JP2021514765A - ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法、本方法を実施するためのプローブおよびデバイス - Google Patents

ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法、本方法を実施するためのプローブおよびデバイス Download PDF

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Abstract

ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法であって、粘弾性媒体と接触したプローブに含まれる振動子を使用した、粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動の印加、および、弾性波の伝播中、粘弾性媒体と接触した超音波トランスデューサを使用した、超音波取得系列の発生のステップ(CW)を含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は、少なくとも1回の取得を含み;超音波減衰パラメータは、連続低周波振動の印加中に実現される超音波取得から測定される、方法。

Description

本発明は、超音波減衰の測定の分野に属し、さらに具体的には、超音波照射後の超音波信号を有する、媒体の超音波減衰の決定を誘導するハーモニックエラストグラフィの使用に属する。本発明は第1に、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法に関する。本発明は第2に、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するためのプローブに関する。本発明は第3に、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのデバイスに関する。ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するための方法は、ヒトまたは動物の肝臓などの粘弾性媒体の特性の決定に特に適している。
超音波減衰は、肝臓に含まれる脂肪の量と相関性があることが既知である。したがって、超音波減衰は、肝臓内の脂肪症の量を測定するために使用されることができる。
本出願人は、CAPと呼ばれる超音波減衰を非侵襲的に定量化するデバイスを開発および商品化した。使用される技術は、振動制御トランジェントエラストグラフィ(VCTE)により誘導される超音波減衰の測定である。VCTE技術は、Ultrasound in Medicine and Biology,Vol.29,pages 1705−1713,2003に公開されたL.Sandrinらの文書“Transient Elastography:a new non−invasive method for assessment of hepatic fibrosis”に説明されている。弾性を測定するために取得された超音波信号の調査は、以下の文書に説明されているように、媒体の超音波減衰に遡ることを可能にする:
・Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology,2011に公開されたM.Sassoらの“The controlled attenuation parameter(CAP):A novel tool for the non−invasive evaluation of steatosis using Fibroscan(R)”;
・Ultrasound in Medicine and Biology,2010に公開されたM.Sassoらの“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に公開されたM.Sassoらの“Liver steatosis assessed by controlled attenuation parameter(cap)measured with the xl probe of the Fibroscan:a pilot study assessing diagnostic accuracy”。
Fibroscan(R)と呼ばれる、この技術を実施するデバイスは、迅速に、非侵襲的に、および再現可能にヒト肝臓の弾性および超音波減衰を測定することができる。Fibroscanでは、超音波減衰(CAP)の測定は、弾性の測定により検証され:弾性の測定が有効であるとき、関連するCAP値は有効と見なされる。したがって、測定は、誘導をアプリオリに伴うのではなく、検証をアポステリオリに含む。超音波減衰を精密に測定するために、Fibroscanは、パルスエラストグラフィの結果からCAPの測定を検証する。
そのようなトランジェントエラストグラフィデバイスでは、パルス剪断波は、特性評価する媒体と接触して置かれた振動子により発生される。次に、剪断波の伝播が、高い繰返し率で超音波トランスデューサにより実現される超音波取得系列を使用して監視される。各超音波取得は、少なくとも1回の超音波放射に対応する。各超音波放射は、定義された範囲の深さについて、調査される媒体中に存在する反射性粒子により発生されたエコーの検出およびオンザゴー(on the go)の記録と関連されることができる。反射された超音波信号は、時間および媒体中の位置に応じて、剪断波の伝播により発生された組織の動きに遡る相関により処理される。これらの動きの調査が、粘弾性媒体内の剪断波の伝播速度に、次いで、弾性に遡ることを可能にする。
VCTE技術によるCAP(超音波減衰)の測定は、いくつかの制約を有する。
VCTE技術によるCAP(超音波減衰)の測定の第1の欠点は、プローブが肝臓に向いて効果的に置かれたことを予測することの困難さである。実際、超音波減衰の測定値を得るためにパルスエラストグラフィによる有効な測定を実行することが必要である。
VCTE技術によるCAPの測定の第2の欠点はデバイスのコストであり、これはパルス振動の使用を必要とし、そのコストは高い。
