工的に生成された伝播信号内で符号化されたコンピュータプログラム命令のソースまたは宛先であり得る。コンピュータ記憶媒体はまた、1つ以上の別個の物理的な構成要素または媒体(たとえば、複数のCD、ディスク、または他の記憶デバイス)であり得るか、またはそれらに含まれ得る。本明細書に記載された動作は、1つ以上のコンピュータ可読記憶デバイスに記憶された、または他のソースから受信されたデータに対してデータ処理装置によって行われる動作として実現され得る。
「プログラムされたプロセッサ」という用語は、例として、プログラマブルプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、コンピュータ、システムオンチップ、もしくは複数のプロセッサ、または前述の組合せを含む、データを処理するためのすべての種類の装置、デバイス、およびマシンを包含する。装置は、専用論理回路、たとえば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)またはASIC(特定用途向け集積回路)を含むことができる。
(プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても知られる)コンピュータプログラムは、コンパイル型またはインタープリタ型の言語、宣言型または手続き型の言語を含む、任意の形式のプログラミング言語で書かれ得、スタンドアロンプログラム、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、もしくはコンピューティング環境内の使用に適した他のユニットを含む、任意の形式でデプロイされ得る。コンピュータプログラムは、必ずしもそうである必要はないが、ファイルシステム内のファイルに対応してよい。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部分(たとえば、マークアップ言語ドキュメントに記憶された1つ以上のスクリプト)、問題のプログラム専用の単一ファイル、または複数の編成されたファイル(たとえば、1つもしくは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの部分を記憶するファイル)に記憶され得る。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータ、または1つのサイトに配置されるか、もしくは複数のサイトにわたって分散され、通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータで実行されるようにデプロイされ得る。
本明細書に記載されたプロセスおよび論理フローは、入力データに対して動作し出力を生成することによってアクションを行うために1つ以上のコンピュータプログラムを実行する1つ以上のプログラマブルプロセッサによって行われ得る。プロセスおよび論理フローはまた、専用論理回路、たとえば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)またはASIC(特定用途向け集積回路)としても実現され得る装置によって行われ得る。
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用と専用の両方のマイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つ以上のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読取り専用メモリもしくはランダムアクセスメモリまたは両方から命令およびデータを受け取る。コンピュータの必須要素は、命令に従ってアクションを行うためのプロセッサ、ならびに命令およびデータを記憶するための1つ以上のメモリデバイスである。一般に、コンピュータは、データを記憶するための1つ以上の大容量記憶デバイス、たとえば、磁気ディスク、光磁気ディスク、もしくは光ディスクを含むか、またはそれらからデータを受信するか、もしくはそれらにデータを転送するように動作可能に結合されるか、もしくは両方である。しかしながら、コンピュータはそのようなデバイスを有する必要はない。コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するのに適したデバイスには、例として、半導体メモリデバイス、たとえば、EPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイス;磁気ディスク、たとえば、内蔵ハードディスクまたはリムーバブルディスク;光磁気ディスク;ならびにCD−ROMおよびDVD−ROMディスクを含む、すべての形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリデバイスを含む。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補完されるか、またはそれに組み込まれ得る。
ユーザとの対話を提供するために、本明細書に記載された主題の実施形態は、ユーザに情報を表示するための表示デバイス、たとえば、LCD(液晶ディスプレイ)、LED(発光ダイオード)、またはOLED(有機発光ダイオード)モニタ、ならびにユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボードおよびポインティングデバイス、たとえば、マウスまたはトラックボールを有するコンピュータ上で実現され得る。いくつかの実施形態では、情報を表示し、ユーザから入力を受け取るために、タッチスクリーンが使用され得る。ユーザとの対話を提供するために他の種類のデバイスも使用され得;たとえば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、たとえば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックであり得;ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受け取られ得る。
上記から、本発明の特定の実施形態が例示の目的で本明細書に記載されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正が行われ得ることが諒解されよう。
2、4、6 ファクタ
50 超音波信号
52、54 時間
60 周波数領域
62 ライン
70 最適ライン
100 方法
102、104、106、108 ステップ
150 TMモード画像
152、154 プロット
155 ヒストグラム
156 開示されたCAP
157 現在のCAP
160 第2の超音波画像
162、164 減衰値のプロット
165 ガウス分布のフィット
166 開示されたCAP
167 現在のCAP
170 第3の超音波画像
172、174 減衰値のプロット
175 ヒストグラム
176 開示されたCAP
177 現在のCAP
200、202、204 時間期間
220 硬度測定値
224 超音波減衰
230 棒グラフ
232 品質インディケータ
250 表示
252 TMモード画像
254 ボックス
256 輪郭
258 グラフィック
260 エラストグラム
262 CAP
264 組織硬度
300 プローブ
302 超音波トランスデューサ
370 バイブレータ
380 メモリ
400 メインモジュール
401 プロセッサ
402 コントローラ
403 メモリ
404 振動コントローラ
405 スイッチ
406 超音波送信機モジュール
407 超音波受信機モジュール
500 ユーザインターフェース
1000 エラストグラフィシステム

Claims (17)