VCTE技術によるCAPの測定の第3の欠点は、個々の持続時間が計算時間を含めて少なくとも1秒のパルスエラストグラフィによる弾性測定をおよそ10回ほど実行する必要があることであり、これは、およそ1分の検査時間につながる。
今日、超音波を使用して、トランジェントエラストグラフィ用振動子の配置を誘導することが可能である。例えば、超音波イメージング、または欧州特許出願公開第2739211(A1)号明細書に説明されたものなどのターゲティングツールを使用することが可能である。しかし、これらの解決策は、調査される器官に向いてプローブが正確に配置されていることを直接予測することを可能にしないため、満足のいくものではない。さらに、これらの技術は非常にオペレータに依存している。最後に、超音波信号が肝臓にあまり特異的ではないことが判明することもある。
さらに、いわゆるハーモニックエラストグラフィ技術が存在する。これらの技術は、30Hzと100Hzの間に含まれる周波数を有する連続振動の印加に基づく。媒体内に作り出された弾性波は、剪断波と圧縮波との重ね合わせである準定常波であり、粘弾性特性の精密な測定にはパルスエラストグラフィ技術ほど効率的ではないが、それでも剪断波を使用し、その伝播を測定することができる。
最後に、低周波剪断波は肝臓内をよく伝播することが既知である。この観察は、パルスおよびハーモニック剪断波に当てはまる。
さらに、ハーモニックエラストグラフィ技術は治療法を誘導するために使用されることができる。これは、例えば、ハーモニックエラストグラフィ技術により位置特定された腫瘍を温熱療法型の方法により治療することを伴う。
欧州特許出願公開第2739211号明細書
Ultrasound in Medicine and Biology,Vol.29,pages 1705−1713,2003に公開されたL.Sandrinらの文書"Transient Elastography:a new non−invasive method for assessment of hepatic fibrosis" Clinical Research in Hepatology and Gastroenterology,2011に公開されたM.Sassoらの"The controlled attenuation parameter(CAP):A novel tool for the non−invasive evaluation of steatosis using Fibroscan(R)" Ultrasound in Medicine and Biology,2010に公開されたM.Sassoらの"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に公開されたM.Sassoらの"Liver steatosis assessed by controlled attenuation parameter(cap)measured with the xl probe of the Fibroscan:a pilot study assessing diagnostic accuracy"
超音波減衰を測定するためのいかなる技術も、特性評価する組織に関して使用される超音波プローブのリアルタイムの最適な誘導を保証しない。結果は、調査される器官がプローブに向いて正確に据えられていることを確認できないことを考えると、測定は実行することが困難であると判明することもあるというものである。これは、小型で使いやすいデバイスでの実施に好ましくない。
これらの問題を少なくとも部分的に解決するために、本発明では、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための新規な技術について説明する。
本発明は第1に、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法であって、粘弾性媒体と接触したプローブに含まれる振動子を使用した、粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動の印加、および、弾性波の伝播中、粘弾性媒体と接触した超音波トランスデューサを使用した、ある超音波取得系列の発生のステップを含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は、少なくとも1回の取得を含み;
超音波減衰パラメータは超音波取得から測定される、方法に関する。
1つの実施形態によれば、超音波取得は、連続低周波振動の印加中に実現される。
ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰の測定は、連続振動の印加の少なくとも1つのステップと、超音波減衰を反映するパラメータを測定するステップとを含む方法を意味すると理解される。言い換えれば、本発明による方法は、ハーモニックエラストグラフィ技術に特徴的である連続振動の発生と、超音波減衰を反映するパラメータの測定の両方を含む。
超音波減衰は、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において)、特定周波数で測定された減衰(dB/cmにおいて)、制御減衰パラメータ(CAP)などを意味すると理解される。
連続低周波振動は、波形パターンの連続複製を意味すると理解される。このパターンは、例えば完全な正弦曲線であってよく;その場合、これは単色の振動として既知である。振動は、任意のパターンの複製により構成されてもよい。測定プロセスを停止するため、または測定条件がもはや満足のいくものでないとき、連続振動は中断される。例えば、調査される媒体との接触力に関する条件にすることができる測定条件。連続低周波振動の中心周波数は、5と500Hzの間に含まれる。
弾性波は、圧縮波と剪断波との重ね合わせを意味すると理解される。
超音波取得は、超音波ショットの放射を意味すると理解される。前記超音波放射は、調査される媒体の定義された範囲の深さに存在する反射性粒子により発生されたエコーの検出およびオンザゴーの記録と関連されることができる。
したがって、超音波取得系列は、取得群の繰返しにより形成される。取得群は、少なくとも1回の超音波取得を含む。取得群は、第1の繰返し率で放射または発生される。第1の繰返し率は群間繰返し率とも呼ばれる。第1の繰返し率は、典型的には5と500Hzの間に含まれる。
取得の各群が、少なくとも2回の超音波取得により形成されるとき、同じ群を形成する超音波取得は、典型的には500Hzと100kHzの間に含まれる群内繰返し率で放射または発生される。
有利には、連続振動の印加中に低い繰返し率を使用することは、ピークおよび平均音響パワーの限度を超えないように組織自体の内部に送られる音響エネルギーを制限しながら、粘弾性組織の変位を測定することを可能にする。
変位という用語は、本文書においてより広い意味で考慮される。これは、変位、速度、変形、変形率、変形速度などの任意の動きパラメータ、およびこれらのパラメータに適用される任意の数学的変換を包含する。
連続振動の印加中、弾性波が粘弾性媒体内で発生される。
超音波取得系列は、粘弾性媒体内の弾性波の伝播を調査するために使用される。粘弾性媒体により反射されたエコーまたは超音波信号を検出すること、およびこれらの反射された超音波信号から、連続振動により発生された粘弾性媒体内の弾性波の伝播によって引き起こされた粘弾性媒体の変位を計算することが可能である。
一例として、超音波取得系列の取得の同じ群を作る超音波取得に相関技術を適用することにより粘弾性媒体の変位を計算することが可能である。
弾性波の伝播は、調査される媒体と接触したプローブの位置に応じて進展することに留意することが重要である。
次いで、媒体内の弾性波の伝播の特性を測定すること、および測定された特性から配置インディケータをリアルタイムで計算することが可能である。理想的には、このリアルタイム配置インディケータは、オペレータがプローブにとって最良の位置を見出せるようにオペレータを誘導するためにリアルタイムで表示される。配置インディケータを計算するために測定される特性の例は、特性評価する組織内の深さに応じて測定された弾性波の振幅および位相である。弾性波の位相速度を計算することもできる。
本文書の残りの部分において、「リアルタイム配置インディケータ」および「配置インディケータ」は、同じリアルタイム配置インディケータを参照する。
リアルタイムは、表示のインディケータが検査中に規則的にリフレッシュされることを意味すると理解される。一般に、リフレッシュレートはおよそ20Hzであるが、1Hz程度でもよい。
言い換えれば、配置インディケータは、超音波トランスデューサに向いている特性評価する粘弾性媒体が存在する可能性を与える。
連続振動は、とりわけ、超音波減衰の測定に使用されるプローブの配置を検証するために使用されることに留意することが重要である。一例として、連続振動は、プローブに向いている血液実質の存在を検証するために使用されてよい。言い換えれば、連続振動の印加のステップ中、媒体の粘弾性特性の間接測定が可能であるが不可欠ではない。しかし、弾性値は弾性波の位相速度から効果的に推定されることができる。実際、前記伝播により粘弾性媒体中で発生された変位を測定することは、次に、弾性波の伝播速度に遡ることを可能にする。弾性波が主に剪断波であるという仮説が立てられた場合、次いで、式E=3ρV を使用して、媒体の弾性を計算することが可能であり、式中、Eは弾性またはヤング率であり、ρは密度であり、Vは弾性波の速度である。
したがって、本発明による、ハーモニックエラストグラフィにより超音波減衰の測定を誘導するための方法は、ハーモニックエラストグラフィ技術を使用してプローブの配置が好ましいか予測することを可能にする。これは誘導を伴う。経時的に実行される超音波減衰の測定値はメモリに記憶されてよい。特に、超音波減衰の各測定値は品質係数と関連されることができる。一般に、品質係数は、0と1の間に含まれる係数になる。値0は、測定の劣悪な品質に、値1は、非常に良好な品質に対応する。
品質係数の計算は、弾性波の伝播特性から実行されてよい。これは、超音波信号の特性、および超音波減衰の計算から生じる品質基準を含んでもよい。
保持される超音波減衰の最終測定値は、メモリに記憶された超音波減衰の測定値および品質係数から計算されることができる。
言い換えれば、ハーモニックエラストグラフィによる誘導は、調査される器官の存在を予測する配置インディケータをオペレータに提供することにより、品質係数を超音波減衰の各測定値と関連させること、および特性評価する組織に向いているプローブの配置を誘導することを可能にする。
一例として、保持される超音波減衰の測定値は、記憶され、品質係数で重み付けされた超音波減衰の測定値の平均である。超音波減衰の測定値の総数は、典型的には1から数千個の測定値の間に含まれてよい。例えば、1秒当たり20個の測定値の速度で測定値が60秒間蓄積された場合、Nは1200に等しくなる。
有利には、本発明による、ハーモニックエラストグラフィにより超音波減衰の測定を誘導するための方法は、ハーモニックエラストグラフィ技術のおかげで単純に、および精密にプローブの最適な配置を保証しながら、特性評価する組織の超音波減衰の測定を信頼性高く再現可能に実行することを可能にする。
有利には、本発明による、ハーモニックエラストグラフィにより超音波減衰の測定を誘導するための方法は、パルスエラストグラフィにおけるよりも単純な、より単純な振動システムを使用することにより、製造コストを低減することを可能にする。
有利には、本発明によるハーモニックエラストグラフィにより超音波減衰の測定を誘導するための方法は、リアルタイム配置インディケータをオペレータに提供することを可能にする。
本発明によるハーモニックエラストグラフィにより超音波減衰の測定を誘導するための方法は、個々にまたはその技術的に可能な組合せすべてにしたがって考慮された以下の特徴のうちの1つ以上を有してもよい:
− 本発明による方法は、超音波取得系列からの、粘弾性媒体内の弾性波の伝播の少なくとも1つの特性の決定のステップをさらに含む;
− 調査する粘弾性媒体に関してプローブのリアルタイム配置インディケータを計算するために粘弾性媒体内の弾性波の伝播の特性が使用される;