  1. 特性評価されるべき粘弾性媒体の超音波パラメータを測定するための方法であって、方法が、超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域(ROI)から対応するエコー信号(50)を受信するように構成された超音波トランスデューサ(302)と、動作の第1のモードで超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成して、組織内の超音波信号の減衰を測定するようにプログラムされたプロセッサ(400)とを含む、超音波システム(1000)を用いて実行され、方法が、
    関心領域(ROI)への前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号(50)を受信するステップと、
    受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値(α)を記録するステップと、
    第1のモードの超音波減衰値(α)を使用して超音波パラメータの値(156、166、176、224、262)を計算するステップと
    を含み、前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスが、少なくとも2秒の累積時間期間の間に生成される、方法。
  2. プロセッサが第1のモードで動作するとき、前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスのショットが500ショット/秒未満、好ましくは100ショット/秒未満、より好ましくは15と25ショット/秒の間のショット繰り返し率で送信される、請求項1に記載の方法。
  3. 超音波システム(1000)が、関心領域(ROI)内でせん断波を生成するように構成されたエラストグラフィシステムであり、プロセッサが、少なくとも前記第1のモードおよび第2のモードで交互に動作するようにプログラムされ、第2のモードでは、プロセッサ(400)が、組織内にせん断波を作るためにエラストグラフィシステム(1000)を制御するように、および、超音波ショットのシーケンスを生成して、関心領域内の組織がせん断波によってどのように動かされるかを追跡するようにプログラムされる、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 超音波パラメータの値が、プロセッサが第1のモードで動作するときに取得される第1の超音波減衰値でのみ計算される、請求項3に記載の方法。
  5. プロセッサが第2のモードで動作するとき、受信した第2のモードのエコー信号に関連付けられた第2のモードの超音波減衰値を記録するステップと、
    1つ以上の品質基準を使用して第2の超音波減衰値を処理して、記録された第2のモードの超音波減衰値の中から、所定の品質レベルを有する超音波減衰値を決定するステップと、
    所定の品質レベルを有し、第1と第2の両方のモードの超音波減衰値で取得された超音波減衰値を使用して、超音波パラメータの値を計算するステップと
    をさらに含む、請求項3に記載の方法。
  6. 1つ以上の品質基準を使用して第1のモードの超音波減衰値を処理して、記録された第1のモードの超音波減衰値の中から所定の品質レベルを有する超音波減衰値を決定するステップをさらに含み、超音波パラメータの値が、所定の品質レベルを有する第1のモードの超音波減衰値を使用して計算される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 1つ以上の品質基準が相関基準を含み、処理することが、受信した第1のモードのエコー信号のうちの各々を相関係数と関連付けることと、所定のしきい値を超える相関係数を有する受信した第1のモードのエコー信号の各々を選択して、受信した第1のモードのエコー信号の中から、十分に非相関である第1のモードのエコー信号を決定することとを含む、請求項6に記載の方法。
  8. 相関係数が、受信した第1のモードのエコー信号のうちの前記1つおよび以前に受信した第1のモードのエコー信号のうちの1つ以上に基づいて計算される、請求項7に記載の方法。
  9. 1つ以上の品質基準が、超音波減衰値の所定の範囲によって定義される減衰基準を含み、処理することが、所定の範囲内にある第1のモードの超音波減衰値の各々を選択することを含む、請求項6から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 所定の範囲が100〜500db/mである、請求項9に記載の方法。
  11. 1つ以上の品質基準が、超音波トランスデューサと粘弾性媒体が特性評価されるべき患者の皮膚との間の結合力を表す結合基準を含み、結合基準が所定の範囲の結合係数値によって定義され、処理することが、受信した第1のモードのエコー信号の各々を結合係数に関連付けることと、所定のしきい値を超える結合係数を有する各第1のモードのエコー信号を選択することとを含む、請求項6から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 1つ以上の品質基準が、受信した第1のモードのエコー信号に適用される線形回帰の決定係数を含む、請求項6から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 所定の品質レベルを有する超音波減衰値を累積するステップをさらに含み、超音波パラメータの値が、所定の品質レベルを有する超音波減衰値の数が所定のしきい値に達したときにのみ計算される、請求項6から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 超音波パラメータが、制御された減衰パラメータ(CAP)である、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 超音波パラメータの値(224、262)を表示するステップをさらに含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 組織サンプルにおける関心領域(ROI)内の超音波減衰を測定するためのシステム(1000)であって、
    超音波ショットのシーケンスを放射し、関心領域から対応するエコー信号(50)を受信するように構成された超音波トランスデューサ(302)と、
    プロセッサ(400)と
    を備え、プロセッサ(400)は、動作の第1のモードで、
    関心領域への超音波ショットの1つ以上のシーケンスを生成し、関心領域から対応する第1のモードのエコー信号(50)を受信することと、
    受信した第1のモードのエコー信号に関連付けられた第1のモードの超音波減衰値(α)を記録することと、
    第1のモードの超音波減衰値(α)を使用して組織内の超音波減衰の値(156、166、176、224、262)を計算することと
    を行うためにシステム(1000)を制御するようにプログラムされており、前記超音波ショットの1つ以上のシーケンスが、少なくとも2秒の累積時間期間の間に生成される、システム(1000)。
  17. 前記システムが、関心領域(ROI)内でせん断波を生成するように構成されたエラストグラフィシステムであり、プロセッサ(400)が、少なくとも第1のモードおよび第2のモードで交互に動作するようにプログラムされ、第2のモードでは、プロセッサが、組織内にせん断波を作るためにエラストグラフィシステム(1000)を制御するように、および、超音波ショットのシーケンスを生成して、関心領域内の組織がせん断波によってどのように動かされるかを追跡するようにプログラムされる、請求項16に記載のシステム。
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