− 本発明による方法は、リアルタイム配置インディケータをリアルタイムで表示するステップをさらに含む;
− 振動子と粘弾性媒体との間の接触力が所定の下側閾値を上回る場合のみ、連続低周波振動の印加のステップがトリガされる;
− 振動子と粘弾性媒体との間の接触力が所定の下側閾値を上回り、および所定の上側閾値を下回る場合のみ、連続低周波振動の印加のステップがトリガされる;
− 超音波取得系列は、500Hzと10kHzの間に含まれる群内繰返し率および10Hzと10kHzの間に含まれる繰返し率を有する少なくとも2回の超音波取得を含む群の繰返しにより形成される;
− 繰返し率は連続振動周波数よりも低い;
− 超音波減衰を反映する超音波のパラメータが計算および表示される;
− 超音波減衰パラメータは瞬時パラメータであり、瞬時超音波減衰パラメータの測定と関連される品質係数は、粘弾性媒体内の弾性波の伝播の特性および/または超音波の特性から計算され;瞬時パラメータは、各超音波取得において得られた、または単一の超音波取得から得られた測定値を意味すると理解される;
− 平均超音波減衰パラメータは、複数の瞬時超音波減衰パラメータおよび各瞬時超音波減衰パラメータと関連される品質係数から計算される;
− 粘弾性媒体内の弾性波の伝播特性に基づいて計算された品質係数と関連されるまたは関連されない超音波減衰パラメータがメモリに記憶される;
− 連続振動の印加のための接触力の所定の下側閾値は、典型的には1Nに等しく選ばれる;
− 振動子により印加される低周波振動の周波数cSWFは、5と500Hzの間に含まれる;
− 振動子により印加される低周波振動の振幅は、10μmと5mmの間に含まれる;
− 超音波取得系列は、500Hzと10kHzの間に含まれる群内繰返し率および10Hzと10kHzの間に含まれる第1の繰返し率を有する少なくとも2回の超音波取得を含む群の繰返しにより形成される;
− 第1の繰返し率は連続振動周波数よりも低い;
− 超音波減衰パラメータは、
・BUA
・特定の超音波周波数の減衰;
・超音波制御減衰パラメータ(CAP)
から選択される;
− 弾性波の伝播特性はオペレータに送達される;
− 弾性波の伝播特性は:
・弾性波の振幅;
・弾性波の位相;
・粘弾性媒体のヤング率;
・粘弾性媒体の剪断弾性率;
・粘弾性媒体の剪断速度
から選択される。
本発明はまた、本発明によるハイブリッドエラストグラフィ法を実施するためのプローブにも関する。本発明によるプローブは:
− 粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動を粘弾性媒体に印加するように構成された振動子;
− 超音波取得系列を放射するように構成された超音波トランスデューサ;
− 超音波取得系列から決定される弾性波の伝播特性から計算されるプローブの配置インディケータを、リアルタイムで計算および表示するための手段
を含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は、少なくとも1回の取得を含み、
超音波減衰パラメータは、連続低周波振動の印加中に実現される超音波取得から測定される。
1つの実施形態によれば、前記プローブは、プローブと粘弾性媒体との間の接触力が所定の値を上回るとき、連続振動を印加するようにさらに構成されている。
本発明によるプローブは、本発明による方法の実施を可能にする。
超音波トランスデューサは、超音波取得系列を粘弾性媒体内に送るために使用される。同じ超音波トランスデューサが、各取得において反射された超音波信号を検出する。反射された超音波信号は次に、弾性波により発生された粘弾性媒体の変位を検出するために処理される。
計算手段は、少なくとも1つのマイクロプロセッサと、超音波取得、およびプローブの配置インディケータまたは弾性波の伝播特性などの計算結果を記憶することが意図された少なくとも1つのメモリとを意味すると理解される。
表示手段は、配置インディケータを表示するように構成された画面またはインディケータを意味すると理解される。インディケータは、例えば、ダイオードなどの光インディケータ、または音インディケータであってよい。
本発明によるハイブリッドエラストグラフィプローブは、個々にまたはその技術的に可能な組合せすべてにしたがって考慮された以下の特徴のうちの1つ以上を有してもよい:
− 振動子は、電動機またはオーディオリール(audio reel)または動電型アクチュエータである;
− 超音波トランスデューサは、振動子の軸上にマウントされる;
− 本発明によるプローブは、測定値の蓄積をトリガするための手段をさらに含む;
− 超音波トランスデューサは、2mmと15mmの間に含まれる直径を有する円形である;
− 超音波トランスデューサは、1MHzと15MHzの間に含まれる動作周波数を有する;
− プローブは、多数の瞬時超音波減衰パラメータおよび瞬時超音波減衰パラメータと関連される品質係数から計算される平均超音波減衰パラメータを計算するように構成されている;
− 超音波トランスデューサは凸腹プローブ(convex abdominal probe)である。
本発明はまた、本発明によるハイブリッドエラストグラフィ法を実施するハイブリッドエラストグラフィデバイスにも関する。
本発明によるそのようなハイブリッドデバイスは:
− 本発明によるプローブ;
− プローブに接続され、反射された超音波信号を処理するための計算手段、表示手段、ならびに制御および/または入力手段を少なくとも含む、中央ユニット
を含む。
特定の実施形態において、中央ユニットはプローブ内に置かれている。
本発明の他の特徴および利点は、添付された図面を参照して以下に記載される、示すための、決して限定的ではないその説明から明らかになるであろう。
本発明によるハイブリッドエラストグラフィ法のステップを示す図である。 図1に示された本発明による方法の実施中に、振動子により印加された振動および超音波取得を示す概略図である。 ストロボスコピックモードと呼ばれる、図1に示されたエラストグラフィ法の特定の実施形態を示す概略図である。 振動子の配置に関して本発明による方法の一部を実施することにより得られた結果を示す図である。 本発明によるハイブリッドエラストグラフィプローブを示す図である。 本発明によるハイブリッドエラストグラフィプローブの特定の実施形態を示す図である。 本発明によるハイブリッドエラストグラフィデバイスを示す図である。
図1は、本発明によるハイブリッドエラストグラフィ法Pのステップを示す。
本発明による方法Pは、粘弾性媒体と接触したプローブに含まれる振動子を使用して連続低周波振動を印加するステップCWを含む。
連続振動の中心周波数は、5と500Hzの間に含まれる。
方法PのステップCWは、超音波トランスデューサによる、超音波取得系列の発生をさらに含む。超音波取得系列は、超音波取得群を含む。超音波取得群は、5Hzと500Hzの間に含まれる繰返し率で放射され、各群は少なくとも1回の超音波取得を含む。
超音波群の繰返し率は、群間繰返し率とも呼ばれる。
超音波取得は、超音波ショットの放射と、その後の反射された超音波信号またはエコーの検出および記録を含む。
粘弾性媒体への連続振動の印加は、前記媒体内で弾性波を発生させる。弾性波は、剪断波と圧縮波との重ね合わせを含む。この弾性波の特性の調査は、粘弾性媒体に関してプローブの正確な配置に関する情報を得ることを可能にする。
特性評価する粘弾性媒体は、超音波ショットを少なくとも部分的に拡散する。したがって、第1の超音波取得系列の放射中に反射された超音波信号を検出することが可能である。
反射された超音波信号の検出は、放射に使用される同じ超音波トランスデューサを使用して実行されてよい。
超音波減衰パラメータは、反射された超音波信号から決定されてよい。例えば、所与の超音波取得に対応する超音波減衰の値CAP_Iが決定されてよい。値CAP_Iは、超音波減衰パラメータもしくは瞬時超音波減衰パラメータの個別値または瞬時値とも呼ばれる。
ステップCW中に検出された反射された超音波信号は、粘弾性媒体内の弾性波の伝播の少なくとも1つの特性の決定のステップCW_P中に連続的に処理される。
典型的には、このステップ中、反射された超音波信号は、エラストグラフィの分野、より一般的には超音波の分野において既知の技術にしたがって、連続振動の印加により発生された弾性波によってもたらされた粘弾性媒体の変位を測定するように互いに相関される。
粘弾性媒体内で測定された変位から、粘弾性媒体内の位置に応じて、振幅および位相などの弾性波の特性を計算することが可能である。粘弾性媒体内の点の位置は、超音波トランスデューサにより放射された超音波の伝播方向に沿って計算された、超音波トランスデューサと前記点との間の距離として測定される。この理由により、粘弾性媒体内の点の位置は、一般に深さと呼ばれる。
弾性波の位相速度または減衰など、粘弾性媒体内の弾性波の他のパラメータを決定することもできる。
組織内の深さに応じて、弾性波の振幅および位相の変化は計算されることができる。理論モデルと測定された特性との間の調整を行うことにより、調整品質パラメータを抽出することが可能である。この調整品質パラメータおよび/または弾性波の他の特性から、特性評価する組織に対するプローブの配置インディケータRT_IPを計算することが可能である。
例えば、使用される理論モデルのうちの1つは、特性評価する媒体中の深さに伴う、弾性波の中心周波数における位相遅れの線形変化を提供する。この場合、調整は線形調整であり、調整品質パラメータは、位相の線形性を媒体中の深さに応じて与える。可能性のあるインディケータは、調査される深さ範囲内の深さに応じた位相遅れの曲線の線形回帰の予測の品質を与える決定係数Rである。
1つの実施形態によれば、組織内の弾性波の少なくとも1つの特性の決定のステップCW_Pは、連続振動の印加CW、および、第1の反射された超音波信号の検出のステップと同時に実行される。
したがって、本発明による方法Pのおかげで、組織内の弾性波の特性をリアルタイムで測定し、プローブの配置インディケータRT_IPをリアルタイムで得ることが可能である。
有利には、低い繰返し率は、超音波取得系列の発生のステップCW中に記録されるデータのサイズを低減し、これらのデータをリアルタイムで処理して配置インディケータRT_IPを得ることを可能にする。このインディケータの値は、典型的には0と1の間に含まれる。値0は、劣悪なインディケータに、値1は、良好なインディケータに対応する。
有利には、配置インディケータはオペレータに提供され、オペレータが満足のいく測定点を見出すのを助ける。配置インディケータは、例えば(網羅的でないリスト)、有色インディケータの表示の形態、ある程度長いバーの形態などで提供されてよい。
超音波減衰の測定の品質係数CAP_Cも超音波信号から計算される。この係数の値は、典型的には0と1の間に含まれる。値0は低品質に、値1は高品質に対応する。
係数CAP_Cは、取得中に超音波データから得られる超音波減衰の個別値CAP_Iと関連される。
品質係数CAP_Cは、例えば超音波信号の特性のみから計算されてよい。これは、超音波信号の品質と弾性波の特性の組合せであってもよい。
1つの実施形態によれば、超音波減衰の個別値は、配置インディケータRT_IPが正確である場合のみ保存される。配置インディケータRT_IPが不正確である場合、対応する係数CAP_Cは、例えばゼロに設定される。
1つの実施形態によれば、振動子と粘弾性組織との間の接触力Fが所定の下側閾値を上回る場合のみ、連続振動がトリガされる。閾値の値は、典型的には1Nである。
有利には、この下側閾値は、プローブと粘弾性媒体との間の十分なカップリングを保証する。
1つの実施形態によれば、振動子と粘弾性組織との間の接触力Fが所定の上側閾値を下回る場合のみ、連続振動がトリガされる。閾値の値は、典型的には10Nである。
有利には、この上側閾値は、振動が変形されないこと、および調査される媒体が損傷されないことを保証する。
振動子の連続振動的な動きのために、振動子と媒体との間の接触力Fの決定は、標準的なトランジェントエラストグラフィ法の場合よりも複雑である。連続低周波振動の存在下、振動子と粘弾性媒体との間の接触力は以下の式:
Figure 2021514765
で与えられる。
この式中、xは振動子の変位、kはプローブ内に置かれたばねの弾性定数、Aは連続振動の振幅、flowは連続振動周波数である。
力Fは、ハイブリッドエラストグラフィプローブ上に置かれた力センサを使用して測定されることができる。続いて、それによって測定された信号にローパスフィルタを適用することにより、低周波部分を除去して、平均接触力:
average=k(x)
を推定することが可能である。
有利には、印加される平均力の値は、オペレータに提供されて、低周波振動およびデータの取得が継続するようにオペレータがその値を適合させる。
有利には、個別値CAP_Iはメモリに蓄積され、平均値CAP_Mを計算するために使用される。CAP_Mは、いくつかの方法で計算されることができる。例えば:
Figure 2021514765
そのとき値CAP_Cは、個別の測定値CAP_Iを重み付けするために使用される。値CAP_Mは、測定された超音波減衰値であるとして検査の最後に保存される。値CAP_Mの単位は、例えばdB/mである。
図2は、以下の:
− 図1に示されたステップCW中に、振動子により印加された連続低周波振動cSW;
− 図1に示されたステップCW中に、取得群Gにより形成され、超音波トランスデューサにより発生された超音波取得系列PA
を概略的に示す。
連続振動を印加するステップCW中、振動子は、5と500Hzの間に含まれる周波数で、10μmと5mmの間に含まれる振幅で発振する。
有利には、連続振動の小さい振幅および低周波数のおかげで、オペレータは、粘弾性媒体と接触したプローブを容易に保持することができる。
連続低周波振動の印加と同時に、超音波トランスデューサは、超音波取得群Gにより形成された超音波取得PAを放射する。図2に示された例において、各群Gは、2回の超音波取得を含む。
超音波取得群Gは、10Hzと500Hzの間に含まれる繰返し率LPRFまたは群間繰返し率または単に繰返し率で放射される。同じ群Gに属する超音波取得は、500Hzと10kHzの間に含まれる群内繰返し率HPRFで放射される。
超音波トランスデューサはまた、図1に示されたステップCWを参照して説明されたように、超音波取得PAの発生中に反射された超音波信号も検出する。第1の超音波取得系列PAから、同じ群Gに属する超音波信号間の相関のステップCORRにより、粘弾性媒体の変位を計算することが可能である。粘弾性媒体の前記変位は、振動子により印加された連続振動により発生された弾性波の伝播により発生される。
この方法を実施するための多くの可能な超音波シーケンスが存在すること、および示された要素は、可能な分野の網羅的なリストをいかなる意味においても構成しないことに留意することが重要である。
有利には、同じ群Gに属する−したがって時間的に近付けられた−超音波取得に相関技術を適用することにより、1μmから10μm程度の小さい変位を検出することが可能である。
図1に示されたステップCW_Pを参照して説明されたように、粘弾性媒体の変位は次に、媒体中の深さに応じて、振幅および位相などの弾性波の特性を計算するために使用される。測定された特性を理論モデルと比べることにより、配置インディケータRT_IPをリアルタイムで推定することが可能である。
例えば、配置インディケータは、特性評価する媒体中の深さに応じた弾性波の位相の線形性にリンクされることができる。それで、インディケータは、深さに応じて直線で位相の展開の調整の品質に依存する。
例えば、配置インディケータは、特性評価する媒体中の深さに応じた弾性波の振幅の減少にリンクされることができる。それで、インディケータは、1/Zにおけるフィッティングの品質に依存し、式中、Zは深さであり、nは1と3の間に含まれる整数係数である。
例えば、リアルタイム配置インディケータRT_IPの値は、0と1の間に含まれ、関心のある粘弾性媒体に関してプローブが正確に配置されている場合、値は1に近い。
図3は、ストロボスコピックモードと呼ばれる、本発明による方法PのステップCWおよびCW_Pの特定の実施形態を示す。
連続的な正弦曲線は、第1の振動子により印加される連続振動cSWを概略的に示す。連続振動cSWは、例えば、20msの周期に対応する50Hzの中心周波数cSWFを有する。
連続的な縦線は、第1の超音波取得系列PAを形成する超音波取得群Gを表す。群Gは、第1の繰返し率LPRFで放射される。ストロボスコピック取得モードにしたがって、第1の繰返し率LPRFは、連続振動の中心周波数cSWFよりも低い。
群内繰返し率は、500Hzと100kHzの間に含まれ、これは、1μm程度の小さい変位を測定することを可能にする。
連続振動cSWに沿った白丸および矢印は、各超音波取得群Gにより行われるサンプリングに対応する。
群Gの繰返し率LPRFが連続振動cSWの中心周波数未満であることのおかげで、白丸で示されているように、数回の発振周期の最後には連続振動cSWを完全にサンプリングすることが可能である。
有利には、ストロボスコピックモードは、低い第1の繰返し率LPRFを使用しながら、連続振動cSWを完全にサンプリングすることを可能にする。低い繰返し率を使用することは、反射された信号をリアルタイムで処理すること、したがって配置インディケータRT_IPをリアルタイムで得ることを可能にする。
図4は、振動子の配置に関して本発明による方法Pの一部を実施することにより得られた結果を概略的に示す。
グラフCW_Dispは、媒体中の深さZおよび時間Tに応じて、関心のある領域ROI内の粘弾性媒体の変位(または速度、変形、変形率などのその他の任意の動きパラメータ)を示す。変位はフォールスカラースケール(false colour scale)を使用して表されており、より明るい色は、軸Dの正方向に沿った変位を表す。変位は、振動子により印加された連続低周波振動によって引き起こされ、媒体の表面と接触して置かれた超音波トランスデューサUTによりZ=0において測定される。
粘弾性媒体内の関心のある領域ROI内の測定された変位CW_Dispから、連続振動により発生された、媒体内を伝播する弾性波に関する情報RT_Infoをリアルタイムで抽出することが可能である。そのような特性の例は、媒体内の深さに応じた弾性波の振幅Aおよび位相Phである。
所定の閾値で測定されたAとPhの値を比べることにより、粘弾性媒体に関して振動子の配置インディケータを決定することが可能である。
あるいは、測定された量AおよびPhと、媒体内を伝播する弾性波の振幅および位相を記述する理論モデルとの間の調整品質パラメータAJを得ることが可能である。この場合、配置インディケータは調整品質パラメータAJから得られる。例えば、調整品質パラメータは、調査される深さ範囲内の深さに応じた位相遅れの曲線の線形回帰の予測の品質を与える決定係数Rである。
1つの実施形態によれば、調整品質パラメータAJは、0と1の間に含まれる。
計算されたら、配置インディケータは、数字もしくは文字の形態で、またはカラースケールを使用することにより表示されてよい。あるいは、配置インディケータは、多彩なディスク型の単純な視覚表示であってよい。あるいは、配置インディケータは、オペレータがトランジェントエラストグラフィステップをトリガできることを示す「配置はOK」タイプの単純な視覚インディケーションであってよい。
1つの実施形態によれば、弾性波の伝播速度は、媒体の弾性の測定値として保存される。
本発明による方法Pの実施中、グラフCW_Disp、グラフRT_Infoおよび振動子の配置インディケータは同時に計算および表示される。
有利には、超音波取得系列の構造のおかげで、配置インディケータRT_IPならびにグラフRT_Infoは、リアルタイムで計算および表示されることができる。
図5は、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのプローブPRを概略的に示す。
プローブPRは:
− 粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動を粘弾性媒体に印加するように構成された振動子VIB;
− 超音波取得系列を放射するように構成された超音波トランスデューサTUS
を含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は少なくとも1回の取得を含む。
図6に示された実施形態によれば、超音波トランスデューサTUSは、振動子VIBの軸上にマウントされる。
1つの実施形態によれば、プローブPRは、超音波取得から配置インディケータRT_IPをリアルタイムで計算するための計算手段を含む。
1つの実施形態によれば、プローブPRは、リアルタイム配置インディケータRT_IPを計算および表示するための手段を含む。
1つの実施形態によれば、配置インディケータの表示のリフレッシュレートは5Hzを超える。
有利には、プローブのレベルにおけるリアルタイム配置インディケータの表示が、オペレータがプローブおよび患者の身体から目をそらさずにプローブの配置を最適化することを可能にする。これは、プローブを配置する操作を単純にする。
1つの実施形態によれば、超音波トランスデューサTUSは、先端PTを使用するプローブの本体に固定されてよい。
振動子VIBはプローブPRを発振させる。この発振中、超音波トランスデューサTUSは、連続低周波振動を印加し、媒体内に弾性波を作り出しながら粘弾性媒体に押し付けられる。
1つの実施形態によれば、低周波振動の印加のための振動子VIBは、超音波トランスデューサTUSの周りまたはプローブ先端PTの周りに置かれた振動リングを含む。
1つの実施形態によれば、プローブ先端PTは可動であり、振動子VIBにより作動されてよい。次いで、超音波トランスデューサTUSは、図6の矢印の方向に沿って振動を印加するために粘弾性媒体に押し付けられる。
図7aに示された第2の実施形態によれば、プローブPRは、可動部のない慣性プローブである。この場合、プローブPR内の振動子VIBの動きはプローブの動きにつながり、連続振動またはパルス振動は、この場合も、トランスデューサTUSを粘弾性媒体に押し付けることにより印加される。
振動子Aの動きの軸は、好ましくは超音波トランスデューサTUSの対称軸である。例えば、超音波トランスデューサTUSは、軸Aが超音波トランスデューサTUSの中心を通過する円形断面を有してよい。
1つの実施形態によれば、プローブPRは、測定をトリガするための制御手段TOGを含む。
したがって、図6aによるプローブPRは、連続低周波振動を印加することが意図された振動子を含む。
1つの実施形態によれば、超音波トランスデューサの直径は、2と15mmの間に含まれる。
1つの実施形態によれば、超音波トランスデューサの中心周波数は、1MHzと15MHzの間に含まれる。
1つの実施形態によれば、超音波トランスデューサTUSは凸腹プローブである。
1つの実施形態によれば、プローブは、プローブが正確に配置されているときトリガされる配置インディケータを含む。このインディケータは、視覚的なインディケータ、例えばダイオードの色の変化であってよい。あるいは、インディケータは、振動のタイプまたは振幅の変化など、音または触覚のインディケータであってよい。
図6bは、本発明によるハイブリッドエラストグラフィデバイスDEVを示す。
本発明によるデバイスDEVは:
− 本発明によるプローブPR;
− プローブPRに接続された中央ユニットUC
を含む。
中央ユニットは:
− 反射された超音波信号を処理するための計算手段;
− 本発明による方法Pの異なるステップにおいて得られた結果を表示するための画面SC;
− オペレータによってデバイスを制御するための制御または入力手段ENT
を備えてよい。
中央ユニットUCは、有線リンクまたは無線通信手段によりプローブPRに接続されてよい。
1つの実施形態によれば、画面SCは、図5に示された結果の表示に適している。画面SCは、本発明による方法PのステップCW_P中に計算された位置インディケータRT_IPをリアルタイムで表示してもよい。
1つの実施形態によれば、中央ユニットは、リアルタイムで計算および表示された配置インディケータRT_IPの値に基づいて低周波パルスの印加を自動的にトリガするように構成された手段を含む。
1つの実施形態によれば、中央ユニットは、プローブPRに含まれる。

Claims (16)

  1. ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法であって、粘弾性媒体と接触したプローブに含まれる振動子を使用した、粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動の印加、および、弾性波の伝播中、粘弾性媒体と接触した超音波トランスデューサを使用した、超音波取得系列の発生のステップ(CW)を含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率(LPRF)で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は少なくとも1回の取得を含み、
    超音波減衰パラメータは超音波取得から測定される、方法。
  2. 超音波取得系列からの、粘弾性媒体内の弾性波の伝播の少なくとも1つの特性の決定のステップ(CW_P)をさらに含む、請求項1に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  3. 粘弾性媒体内の弾性波の伝播の特性が、調査する粘弾性媒体と比べられたプローブのリアルタイム配置インディケータ(RT_IP)を計算するために使用されることを特徴とする、請求項2に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  4. リアルタイム配置インディケータ(RT_IP)をリアルタイムで表示するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項3に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  5. 測定された弾性波の伝播特性が、弾性波の振幅、弾性波の位相、弾性波の位相速度、粘弾性媒体の弾性、粘弾性媒体のヤング率および粘弾性媒体の剪断弾性率から選択されることを特徴とする、請求項2から4のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  6. 振動子と粘弾性媒体との間の接触力が所定の下側閾値を上回る場合のみ、連続低周波振動の印加のステップがトリガされることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  7. 振動子と粘弾性媒体との間の接触力が所定の下側閾値を上回り、および所定の上側閾値を下回る場合のみ、連続低周波振動の印加のステップがトリガされることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  8. 超音波取得系列が、500Hzと10kHzの間に含まれる群内繰返し率(HPRF)および10Hzと10kHzの間に含まれる繰返し率(LPRF)を有する少なくとも2回の超音波取得を含む群の繰返しにより形成されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  9. 繰返し率(LPRF)が連続振動の周波数(cSWF)よりも低いことを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  10. 超音波減衰パラメータが瞬時パラメータであり、瞬時超音波減衰パラメータの測定と関連する品質係数が、粘弾性媒体内の弾性波の伝播の特性および/または超音波の特性から計算されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  11. 平均超音波減衰パラメータが、複数の瞬時超音波減衰パラメータおよび各瞬時超音波減衰パラメータと関連する品質係数から計算されることを特徴とする、請求項10に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するための方法。
  12. ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するためのプローブであって、
    − 粘弾性媒体内で弾性波を発生する連続低周波振動を粘弾性媒体に印加するように構成された振動子、
    − 超音波取得系列を放射するように構成された超音波トランスデューサ、
    − 超音波取得系列から決定される弾性波の伝播特性から計算されるプローブの配置インディケータを、リアルタイムで計算および表示するための手段
    を含み、前記超音波取得系列は、ある繰返し率で発生される超音波取得群を含み、各超音波取得群は、少なくとも1回の取得を含み、
    超音波減衰パラメータは、連続低周波振動の印加中に実現される超音波取得から測定される、プローブ。
  13. 前記プローブは、プローブと粘弾性媒体との間の接触力が所定の値を上回るとき、連続振動を印加するようにさらに構成されている、請求項12に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰パラメータを測定するためのプローブ。
  14. トランスデューサが振動子によって担われることを特徴とする、請求項16または17に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのプローブ。
  15. 多数の瞬時超音波減衰パラメータと、瞬時超音波減衰パラメータと関連する品質係数とから計算される平均超音波減衰パラメータを計算するように構成された、請求項13から15のいずれか一項に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのプローブ。
  16. − 請求項11または12に記載のハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのプローブ(PR)、
    − プローブ(PR)に接続され、反射された超音波信号を処理するための計算手段、表示手段(SC)、ならびに制御および/または入力手段(ENT)を少なくとも含む、中央ユニット(UC)
    を含む、ハーモニックエラストグラフィにより誘導される超音波減衰を測定するためのデバイス。
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